【正文】 ........................................................ 16 紅外發(fā)光二極管和光敏三極管 ................................................................. 17 紅外發(fā)光二極管主要參數(shù) ........................................................................ 17 光敏三極管的主要參數(shù) ............................................................................ 18 電源模塊 .......................................................................................................... 19 聲報(bào)警模塊 ....................................................................................................... 19 復(fù)位電路 .......................................................................................................... 19 顯示模塊 .......................................................................................................... 20 LED顯示器的結(jié)構(gòu) ................................................................................... 20 LED顯示器的顯示方法 ............................................................................ 22 7 段譯碼器 CD4511 ................................................................................. 22 顯示模塊電路設(shè)計(jì) ................................................................................... 24 鍵控模塊 .......................................................................................................... 24 第四章 系統(tǒng)軟件及框圖設(shè)計(jì) .................................................................................... 27 滴速檢測(cè)子程序 ................................................................................................. 29 目錄 IV 電機(jī)控制子程序 ................................................................................................ 29 顯示子程序 ....................................................................................................... 31 鍵盤(pán)程序 .......................................................................................................... 32 第五章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果分析 ........................................................................................ 34 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程 ................................................................................................... 34 系統(tǒng)測(cè)試及結(jié)果誤差分析 ................................................................................... 35 第六章 結(jié) 論 ............................................................................................................ 37 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 39 致謝及聲明 .................................................................................................................. 40 引言 1 第一章 引 言 課題的背景和意義 隨著科技的進(jìn)步，越來(lái)越多的地方需要用到對(duì)液體的流量或者滴速進(jìn)行控制，如人工腎機(jī)的透析液儲(chǔ)液罐中透析液儲(chǔ)量、自動(dòng)洗胃機(jī)中沖洗液的液量、中藥使用的藥浴機(jī)中煎藥鍋中的水位等，醫(yī)療保健領(lǐng)域中藥液的輸液量與輸液速度需要精確的控制以達(dá)到更好治療效果。但是總體來(lái)說(shuō)，我國(guó)的醫(yī)療設(shè)備系統(tǒng)技術(shù)落后、種類(lèi)較少、性能也需改進(jìn)。是單片機(jī)技術(shù)的一個(gè)很綜合的應(yīng)用，因此可以通過(guò)該設(shè)計(jì)課題進(jìn)一步掌握單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)，從而將理論知識(shí)和實(shí)踐能力有個(gè)更好的結(jié)合，達(dá)到本科階段綜合能力的培養(yǎng)和提高。 單 片 機(jī)A T 8 9 S 5 1點(diǎn) 滴 速 度 測(cè) 量 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 電 路液 面 檢 測(cè)鍵 盤(pán) 輸 入電 機(jī)顯 示電 源 報(bào) 警 圖 總體結(jié)構(gòu)框圖 點(diǎn)滴速度測(cè)量電路方案的選擇及論證 點(diǎn)滴速度測(cè)量在整體設(shè)計(jì)中占有極其重要的位置，它既是本系統(tǒng)的基礎(chǔ)，也是系統(tǒng)反饋所要控制的最終回歸點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)在市場(chǎng)上采取的設(shè)計(jì)方法及電子控制測(cè)量方面的原理可有以下幾種方案： 方案一 ：電感式傳感器測(cè)量輸液點(diǎn)滴速度。該方案的基本原理是在點(diǎn)滴落下時(shí)阻擋了接收管接收紅外線(xiàn)，產(chǎn)生高電平的脈沖信號(hào)。 液面檢測(cè)電路方案的選擇及論證 題目要求是在儲(chǔ)液瓶中的液滴剩余時(shí)間在 5 分鐘時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，但由具體不同時(shí)間的低速不同，所以剩余時(shí)間的測(cè)量需要結(jié)合滴速和剩余液滴的體積來(lái)計(jì)算出來(lái)。 綜合比較上述二種方案，對(duì)射式紅外傳感器成本低，安裝方便，只需將傳感器固定在輸液瓶外瓶壁上即可，不需要精確計(jì)算輸液瓶液面高度值。