【正文】 電路中使用了光電傳感器，在接受到發(fā)送的紅外線的同時(shí)，將會(huì)接收可見光。由于越限報(bào)警電路只需要在液面下降到紅外發(fā)射接收通路高度以下時(shí)發(fā)出警報(bào)，所以就考慮使用和點(diǎn)滴速度一樣的設(shè)計(jì)電路，然后通過連接到計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器 T1 上，通過 T1的電平的變化，即可知道液面是否到達(dá)警戒液面，然后 報(bào)警。 在本單元中所用的比較器是 LM339A 是單比較器， LM339A 是晶體管結(jié)構(gòu)，輸出級(jí)是集電極開路結(jié)構(gòu)。而對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)整匹配時(shí)，通常只需使信號(hào)通過比較器電路及整形電路、控制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)即可。 在圖 3— 2 中，向下的那個(gè)脈沖就是由于液滴落下時(shí)，液滴擋住一部分的紅外線使得紅外線光敏二極管只能部分接收到紅外線發(fā)光二極管所發(fā)出的紅外線形成的脈沖，它的脈沖個(gè)數(shù)是和液滴的個(gè)數(shù)一一對(duì)應(yīng)的，也就是說，只要能夠數(shù)出脈沖的個(gè)數(shù)也就是知道了液滴的滴數(shù)了。當(dāng)有液滴滴落時(shí)，滴落的 11 液滴把發(fā)射管發(fā)射的紅外光擋住，光敏二極管產(chǎn)生數(shù)值非常小的暗電流，再經(jīng)過電阻 R2 時(shí)， R2 就把光敏二極管上的光通量變化轉(zhuǎn)換成了 R1 上的電信號(hào)的變化，再通過整形和 A/D 轉(zhuǎn)換，最后送入到單片機(jī)中進(jìn)行處理。 傳感器的作用就是將被測(cè)物理量變化過程的信號(hào)按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化成為適于傳輸和記錄的電量 (電壓或電流 )信號(hào)。 點(diǎn)滴信號(hào)檢測(cè)單元 此單元用來檢測(cè)是否有液滴滴下，其傳感器部分采用紅外對(duì)射式光電傳感器，如圖 ３－２ 所示： 圖 32 點(diǎn)滴信號(hào)檢測(cè)電路 紅外對(duì)射傳感器是由紅外發(fā)射管和受光管組成的，它的主要功能是實(shí)現(xiàn)電— 紅外線 — 電的轉(zhuǎn)換。此外， 89C52 還可工作于低功耗模式，可通過兩種 軟件 選擇空 閑和掉電模式。 其硬件具體檢測(cè)電路如圖所示： 圖 31 系統(tǒng) 設(shè)計(jì)硬件 電路 圖 中央處理單元 本設(shè)計(jì)采用 80C52單片機(jī)作為中央處理控制器。其中信號(hào)獲取單元完成輸液信號(hào)的采集 。伺服電機(jī)，機(jī)械特性較好、輸出功率較大、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、正反轉(zhuǎn)的控制較容易、且具有抱死功能 (未上電時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩非常大 )，但考慮到其實(shí)際價(jià)格動(dòng)輒就是幾千塊，故而棄用。 第一項(xiàng)第二項(xiàng)方案經(jīng)過綜合比較，使用電機(jī)調(diào)整高度來實(shí)現(xiàn)控制效果較好， 因此決定選擇第二項(xiàng)的方案。 速度控制方案 對(duì)液體點(diǎn)滴速度的控制，可以使用下面兩種方 案： 方案一：采用輸液軟管夾頭的松緊程度來控制液滴流速，控制滴速夾移動(dòng)的距離很小，但是滴速夾的松緊調(diào)節(jié)過程中，存在很多因素，例如橡膠粘度與液體粘度，彈簧的彈力等等，都為非線性控制量，移動(dòng)距離，移動(dòng)阻力等參數(shù)難于計(jì)算，用機(jī)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)起來較為困難。 方案五：液滴計(jì)數(shù)法 它是根據(jù)臨床醫(yī)學(xué)的有關(guān)知識(shí)，一定量 (以毫升為計(jì)量單位 )的藥液其輸液量與藥滴數(shù)有關(guān)，一般來說從莫非管式滴管滴落的每一滴為 1/20 毫升，或者是每 20 滴液滴總計(jì)一毫升。 方案三：液面檢測(cè)法 通過固定在輸液瓶或輸液管上的光電傳感器 (有采用半導(dǎo)體激光的 ，也有采用紅外光的 )利用液面下降到預(yù)定位置時(shí)對(duì)光的反射或折射情況的變化來判斷藥物輸完與否。 因此，本設(shè)計(jì)采用方案三。 方案二：不調(diào)制的紅外對(duì)射傳感器。 點(diǎn)滴檢測(cè)方案比較 方案一：可見光發(fā)光二極管與光敏三極管傳感電路。 