【正文】 其程序流程圖如圖 45。其程序流程圖如圖 44。 開 始點 滴 速 度 子 程 序檢 測 當 前 速 度判 斷 當 前 速 度 是 否等 于 設 定 速 度其 他 程 序判 斷 速 度 是 否大 于 設 定 速 度降 低 速 度提 高 速 度NYYN結 束 圖 4－ 3 點滴速度控制程序流程圖 鍵盤掃描 行掃描法： 行 掃描法又稱為逐行（或列）掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識別方法，介紹過程如下。 P10P11P12P13P14P15P16P17P35P36P37D0D1D2D3D4D5D6D7RSRWEVDDV0VSS* AT89C52 160210KRVCC 圖 325 接口電路 25 第 4 章 系統(tǒng)軟件設計 點滴速度測量 電路信號脈沖如下圖 41： 圖 41 脈沖信號檢測 使用定時器定時，設定時間為 50ms。低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F：低電平時顯示 5x7 的點陣字符，高電平時顯示 5x10 的點陣字符。 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。 第 6 腳： E端為使能端，當 E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 1602 型LCD 顯示模塊具有體積小，功耗低，顯示內容豐富等特點。 22 （ 2）簡單的驅動電路 綜合系統(tǒng)使用的是小型步進電機，對電壓和電流要求不是很高，為了說明應用原理，故采用最簡單的驅動電路，目的在于驗證步進電機的使用，在正式工 業(yè)控制中還需在此基礎上改進。改變 C1可改變輸出方波的頻率。遲滯比較器加有正反饋可以加快比較器的響應速度，這是它的一個優(yōu)點。當輸入電壓 UinUr時，輸出為高電平 Uoh。當 “”端電壓高于 “+”端時，輸出管飽和，相當于輸出端接低電位。18V；對比較信號源的內阻限制較寬；共模范圍很大，為 0～（ ） Vo ；差動輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓；輸出端電位可靈活方便地選用。顯然，提高 U1或增大R C1的數(shù)值，都會使單穩(wěn)延時時間增長，反之則縮短。 18 若選擇 U1U2，則當輸入電壓 Ui越出 [U2， U1]區(qū)間范圍時， LED點亮，這便是一個電壓雙限指示器。 此電路亦可使用單電源，只需將運放正輸入端偏置在1/2V+并將電阻 R2下端接到運放正輸入端既可。因運放 Ai輸入電阻高，運放 A1A4均把輸出端直接接到負輸入端，信號輸入至正輸入端，相當于同相放大狀態(tài)時 Rf=0的情況，故各放大器電壓放大倍數(shù)均為 1，與分立元件組成的射極跟隨器作用相同。 Co和 Ci為耦合電容。 此放大器可代替晶體管進行交流放大，可用于擴音機前置放大等。穩(wěn)壓器的溫度系數(shù)低，因此，每個放大器就擁有良好的溫度特性以及優(yōu)異的電源抑制。 電氣特性： LM324采用兩個內部補償、二級運算放大器。 （ 2）真差動輸入級。對端口寫 “1”；可作為高阻抗輸入端用。 RST/VPD（引腳 9） 復位信號輸入端：振蕩器工作時，該引腳上持續(xù) 2個機器周期的高電平可實現(xiàn)復位操作。 XTAL2（引腳號 18）：內部振蕩器的反相放大器輸出端，是外接晶振的另一端。圖 39a 是偏心輪結構。由于單片機帶負載能力有限，不能直接驅動步進電機轉動，所以有必要在單片機和步進電機之間加上步進電機驅動電路，增加單片機帶負載能力。使得雙脈沖干擾問題得到較好解決。高于標準電壓的，比較器輸出高電壓（ 45V）。其放大倍數(shù)： Av=1+R4/R5。 （ 1） 檢測前置電路 光電傳感器采用紅外光電傳感器。5 滴范圍內時電機停止轉動，這樣就實現(xiàn)了智能控制功能。 方案的確定 根據(jù)以上方案的論證分析，結合器件與設備等因素，系統(tǒng)各模塊方案確定如下： （ 1）點滴速度測量采用紅外對管反射接收方式。改變塑料點滴管的形狀以控制液體的流速。因此選擇步進電機，采用方案二。 綜合比較上面的方案：采用 方案 一 。缺點為當按鍵較多時占用單片機的 I/O口數(shù)目較多，優(yōu)點為電路設計簡單，且編程極其容易。 