人工輸液是采用控制輸液軟管的松緊來(lái)控制滴速的，而這樣的系統(tǒng)比控制輸液軟管的松緊在控制實(shí)現(xiàn)上更為容易， 180cm 的高度便可以實(shí)現(xiàn)速度 20150(滴 /分 )的調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)矩小、無(wú)抱死功能，如果要求準(zhǔn)確停在一個(gè)位置，其閉環(huán)算法較復(fù)雜。液晶顯示屏具有功耗小、輕薄短小無(wú)輻射等優(yōu)點(diǎn)，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍，可視面積大，畫(huà)面效果好，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。對(duì)于少量鍵盤(pán)一般采用獨(dú)立式結(jié)構(gòu)，獨(dú)立式按鍵特點(diǎn)是每個(gè)鍵單獨(dú)占用 1根 I/O 接口線(xiàn)，每個(gè)鍵的工作不會(huì)影響其他接口的狀態(tài)這種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，配置靈活。 20 世紀(jì) 90 年代， ATMEL 成為全球最大的 EEPROM 供應(yīng)商， 1994 年為了介入單 片機(jī)市場(chǎng)， ATMEL 公司以 EEPROM 技術(shù)與 INTEL 的 80C31 單片機(jī)核心技術(shù)進(jìn)行交換，從而取得 80C31 核的使用權(quán)。單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)如圖 所示 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與論證 9 圖 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng) AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的單片機(jī) ，其指令集和傳統(tǒng)的51單片機(jī)指令集是一樣的。在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。當(dāng) P3 口寫(xiě)入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 單片機(jī) I/O 口管腳分配 由單片機(jī)外部接線(xiàn)可知， I/O 口管腳分配情況如下： 與報(bào)警裝置相連，當(dāng)輸液出現(xiàn)異?；驁?bào)警鍵被按下時(shí)， 口會(huì)有一個(gè)高電平，驅(qū)動(dòng)報(bào)警裝置。 — 是顯示數(shù)據(jù)的輸出口。在沒(méi)有脈沖輸入時(shí) ，在繞組電源的激勵(lì)下氣隙磁場(chǎng)能使轉(zhuǎn)子保持原有位置處于定位狀態(tài)。 步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制電機(jī)的最大特點(diǎn)是，它是通過(guò)輸入脈沖信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制的，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率決 定。 表 步進(jìn)電機(jī)控制原理 方式 步序 控制位 通電繞組 控制字 三 相 單 三 拍 式 1 步 2 步 3 步 C 相 B 相 A相 0 0 1 0 1 0 1 0 0 A相 B 相 C 相 01H 02H 03H 根據(jù)上表，單三拍相序?yàn)? A— B— C— A 時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)，反之 A— B— C— A 則電機(jī)反轉(zhuǎn)。當(dāng)有液滴滴落時(shí)，由于液滴的 光學(xué)特性，使光束發(fā)散，投射到光敏三極管上的光照度將下降，從而使光敏管光生的電流下降，由于不同類(lèi)型的藥液 (透明、半透明和不透明 )液滴的光學(xué)特性不同，形成如圖 所示的不同幅度的負(fù)脈沖，只要檢測(cè)光電三極管的輸出電流脈沖，就可以探測(cè)出有無(wú)液輸液系統(tǒng)各模塊的硬件設(shè)計(jì) 17 滴的通過(guò)。用陶瓷底座環(huán)氧封裝，下表列出了硅光敏三極管的主要性能參數(shù)，根據(jù)性能參數(shù)進(jìn)行液體點(diǎn)滴速度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)。如 10 秒后仍然無(wú)人處理，則關(guān)閉輸液器。 （ 2）液晶顯示器 ,簡(jiǎn)稱(chēng) LCD(Liquid Crystal Display)。 表 LED 共陰 /共陽(yáng)段選編碼表 顯示字符 共陰極字型碼 共陽(yáng)極字型碼 顯示字符 共陰極字型碼 共陽(yáng)極字型碼 0 3FH C0 C 39H C6H 1 06H F9H D 5EH A1H 2 5BH A4H E 79H 86H 3 4FH B0H F 71H 8EH 4 66H 99H P 73H 8CH 5 6DH 92H U 3EH C1H 6 7DH 82H I 31H CEH 7 07H F8H Y 6EH 91H 8 7FH 80H H 76H 89H 9 6FH 90H L 38H C7H A 77H 88H 空格 00H FFH B 7CH 83H 輸液系統(tǒng)各模塊的硬件設(shè)計(jì) 22 LED 顯示器的顯示方法 LED 顯示器有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種顯示方式， 本設(shè)計(jì)采取的是動(dòng)態(tài)顯示， （ 1） LED 靜態(tài)顯示方式 所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示器顯示某一個(gè)字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā) 光二極管恒定地導(dǎo)通或截止，例如七段顯示器的 a,b,c,d,e,f 導(dǎo)通， g 截止，顯示 0。 ~ 作為六位數(shù)碼管的位選信號(hào)，接在 CD4511 鎖存允許端 LE，當(dāng) ~ 某位為低信號(hào)時(shí)， 當(dāng) LE=0 時(shí)，控制相應(yīng)的 CD4511工作， 4位 BCD 碼進(jìn)入鎖存器，從而顯示相應(yīng)數(shù)字。單片機(jī)的 I/O 口豐富，因此四個(gè)鍵直接接在單片機(jī)的 I/O 口上，采取循環(huán)掃描的工作方式，當(dāng)某一按鍵被 按下時(shí)，鍵盤(pán)接地電路導(dǎo)通相應(yīng) I/O 口由高電平下降為低電平，此時(shí)單片機(jī)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到 P1口相應(yīng)位的電平變化執(zhí)行相應(yīng)的子程序，本程序中子程序?yàn)閷?duì) P2口送出所鍵入數(shù)字的四位二進(jìn)制代碼，作為 CC4511 譯碼器的輸入信號(hào)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。 系 統(tǒng) 開(kāi) 始系 統(tǒng) 初 始化選 擇 功能設(shè) 置 流 速確 定是 否 越 界限 定 在 界內(nèi)刷 新 設(shè) 定開(kāi) 始 執(zhí)行是 否終 止執(zhí) 行 初 始 化是 否 有點(diǎn) 滴 通過(guò) ？計(jì) 算 速 度時(shí) 間 間 隔計(jì) 算超 過(guò) 一 定時(shí) 間登 記 計(jì) 數(shù) ，速 度速 度 比 較 ，控 制 電 機(jī)YNYNYYN 圖 系統(tǒng)軟件及框圖設(shè)計(jì) 29 檢測(cè)子程序 本系統(tǒng)采用光電開(kāi)關(guān)采集信號(hào)，當(dāng)有液滴通過(guò) 產(chǎn)生一個(gè)脈沖，這樣就可以通過(guò)紀(jì)錄兩滴液體間的時(shí)間，經(jīng)運(yùn)算就可以得到液滴的速度，流程圖如下： 圖 檢測(cè)程