7 二、方案比較與論證 控制方案的比較 方案一：此方案是傳統(tǒng)的兩位模擬控制方案，其優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸液速度的檢測(cè)與控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)儲(chǔ)液瓶中液面高度的檢測(cè)報(bào)警，并且動(dòng)態(tài)顯示輸液速度。當(dāng)被測(cè)體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)時(shí)，光被遮擋，受光器無光可受．傳感器輸出狀態(tài)改變。它是一 種可以利用其對(duì)物體表面黑度的敏感特性，應(yīng)用于測(cè)量微小的位移。通過對(duì)這些液體儲(chǔ)量的監(jiān)測(cè)，醫(yī)護(hù)人員便可以隨時(shí)了解液體余量，并能在液體缺少時(shí)及時(shí)自動(dòng)和人工補(bǔ)充或者采取其他措施，維護(hù)醫(yī)療設(shè)備的安全運(yùn)行。本課題對(duì)實(shí)現(xiàn)醫(yī)院現(xiàn)代化、信息化有巨大的推動(dòng)作用。在病人輸液的過程中，往往由于病人體質(zhì)虛弱、昏迷、入睡或者醫(yī)護(hù)人員正在別處忙碌等而無法留意到 6 輸液全過程，從而需要專人監(jiān)護(hù)，加重了護(hù)理人員的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，也不利于病區(qū)的綜合管理當(dāng)輸液完畢，若處理不及時(shí)，病人的血液就會(huì)因空管而倒流人輸液針管內(nèi)，時(shí)間稍長(zhǎng)會(huì)使扎針處嚴(yán)重腫脹。 示意圖 二、要求 1．基本要求 （ 1） 可檢測(cè)并動(dòng)態(tài)顯示液體滴落速度。 在整體方案設(shè)計(jì)中，在保證設(shè)計(jì)系統(tǒng)能達(dá)到的題目要求的精度和穩(wěn)定度的前提下，考慮到系統(tǒng)的輕便性、實(shí)用性、可靠性， 經(jīng)濟(jì)性， 對(duì)電路系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。 本文設(shè)計(jì)的液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸液速度的檢測(cè)與控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)儲(chǔ)液瓶中液面高度的檢測(cè)報(bào)警，并且動(dòng)態(tài)顯示輸液速度。本文的目標(biāo)就是設(shè)計(jì)一種輸液監(jiān)控系統(tǒng)以解決此問題。 系統(tǒng)以 80C52 單片機(jī)為核心，實(shí)現(xiàn)對(duì) 輸液瓶 控制及液體點(diǎn)滴速度的顯示和液體點(diǎn)滴速度的鍵盤控制；通過外圍電路檢測(cè)儲(chǔ)液瓶中液面高度和液體點(diǎn)滴速度；通過實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)控制以實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)液瓶高低的控制，來實(shí)現(xiàn)控制液體點(diǎn)滴速度。設(shè)計(jì)檢測(cè)液體滴落數(shù)量與速度，并動(dòng)態(tài)顯示。 2. 發(fā)揮部分 （ 1） 檢測(cè)誤差不大于 5% （ 2） 設(shè)計(jì)通過鍵盤設(shè)定滴落速度和數(shù)量的 控制裝置 （ 3） 實(shí)現(xiàn)裝置的遠(yuǎn)程監(jiān)控 一、緒論 課題背景 輸液 (俗稱打點(diǎn)滴 )是臨床醫(yī)學(xué)上最常用的治療手段。本課題就是針對(duì)上述情況，通 過聲光報(bào)警監(jiān)控的方法實(shí)現(xiàn)醫(yī)院輸液情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并通過單片機(jī)與數(shù)碼管來實(shí)現(xiàn)輸液數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)，以及在特殊情況下的報(bào)警。如果對(duì)儀器中液體儲(chǔ)量疏于監(jiān)測(cè)，在液體儲(chǔ) 量失控情況下或者在可能會(huì)給患者帶來傷害甚至危機(jī)其生命。 課題的思路及主要框圖結(jié)構(gòu) 本課題研究的液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控系統(tǒng)采用對(duì)射式紅外光電傳感器，它具有非接觸性測(cè)量，響應(yīng)速度快，受環(huán)境影響小，測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)。