圖 24 光電傳感器檢測點儲液瓶液 方案三：通過軟件設置完全可以通過檢測點滴速度來產(chǎn)生報警信號，因此可以去掉液 6 面檢測電路而完全由液體點滴速度檢測電路代替。而且反射電路比透射電路更容易安裝，體積更加小巧，結構也更加簡單。實現(xiàn)原理框圖如圖 22。如此 就可以產(chǎn)生脈沖信號。因此，將嵌入式系統(tǒng)技術應用于輸液監(jiān)控裝置的研究勢在必行 ！ 本文 主要研究內容 本系統(tǒng)是以單片機作為控制核心，及其外圍輸入輸出系統(tǒng)組成的液體點滴速度監(jiān)控裝置，核心控制為 AT89C52單片機，輸入系統(tǒng)是以獨立式按鍵鍵盤系統(tǒng)及水速控制系統(tǒng)組成。作為一種醫(yī)療器械，安全性、可靠性是基礎，作為一種只有普及到每一位輸液病人才有實際意義的產(chǎn)品，使用方便和足夠低的價格又是一種基本要求，所以，這種產(chǎn)品即便安全性、可靠性得到了充分保證，但如果沒有簡便的操作和足夠低的價格作支撐，想要順利推廣也是不可能的。早在幾年前，發(fā)達國家許多住院床位就已經(jīng)配備了輸液泵。而對于一些對人體器官作用敏感需要嚴格控制輸液速度和輸液量的藥物，由于個體差異及機體耐受力不同，特別是在手術中、大手術后以及病情危重需要嚴格控制輸液速度和輸液量的人群，會導致病情加重，有時甚至危及生命。 現(xiàn)在市場上的輸液泵，根據(jù)不同的標準有不同的分類 :固定點泵和非固定點泵 。當護理者發(fā)生困倦時，極易發(fā)生事故。從改變設定值起到點滴速度基本穩(wěn)定整個過程的調整時間小于 3 分鐘。臨床上應根據(jù)藥物和患者情況不同配以適當?shù)妮斠核俣?。該裝置由水滴速度測試系統(tǒng)、水速控制系統(tǒng)、顯示裝置、單片機系統(tǒng)、鍵盤和報警等系統(tǒng)組成。它不僅是一種重要的給藥途徑 ,而且還是給患者補充體液、營養(yǎng)的重要方法。為此患者家屬需要陪同病人并且不斷地觀察輸液情況，這樣容易導致交叉感染，患者也 得不到良好的休息，影響治療質量和患者康復。對于大多數(shù)醫(yī)生來說，輸液速度的控制還是采用人工方式，醫(yī)生憑借經(jīng)驗 通過轉動輸 2 液器上的手動滑輪 來調整輸液的速度， 輸液量也是醫(yī)生用只有兩個標記的液體瓶傾倒后估計的。 本系統(tǒng)就是為了減少人力浪費 ,獲得良好醫(yī)療效果而設計的液體點滴速度監(jiān)控裝置 ,利用該裝置可以通過電機控制輸液管的松緊來達到控速點滴速度的目的，通過傳感系統(tǒng)來確定點滴速度和藥液輸完后的報警，通過鍵盤設置液體點滴速度。不過總體來說其功能也只是側重于精確輸液控制，種類較少，性能也需改進，加上不菲的價格，所以也只能是和進口輸液泵爭一點市場份額，未能在各級醫(yī)院大面積的推廣普及。 目前醫(yī)院普遍使用的是人工監(jiān)控點滴輸液裝置器 ， 將液體容器掛在一定高度 ， 利用勢差將液體輸入病人體內 ， 用軟管夾對軟管夾緊和放松控制滴速 ， 醫(yī)護人員按藥劑特性對滴速進行控制。 4 第 2 章 系統(tǒng)方案選擇與論證 各模塊方案選擇和論證 液體點滴速度 及儲液瓶液面 檢測 方案 一 ：利用光透射原理。 轉 換 電 路 脈 沖 信 號光 源發(fā) 送接 收單 片 機 圖 21 光透射原理檢測電路 方案二：利用光的反射原理。 綜合比較上面方案，方案一利用透射原理來檢測點滴速度時，由于儲液瓶是透明玻璃 5 瓶，從光源發(fā)射出來的光大部分反射，透射光比較微弱，這樣檢測信號產(chǎn)生誤差較大，同時電路需要對微弱信號進行處理，這樣放大 電路的放大倍數(shù)就要很高。 圖 23 金屬電極檢測儲液瓶液面信號面信號 方案二：采用光電傳感器檢測點儲液瓶液面信號。因此，選擇方案三，軟件方式。 方案二：采用三位 LED七段數(shù)碼管顯示點滴數(shù)目。 7 方案二：用單片機控制步進電機，控制信號為數(shù)字信號，不在需要數(shù) /模轉換；具有快速啟 /停能力，可在一 剎那間實現(xiàn)啟動或停止，且步距角降低到 176。但此方法對機械設備的要求高 ,不容易安裝。即使此方案有很多缺點，但以其結構小巧，可移動性強，電機要求低， 機械設備簡潔的優(yōu)點。 