【正文】 自動(dòng)點(diǎn)滴控制器 32 再經(jīng)過(guò)打印成菲林紙， 經(jīng) 曝光，制版后如下圖： 焊接上元器件后圖下： 總體組裝 設(shè)計(jì) 所有的模塊 和零部件通過(guò)一定的結(jié)構(gòu)組織成一臺(tái)整機(jī)， 以便調(diào)試 才可能 有效地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的功能 。 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 自動(dòng)點(diǎn)滴控制器 33 整機(jī)設(shè)計(jì) 把所有 的設(shè)計(jì)模塊整合裝在一個(gè)整機(jī)里。 （ 2）臺(tái)式機(jī)箱 現(xiàn)在大量電子產(chǎn)品采用臺(tái)式機(jī)箱的結(jié)構(gòu)，如各種電子儀器、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、臺(tái)式計(jì)算機(jī)等。 （ 4）便捷式機(jī)箱 便捷式機(jī)箱適用于那些元器件數(shù)量少或體積小巧、需要經(jīng)常移動(dòng)的。 （ 3）壁掛式機(jī)箱 壁掛式機(jī)箱與臺(tái)式機(jī)箱相 似，通常也是長(zhǎng)方形六面體的形式，適合安裝在垂直的平面上。就電子整機(jī)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，常見(jiàn)的 機(jī)柜、機(jī)箱形式一般有立式、臺(tái)式、壁掛式和便捷式幾種。因此從整體產(chǎn)品的角度來(lái)說(shuō)，對(duì)電子產(chǎn)品的一般要求是：操作安全、使用方便、造型美觀、結(jié)構(gòu)輕巧、容易維修與互換。 本設(shè)計(jì)中，使用的導(dǎo)線規(guī)則分別是： 地 線： 50mil。頻率越高，地線 越寬，以減小地阻抗。因此在進(jìn)行印制電路板設(shè)計(jì)時(shí)，不但要知道元器件的名稱、型號(hào)、還要知道元器件 的封裝?，F(xiàn)代印制技術(shù)、化學(xué)工藝、精密機(jī)械加工、光學(xué)技術(shù)、 CAD 技術(shù)及新材料等各種技術(shù)的不斷提高與發(fā)展，使印制電路工藝技術(shù)朝著細(xì)線條、高密度、高精度、高可靠性方向發(fā)展。 實(shí)物圖如圖 223， 設(shè)計(jì)原理圖如圖 224： 圖 223 實(shí)物圖 設(shè)計(jì)原理圖如圖 224： 圖 224 四位數(shù)碼管原理圖 周圍電路的設(shè)計(jì) 電源 電路 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)需要 12v 電壓，單片機(jī)電源 5v,所以 220v電壓經(jīng)變壓器降壓后輸出 12v電壓，經(jīng) 7805輸出穩(wěn)定 5v電壓。動(dòng)態(tài)顯示器因其硬件成本較低，多數(shù)顯示時(shí)常常采用。所謂靜態(tài)顯示，就是顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通和截至，這種方式，每一位顯示都需要一個(gè) 8位輸出口控制，占用硬件較多，一般僅用于顯 示器位數(shù)較少的場(chǎng)合。當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極 COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。但是考慮到此次設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)何和可實(shí)現(xiàn)性。 下 圖為二相步進(jìn)馬達(dá)采用 12 相激磁方式之時(shí)序圖，由圖中可知，若依照 A→AB→B→BA→A→AB→B→BA→A→AB…… 相的順序激磁 ，則步進(jìn)馬達(dá)將以順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)；但如果依照 BA→A→AB→B→BA→A→AB→B→BA…… 相順序激磁，則馬達(dá)逆時(shí)圖 217 結(jié)構(gòu)圖 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 自動(dòng)點(diǎn)滴控制器 26 針?lè)较蛐D(zhuǎn) 。