工作時(shí)，投光器發(fā)出調(diào)制光，被受光器接收，變?yōu)殡娦盘?hào)。每一個(gè)水滴產(chǎn)生一個(gè)這樣的不規(guī)則的負(fù)向脈沖，脈沖數(shù)目與水滴數(shù)目一一對(duì)應(yīng)。 系統(tǒng)以 80C52 單片機(jī)為核心，實(shí)現(xiàn)對(duì) 輸液瓶 控制及液體點(diǎn)滴速度的顯示和液體點(diǎn)滴速度的鍵盤控制；通過外圍電路檢測(cè)儲(chǔ)液瓶中液面高度和液體點(diǎn)滴速度；通過實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)控制 以實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)液瓶高低的控制，來實(shí)現(xiàn)控制液體點(diǎn)滴速度。這種方案方便地實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)需求中的鍵盤設(shè)定和動(dòng)態(tài)顯示滴速等功能 。所以方案一不可取。 紅外發(fā)射管的最大工作電流是由其平均電流決定的，采用占空比小的調(diào)制信號(hào)，瞬間電流會(huì)達(dá)到很大，大大提高了信號(hào)噪聲比，提高了系統(tǒng)的抗干擾 能力。 方案二：測(cè)重法 它是利用彈簧秤或壓力傳感器或電磁感應(yīng)開關(guān) (干簧管 )根據(jù)藥物重量變化來判斷藥液輸完與否，方法雖然簡(jiǎn)便，但其可靠性和適應(yīng)性 (對(duì)袋裝及塑料瓶裝液體不宜 )無疑受到質(zhì)疑。具有非接觸的特點(diǎn)，且性能可靠、安全性好，具有實(shí)用價(jià)值，但是由于超聲波探頭價(jià)格昂貴及安裝操作復(fù)雜，也阻礙了超 聲回波技術(shù)在靜脈輸液檢測(cè)中的應(yīng)用。 綜合比較上面五種方案，從實(shí)用，簡(jiǎn)便同時(shí)保證測(cè)量準(zhǔn)確度上，使用光電傳感器測(cè)量?jī)?chǔ)液瓶液面高度是最理想的選擇。在自變量（儲(chǔ)液瓶移動(dòng)距離）變化范圍較大的情況下，這項(xiàng)工作較為繁雜。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩相對(duì)直流電機(jī)大，價(jià)格適中，控制精度較高，適用于較精確的測(cè)量中 ,可有效提高輸液速度的控制精度。同時(shí)還包括輸液信號(hào)獲取單元，脈沖整形電 路和 A/D 轉(zhuǎn)換單元，聲光報(bào)警電路，電機(jī)控制電路，液面檢測(cè)電路。 以及 完成對(duì)液體點(diǎn)滴控制和顯示 ，鍵盤輸入控制液滴的速度。 89C52 內(nèi) 10 置 8 位 中央處理單元 、 256 字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM、 8k 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（ ROM） 32個(gè)雙向輸入 /輸出 (I/O)口、 3 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器和 5 個(gè)兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩電路。 89C52 有 PDIP(40pin)和 PLCC(44pin)兩種封裝形式。為了減少環(huán)境光源的干擾、增強(qiáng)信噪比，采用脈沖調(diào)制的方式。 R1 為紅外線發(fā)光二極管的限流電阻， R2 起到電流轉(zhuǎn)換 為電壓的作用。具體電路形式如圖。對(duì)模擬量信號(hào)進(jìn)行調(diào)整匹配時(shí)，需要經(jīng)過放大電路、調(diào)制與解調(diào)電路、濾波電路、采樣保持電路、 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換電路等。在本設(shè)計(jì)中所用的比較器是 LM339A，主要是利用了它的單限比較器。雖然吊瓶壁厚度和外直徑都比滴斗大的多，但在增大了紅外發(fā)射功率后，通過有水和無水的儲(chǔ)液瓶接收信號(hào)差異還是可以達(dá)到 30~40mV，這說明紅外探測(cè)對(duì)于越限報(bào)警電路來說也是可行的。這樣系統(tǒng)檢測(cè)信號(hào)受到可見光以及測(cè)量調(diào)節(jié)中點(diǎn)滴抖動(dòng)的影響，要使檢測(cè)到的信號(hào)盡量準(zhǔn)確，需要對(duì)系統(tǒng)電路進(jìn)行抗干擾處理