【文章內(nèi)容簡介】 電路 紅外對射傳感器是由紅外發(fā)射管和受光管組成的，它的主要功能是實現(xiàn)電— 紅外線 — 電的轉(zhuǎn)換。由于紅外光波長比可見光長，受可見光影響較小，其紅外系 統(tǒng)具有尺寸小、重量輕、易于安裝等優(yōu)點。因此是檢測液滴滴速的首選傳感器。為了減少環(huán)境光源的干擾、增強信噪比，采用脈沖調(diào)制的方式。 傳感器的作用就是將被測物理量變化過程的信號按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化成為適于傳輸和記錄的電量 (電壓或電流 )信號。傳感器輸出的電量信號通常比較小，不能直接用來顯示、記錄及進行 A/D 轉(zhuǎn)換因此，我們需要有一個環(huán)節(jié)，把微弱的信號放大調(diào)整到能與 A/D 轉(zhuǎn)換器輸入電壓相匹配的幅度。信號放大就是把前面由光電傳感器所采集到的光電信號轉(zhuǎn)換成為能夠處理的電信號。 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。當有液滴滴落時，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， R2 就把光敏二極管上的光通量變化轉(zhuǎn)換成了 R1 上的電信號的變化，再通過整形和 A/D 轉(zhuǎn)換，最后送入到單片機中進行處理。 本系統(tǒng)用光電傳感器來檢測單位時間內(nèi)點滴下落的個數(shù)， 該 傳感器內(nèi)含有一個紅外發(fā)光二極管，一個光敏三極管（用來接收反射回來的紅外光）。當發(fā)光二極管發(fā)出的紅外光大部分被光敏三極管接收時，接收端光敏三極管導通；光敏三極管接收到的反射紅外信號微弱時，接收端光敏三極管截止。具體電路形式如圖。 在圖 3— 2 中，向下的那個脈沖就是由于液滴落下時，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，它的脈沖個數(shù)是和液滴的個數(shù)一一對應的，也就是說，只要能夠數(shù)出脈沖的個數(shù)也就是知道了液滴的滴數(shù)了。 點滴信號的比較、濾波、整形電路 傳感器輸出信號通?？梢苑譃閮深?:一類為模擬量，例如壓力、溫度、加速度等的測量 。另一類為數(shù)字量，例如用光電或電磁傳感器測量轉(zhuǎn)速等的測量。對模擬量信號進行調(diào)整匹配時，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。而對數(shù)字信號進行調(diào)整匹配時，通常只需使信號通過比較器電路及整形電路、控制計數(shù)器計數(shù)即可。因此是屬于上面說的第二類，只要進行比較和整形即可。 本單元就是對由光電轉(zhuǎn)換單元傳出的數(shù)字信號進行整形和模數(shù)變換，以便實現(xiàn)和單片計的接口問題。在本設計中所用的比較器是 LM339A，主要是利用了它的單限比較器。 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)，輸出級是集電極開路結(jié)構(gòu)。它具有失調(diào)電壓平衡調(diào)節(jié)端 (或用作選通端 )，并且具有連接負載都多樣性及輸出電流可達 5OmA 的 特點。 12 液位檢測單元 同點滴速度檢測部分一樣，考慮到系統(tǒng)的醫(yī)用衛(wèi)生標準，醫(yī)用吊瓶中應盡量避免異物進入，選擇紅外探測方案。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液瓶接收信號差異還是可以達到 30~40mV，這說明紅外探測對于越限報警電路來說也是可行的。由于越限報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發(fā)出警報，所以就考慮使用和點滴速度一樣的設計電路，然后通過連接到計數(shù)器 /定時器 T1 上，通過 T1的電平的變化，即可知道液面是否到達警戒液面，然后 報警。這樣，電路可以簡單、明了，易于檢測液面。 圖 34 液面檢測單元 檢測電路的抗干擾措施 電路中使用光電傳感器檢測點滴速度和警戒值。這樣系統(tǒng)檢測信號受到可見光以及測量調(diào)節(jié)中點滴抖動的影響，要使檢測到的信號盡量準確，需要對系統(tǒng)電路進行抗干擾處理。 （ 1）防止可見光干擾 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，將會接收可見光。當可見光的強度足夠大時，將會影響到接收的紅外光信號的精度?？箍梢姽飧蓴_可以使用在光電傳感器探測頭加遮光罩，或使用脈沖頻率調(diào)制的方法。由于系統(tǒng)電路中使用直流 電源給光電傳感器提供工作電壓，所以本系統(tǒng)使用在光電傳感器探測頭上加遮光罩。 （ 2）防抖動干擾 電路中需要檢測儲液瓶中液面高度以實現(xiàn)報警，同時需要檢測點滴速度及通過改變 2h 高度實現(xiàn)對點滴速度的控制，所以測量時被測裝置將會移動，當光電傳感器和被測裝置之間不能緊密連接時，檢測到的信號誤差，所以要減小被測裝置移動時產(chǎn)生的抖動干擾。本系統(tǒng)中將光電傳感器固定在被測裝置上，以減小被測裝置移動時產(chǎn)生的抖動干擾。 當儲液瓶中液面晃動時，會使光敏傳感器產(chǎn)生誤報警，利用單片機檢測信號時，適當加上一段時間的延遲，待系統(tǒng)穩(wěn)定時再測，可以減小液面晃動時產(chǎn)生的干擾。 13 （ 3）干擾的軟件處理。如下 圖， 是單片機輸入信號的正常波形和異常波形 。 圖 35 單片機 輸入信號 檢測到正常波形時脈沖寬度是 t mS，若軟件采集脈沖波形上升沿，則檢測到異常波形時，軟件在 t mS 時間內(nèi)只默認采集了一個上升沿，即將另一個上升沿屏蔽掉，這樣軟件就能將異常波形轉(zhuǎn)換成正常波形進行處理。 聲 光報警電路 本設計采用一個蜂鳴器與一個發(fā)光二極管實現(xiàn)聲光報警。當傳感器檢測液位低于預設值或傳感器檢測不到有液滴下落時，單片機控制蜂鳴器報警燈工作 。 設計中的聲光報警單元分為兩部分 :一是光報警。它是利用 80C52 的 I/0 口控制驅(qū)動發(fā)光二極管工作實現(xiàn)光報警的功能。二是聲報警。它是利用蜂鳴器發(fā)出聲音提示人們。在本設計中光報警所使用的是在 80C52 的 腳上接一個發(fā)光二極管，當報警信號來臨時，它發(fā)出一亮一滅閃爍信號通知護士人員。 聲報警部分它時利用報警器來完成的。現(xiàn)在市場上的報警器的種類很多，比如 :揚聲器。蜂鳴器 燈，本設計中選用電磁式蜂鳴器作為報警器。電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。 14 圖 36 聲光報警單元 步進電機驅(qū)動單元（高度調(diào)整單元） 這部分主要由步進電機及其驅(qū)動電路和一定的機械結(jié)構(gòu)組成。電機安裝在地面，電機的主軸上纏繞一根軟線，軟線通過支架頂部的滑輪系在儲液瓶上。通過電機的旋轉(zhuǎn)可調(diào)節(jié)點滴裝置的高度。 步進電機是純粹的數(shù)字控制電動機， 由電脈沖信號即可轉(zhuǎn)變成角位移，比其他類型的電動機更適合于本系統(tǒng)，故選用步進電動機。本系統(tǒng)中使用步進電機來控制 2h 的高度，以控制點滴速度。此次設計采用 42BY015 型步進電機，采用 L298N芯片， L298N 是 ST 公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機驅(qū)動芯片。該芯片采用15 腳封裝。主要特點是：工作電壓高，最高工作電壓可達 46V。輸出電流大，瞬間峰值電流可達 3A，持續(xù)工作電流為 2A。額定功率 25W。內(nèi)含兩個 H 橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機和步進電動機、繼 電器線圈等感性負載 。采用標準邏輯電平信號控制 。具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作有一個邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作 ?？梢酝饨訖z測電阻，將變化量反饋給控制電路。使用 L298N 芯片驅(qū)動電機，該芯片可以驅(qū)動一臺兩相步進電機或四相步進電機，也可以驅(qū)動兩臺直流電機。 15 圖 步進電機驅(qū)動 鍵盤單元 鍵盤是由一組規(guī)則排列的按鍵組成，一個按鍵實際上是一個開關(guān)元件，也就是說鍵盤是一組規(guī)則排列的開關(guān)。按鍵按照結(jié)構(gòu)原理可分為兩類，一類是觸點式開關(guān)按鍵，如機械式開關(guān) 、導電橡膠式開關(guān)等；另一類是無觸點開關(guān)按鍵，如電氣式按鍵，磁感應按鍵等。前者造價低，后者壽命長。因此，微機系統(tǒng)中最常見的是觸點式開關(guān)按鍵，本設計也不例外。按鍵按照接口原理可分為編碼鍵盤與非編碼鍵盤兩類，這兩類鍵盤的主要區(qū)別是識別鍵符及給出相應鍵碼的方法。編碼鍵盤主要是用硬件來實現(xiàn)對鍵的識別，非編碼鍵盤主要是由軟件來實現(xiàn)鍵盤的定義與識別。全編碼鍵盤能夠由硬件邏輯自動提供與鍵對應的編碼，此外，一般還具有去抖動和多鍵、竄鍵保護電路，這種鍵盤使用方便，但需要較多的硬件，價格較貴，一般的單片機應用系統(tǒng)較少采用。非編碼 鍵盤只簡單地提供行和列的矩陣，其它工作均由軟件完成。由于其經(jīng)濟實用，較多地應用于單片機系統(tǒng)中，本設計便是如此。本設計使用的是機械觸點式按鍵開關(guān)，其主要功能是把機械上的通斷轉(zhuǎn)換成為電氣上的邏輯關(guān)系。也就是說，它能提供標準的 TTL 邏輯電平，以便與通