為提高精度，在此我們 使用四相八拍脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作。單極 性驅(qū)動(dòng)電路使用四只晶體管來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的兩組相位，電機(jī)結(jié)構(gòu)則如 右圖 所示包含兩組帶有中間抽頭的線圈，整個(gè)電機(jī)共有六條線與外界連接 。通過(guò)集成芯片 NUL2803 可以直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。 NUL2803的驅(qū)動(dòng)能力要比圖騰柱結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)。驅(qū)動(dòng)電路是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用的關(guān)鍵，是影響其性能發(fā)揮和可靠運(yùn)行的一個(gè)最重要因素。 結(jié)構(gòu)框圖，如圖 215： 圖 215 結(jié)構(gòu)框圖 步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)模塊電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)中使用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)指狀蠕動(dòng)泵控制輸液管， 以控制點(diǎn)滴速度。 1～177。 當(dāng)具有光敏特性的 PN 結(jié)受到光輻射時(shí)，形成光電流，由此產(chǎn)生的光生電流由基極進(jìn)入發(fā)射極，從而在集電極回路中得到 一個(gè)放大了相當(dāng)于β倍的信號(hào)電流。 圖 29 正向伏安特 性曲線圖表 （ 2） 輸出光功率隨工作電流變化曲線 如圖 210 所示為紅外發(fā)光二極管的發(fā)光功率與工作電流變化曲線圖表，橫坐標(biāo)為二極管的工作電流，縱坐標(biāo)為發(fā)光功率，由曲線圖表可以看出發(fā)光功率與工作電流成正比。A ） ≤ 50 結(jié)電容（ PF） ≤ 100 反響耐壓（ v） ≥ 5 截止頻率 ≥ 1 下面介紹紅外發(fā)光二極管的特性曲線，從而確定二極管正常工作時(shí)正向電壓，發(fā)光波長(zhǎng)，工作電流。有液滴低落下時(shí)，下落中的水滴對(duì)紅外光有較強(qiáng)的漫反射、吸收及 一定的散射作用，導(dǎo)致接收光強(qiáng)的較大改變。通常會(huì)把單片機(jī)復(fù)位引腳的高電平時(shí)間控制得長(zhǎng)點(diǎn)，通常達(dá)到 ms級(jí)別。如下圖 24： CX130pFCX230pF12Y1 圖 24 單片機(jī)的時(shí)鐘電路 ? 單片機(jī)的復(fù)位電路 單片機(jī)的復(fù)位電路，是由一個(gè) 10uF的電容和一個(gè) ，如圖 25。 ? 自動(dòng)點(diǎn)滴控制器的性能特點(diǎn) 性能可靠、精確度高、性價(jià)比高、操作方便。 第四：將計(jì)數(shù)后的結(jié)果送至數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。 ? 自動(dòng)點(diǎn)滴控制器的功能要求 能手動(dòng)設(shè)置點(diǎn)滴流速，范圍 0～ 100滴每分鐘，誤差不差過(guò) 2滴。 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 自動(dòng)點(diǎn)滴控制器 18 第二章 硬件 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 硬件 的總體設(shè)計(jì) 硬件的 總體設(shè)計(jì)原理框圖 圖 21 硬件的總體設(shè)計(jì)原理框圖 自動(dòng)點(diǎn)滴控制器以 STC10F04XE 單片機(jī)為核心，由數(shù)碼管電路、傳感器檢測(cè)電路、報(bào)警電路、驅(qū)動(dòng)電路等部分組成。同時(shí)對(duì)顯示器的要求要顯示清晰、直觀、準(zhǔn)確。 (4)能對(duì)氣泡、空液、漏液、心率異常和輸液管阻塞等異常情況進(jìn)行報(bào)警，并自動(dòng)切斷輸液通路。幾個(gè)擠壓輪沿著中心輪順序擠壓輸液管，是液體以一定的方向流動(dòng)。