系統(tǒng)組成方框圖如圖 25 8 點 滴 速 度 檢 測A T 8 9 C 5 2報 警 顯 示 模 塊點 滴 速 度 控 制電 機 控 制 控 制 電 路鍵 盤 控 制 圖 25 系 統(tǒng)組成方框圖 系統(tǒng)通過鍵盤輸入模塊輸入預置的點滴速度并將數(shù)據(jù)信息傳送給單片機。 智能控制部分：系統(tǒng)中控制器件根據(jù)有傳感器變換輸出的電信號進行邏輯判斷，控制點滴的速度及 液晶顯示屏 的顯示，完成了點滴裝置的自動檢測、自動調速、 液晶顯示屏 顯示及報警功能等各項任務。 U1Optoisolator110R110R2VCCGNDOUT 圖 31 光電傳感器電路 （ 2） 信號放大電路 因為紅外光功率的問題，其接收電路產(chǎn)生的信號十分微小，是 mV級的電壓。因此需要使用電壓比較器將不標準的脈沖信號轉化為標準的脈沖信號。電路如圖 33。電路原理如圖 34。 圖 37 四相八拍脈沖信號波形 電機正反轉的環(huán)形脈沖分配表如下： 表 31 環(huán)形脈沖分配表 正轉環(huán)形脈沖分配表 反轉環(huán)形脈沖分配表 步數(shù) P00 P01 P02 P03 步數(shù) P00 P01 P02 P03 A B /A /B A B /A /B 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 2 0 1 1 0 2 1 0 0 1 3 0 0 1 1 3 0 0 1 1 4 1 0 0 1 4 0 1 1 0 輸液管的機械控制 考慮到機械設備 的結構，偏心輪需要的電機扭矩要求高。 12345678RST91011121314151617XTAL218XTAL119GND202122232425262728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP313233343536373839VCC40* AT89C52 圖 38 AT89C52引腳圖 （ 1）電源 電源 VCC（引腳號 40）：芯片電源，接 +5V。 PSEN（引腳號 29）：外部程序存儲器讀選通信號。在 ALE的下降沿，地址被鎖存；然后用作數(shù)據(jù)總線。共模輸入范圍包括負電源，因而消除了在許多應用場合中采用外部偏置元件的必要性。 （ 7）共模范圍擴展到負電源。該輸入級的另一特征是，在單電源工作模式下，輸入共模范圍包含負輸入和地，無論是輸入器件或者差動到單端變換器都不會飽和。 LM324的引腳排列見圖 310。按圖中所給數(shù)值， Av=10。 R4的阻值范圍為幾千歐姆到幾十千歐姆。 R1=Q/（ 2NfoAoC），R2=Q/（（ 2Q2Ao） *2NfoAoC）， R3=2Q/（ 2 NfoC ）。 圖 315 比較器 圖 315中使用兩個運放組成一個電壓上下限比較器，電阻 R R1ˊ 組成分壓電路，為運放 A1設定比較電平 U1；電阻 R R2ˊ 組成分壓電路，為運放 A2設定比較電平 U2。靜態(tài)時，電容 C1充電完畢，運放 A1正輸入端電壓U2等于電源電壓 V+，故 A1輸出高電平。 電壓比較器件 LM339 LM339作為集成四電壓比較器，廣泛的用于消費類、汽車和工業(yè)電子應用場合的電平檢測、低電平感應和內存用途。兩個輸入端一個稱為同相輸入端，用 “+”表示，另一個稱為反相輸入端，用 “”表示。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使 用。 20 1/4LM339*R1R 上拉VccVrVinVoR11R12 圖 319 遲滯比較器 不難看出，當輸出狀態(tài)一旦轉換后，只要在跳變電壓值附近的干擾不超過腢之值，輸出電壓的值就將是穩(wěn)定的。當 Uin不在門限電位范圍之間時，（ UinUR2或 UinUR1）輸出為低電位（ UO=UOL），窗口電壓腢 =UR2UR1。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，當步進驅動器接收到一個 脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度(稱為 “步距角 ”)，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。 ULN20xxA型高壓大電流達林頓晶體管陣列電路的典型應用電路框圖如圖 324所示。