輸液時(shí)不希望產(chǎn)生脈動(dòng)，要求泵的線性度好。 它體積小，重量輕，定量準(zhǔn)確，使用方便，輸液管安裝方便。 如圖 18 若是使用方案一，由于點(diǎn)滴的變化范圍較大，導(dǎo)致導(dǎo)管的高低變化較大 ，不易操作、波動(dòng)大且危險(xiǎn)；方案二對(duì)電機(jī)的扭矩要求較高，步進(jìn)電機(jī)不足以提供這樣大 的力矩；方案三考慮的因素較多，繩索的彈性、工作面的固定 、操作繁瑣等。 能手動(dòng)設(shè)置點(diǎn)滴流速，范圍 0～ 100 滴每分鐘，誤差不差過(guò) 2滴。可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 (2)步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一 , 廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。最后，電壓差的正負(fù)輸出到電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片決定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。目前在高檔遙控玩具，如航模，包括飛機(jī)模型，潛艇模型；遙控機(jī)器人中已經(jīng)使用得比較普遍。故選用方案三。方案二將傳感器置于液體中不可取。 即：直射式光電傳感器。在受液瓶下加一壓力傳感器，通過(guò)感知其壓力大小來(lái)判斷是否有液滴落下。根據(jù)傳感器的特性分析得出，紅外傳感器是比較好的選擇。 ? 根據(jù)測(cè)量對(duì)象與測(cè)量環(huán)境確定傳感器的類型 要進(jìn)行一個(gè)具體的測(cè)量工 作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。 傳感器的選用 ? 傳感器的選用原則 傳感器千差萬(wàn)別，即便對(duì)于相同種類的測(cè)定量也可采用不同工作原理的傳感器，因此根據(jù)需要選用最適宜的傳感器。光纖是光電傳感器的“眼”的延伸。 槽式光電傳感器 槽式光電開(kāi)關(guān)通常是標(biāo)準(zhǔn)的 U字型結(jié)構(gòu)其發(fā)射器和接收器分別位于 U型槽的兩邊，并形成一個(gè)光軸，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò) U型槽且阻斷光軸時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了檢測(cè)到的開(kāi)關(guān)量信號(hào)。當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)信號(hào)。 點(diǎn)滴速度檢測(cè)傳感器分析與選用 適合 檢測(cè) 點(diǎn)滴速度 的傳感器，達(dá)到精度要求和穩(wěn)定性，選用紅外 傳感器 比較合適。 本課題單片機(jī)選用 本課題選用國(guó)產(chǎn)單片機(jī)，宏晶科技 有限 公司的 STC10F04XE單片機(jī)。這些卓越的硬件特性使我們能夠集中利用 CPU 資源，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)應(yīng)用所要求特性，而不必花費(fèi)大量時(shí)間用于基本的數(shù)據(jù)處理。 2. TI公司的 MSP430單片機(jī) 采用馮 諾依曼架構(gòu)，通過(guò)通用存儲(chǔ)器地址總線（ MAB）與存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)總線（ MDB）將 16 位 RISC CPU、多種外設(shè)以及高度靈活的時(shí)鐘系統(tǒng)進(jìn)行完美結(jié)合。 現(xiàn)有主流單片機(jī)的概述 1. ATMEL單片機(jī) ATMEL公司所生產(chǎn)的 89系列單片機(jī)就是基于 Intel公司 MCS51系列而研制的并與 MCS51兼容的微控制器系列。 ? 課題 初步 分析框圖： 圖 11 課 題 初步題分析框圖 （ 1）傳感器： 傳感器種類很多，適合檢測(cè)點(diǎn)滴滴速 的傳感器， 是 紅外光電傳感器 ； （ 2）微控制器：微控制器分類很多，所學(xué)過(guò)的，常用的微控制器 — 單片機(jī)； （ 3）機(jī)械傳動(dòng)裝置：機(jī)械、動(dòng)力 — 電機(jī)，能達(dá)到課題要求的伺服電機(jī)； （ 4）顯示單元：實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示功能的器件有很幾種根據(jù)實(shí)際情況而定。主要包括顯示、液滴檢測(cè)程序設(shè)計(jì)、報(bào)警程序和電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制程序等。根據(jù)檢測(cè)儀功能要求并且考慮產(chǎn)品的性價(jià)比，決定采用單片機(jī)、紅外傳感器與步進(jìn)電機(jī)等相結(jié)合。而且對(duì)于一些對(duì)人體器官作用敏感需要嚴(yán)格控制輸液速度和輸液量的藥物，由于個(gè)體差異機(jī)體耐受力不同，特別是在手術(shù)中、大手術(shù)后以及病情危重需要 嚴(yán)格控制輸液速度和輸液量的人群，會(huì)導(dǎo)致病情加重，有的甚至危及生命。 目前在我國(guó)的大、中、小型醫(yī)院及下屬社區(qū)衛(wèi)生院、診所等醫(yī)療機(jī)構(gòu)進(jìn)行輸液治療，輸液速度和輸液量幾乎全部都是不準(zhǔn)確的。 (2)可精確測(cè)定和控制輸液量。隨著社會(huì)的發(fā)展，輸液安全問(wèn)題越來(lái)越受到人們的關(guān)注，尤其 是對(duì)復(fù)雜病癥、急救和危重病人來(lái)說(shuō)，輸液的流量和流速的精確控制至關(guān)重要，這種精確的控制，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也得到了解決。最后是整個(gè)自動(dòng)點(diǎn)滴控制器系統(tǒng)的調(diào)試及結(jié)果分析。 本文主要分五個(gè)章節(jié)來(lái)完成自動(dòng)點(diǎn)滴控制器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制作和調(diào)試。 紅外傳感器檢測(cè)點(diǎn)滴速度 ,經(jīng)數(shù)據(jù)整形后傳送給 STC10F04XE 單片機(jī) ,單片機(jī)數(shù)據(jù)處理后送給四位數(shù)碼管顯示實(shí)時(shí)滴速；按鍵控制選擇功能，單片機(jī)接收處理，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)著指狀蠕動(dòng)泵波浪式控制輸液滴速。 基本要求： 能手動(dòng)設(shè)置點(diǎn)滴流速，范圍 0～ 100滴每分鐘，誤差不差過(guò) 2滴。針對(duì)這一情況，設(shè)計(jì)并制作一個(gè)用于輸液監(jiān)控的裝置，可以自動(dòng)檢測(cè)點(diǎn)滴速度，并且在藥液不足時(shí)能自己報(bào)警并自動(dòng)關(guān)閉。 指導(dǎo)教師 教研室主任 年 月 日 年 月 日 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 自動(dòng)點(diǎn)滴控制器 4 摘 要 本文介紹的是基于單片機(jī)的自動(dòng)點(diǎn)滴檢測(cè)控制器的設(shè)計(jì)是 使用 宏晶科技有限公司的STC10F04XE 單片機(jī)為核心，并 與直射式光電傳感器，步進(jìn)電機(jī) ,指狀蠕動(dòng)泵等相結(jié)合的自動(dòng)點(diǎn)滴檢測(cè)控制系統(tǒng)，應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域靜脈輸液，它具有很高的應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。該測(cè)量?jī)x的特點(diǎn)是 :操作簡(jiǎn)單、點(diǎn)滴速度測(cè)量穩(wěn)定可靠、動(dòng)態(tài)顯示及時(shí)準(zhǔn)確、控制輸液速度迅速且精確，最后是成本低廉。然后是介紹與系統(tǒng)硬件相配套的軟件設(shè)計(jì)過(guò)程。不相符輸液流速可能對(duì)病人產(chǎn)生不少危害，還會(huì)給醫(yī)護(hù)人員帶來(lái)不必要的麻煩和勞動(dòng)壓力。醫(yī)用輸液儀器可滿足多種功能的需求，歸納起來(lái)，輸液泵能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能 : (1)可精確測(cè)量和控制輸液速度。 (5)實(shí)