【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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。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(diǎn)。因此是檢測(cè)液滴滴速的首選傳感器。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。 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)。傳感器輸出的電量信號(hào)通常比較小，不能直接用來顯示、記錄及進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換因此，我們需要有一個(gè)環(huán)節(jié)，把微弱的信號(hào)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(hào)放大就是把前面由光電傳感器所采集到的光電信號(hào)轉(zhuǎn)換成為能夠處理的電信號(hào)。 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(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。 本系統(tǒng)用光電傳感器來檢測(cè)單位時(shí)間內(nèi)點(diǎn)滴下落的個(gè)數(shù)， 該 傳感器內(nèi)含有一個(gè)紅外發(fā)光二極管，一個(gè)光敏三極管（用來接收反射回來的紅外光）。當(dāng)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(shí)，接收端光敏三極管導(dǎo)通；光敏三極管接收到的反射紅外信號(hào)微弱時(shí)，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(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。 點(diǎn)滴信號(hào)的比較、濾波、整形電路 傳感器輸出信號(hào)通?？梢苑譃閮深?:一類為模擬量，例如壓力、溫度、加速度等的測(cè)量 。另一類為數(shù)字量，例如用光電或電磁傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速等的測(cè)量。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。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。因此是屬于上面說的第二類，只要進(jìn)行比較和整形即可。 本單元就是對(duì)由光電轉(zhuǎn)換單元傳出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行整形和模數(shù)變換，以便實(shí)現(xiàn)和單片計(jì)的接口問題。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。 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)。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(fù)載都多樣性及輸出電流可達(dá) 5OmA 的 特點(diǎn)。 12 液位檢測(cè)單元 同點(diǎn)滴速度檢測(cè)部分一樣，考慮到系統(tǒng)的醫(yī)用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，醫(yī)用吊瓶中應(yīng)盡量避免異物進(jìn)入，選擇紅外探測(cè)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(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。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。這樣，電路可以簡(jiǎn)單、明了，易于檢測(cè)液面。 圖 34 液面檢測(cè)單元 檢測(cè)電路的抗干擾措施 電路中使用光電傳感器檢測(cè)點(diǎn)滴速度和警戒值。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。 （ 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(shí)，將會(huì)接收可見光。當(dāng)可見光的強(qiáng)度足夠大時(shí)，將會(huì)影響到接收的紅外光信號(hào)的精度。抗可見光干擾可以使用在光電傳感器探測(cè)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(cè)頭上加遮光罩。 （ 2）防抖動(dòng)干擾 電路中需要檢測(cè)儲(chǔ)液瓶中液面高度以實(shí)現(xiàn)報(bào)警，同時(shí)需要檢測(cè)點(diǎn)滴速度及通過改變 2h 高度實(shí)現(xiàn)對(duì)點(diǎn)滴速度的控制，所以測(cè)量時(shí)被測(cè)裝置將會(huì)移動(dòng)，當(dāng)光電傳感器和被測(cè)裝置之間不能緊密連接時(shí)，檢測(cè)到的信號(hào)誤差，所以要減小被測(cè)裝置移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的抖動(dòng)干擾。本系統(tǒng)中將光電傳感器固定在被測(cè)裝置上，以減小被測(cè)裝置移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的抖動(dòng)干擾。 當(dāng)儲(chǔ)液瓶中液面晃動(dòng)時(shí)，會(huì)使光敏傳感器產(chǎn)生誤報(bào)警，利用單片機(jī)檢測(cè)信號(hào)時(shí)，適當(dāng)加上一段時(shí)間的延遲，待系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)再測(cè)，可以減小液面晃動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的干擾。 13 （ 3）干擾的軟件處理。如下 圖， 是單片機(jī)輸入信號(hào)的正常波形和異常波形 。 圖 35 單片機(jī) 輸入信號(hào) 檢測(cè)到正常波形時(shí)脈沖寬度是 t mS，若軟件采集脈沖波形上升沿，則檢測(cè)到異常波形時(shí)，軟件在 t mS 時(shí)間內(nèi)只默認(rèn)采集了一個(gè)上升沿，即將另一個(gè)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(jìn)行處理。 聲 光報(bào)警電路 本設(shè)計(jì)采用一個(gè)蜂鳴器與一個(gè)發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警。當(dāng)傳感器檢測(cè)液位低于預(yù)設(shè)值或傳感器檢測(cè)不到有液滴下落時(shí)，單片機(jī)控制蜂鳴器報(bào)警燈工作 。 設(shè)計(jì)中的聲光報(bào)警單元分為兩部分 :一是光報(bào)警。它是利用 80C52 的 I/0 口控制驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管工作實(shí)現(xiàn)光報(bào)警的功能。二是聲報(bào)警。它是利用蜂鳴器發(fā)出聲音提示人們。在本設(shè)計(jì)中光報(bào)警所使用的是在 80C52 的 腳上接一個(gè)發(fā)光二極管，當(dāng)報(bào)警信號(hào)來臨時(shí)，它發(fā)出一亮一滅閃爍信號(hào)通知護(hù)士人員。 聲報(bào)警部分它時(shí)利用報(bào)警器來完成的。現(xiàn)在市場(chǎng)上的報(bào)警器的種類很多，比如 :揚(yáng)聲器。蜂鳴器 燈，本設(shè)計(jì)中選用電磁式蜂鳴器作為報(bào)警器。電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)。振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。 14 圖 36 聲光報(bào)警單元 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元（高度調(diào)整單元） 這部分主要由步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路和一定的機(jī)械結(jié)構(gòu)組成。電機(jī)安裝在地面，電機(jī)的主軸上纏繞一根軟線，軟線通過支架頂部的滑輪系在儲(chǔ)液瓶上。通過電機(jī)的旋轉(zhuǎn)可調(diào)節(jié)點(diǎn)滴裝置的高度。 步進(jìn)電機(jī)是純粹的數(shù)字控制電動(dòng)機(jī)， 由電脈沖信號(hào)即可轉(zhuǎn)變成角位移，比其他類型的電動(dòng)機(jī)更適合于本系統(tǒng)，故選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。本系統(tǒng)中使用步進(jìn)電機(jī)來控制 2h 的高度，以控制點(diǎn)滴速度。此次設(shè)計(jì)采用 42BY015 型步進(jìn)電機(jī)，采用 L298N芯片， L298N 是 ST 公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片采用15 腳封裝。主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá) 46V。輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá) 3A，持續(xù)工作電流為 2A。額定功率 25W。內(nèi)含兩個(gè) H 橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼 電器線圈等感性負(fù)載 。采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)控制 。具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作有一個(gè)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(cè)電阻，將變化量反饋給控制電路。使用 L298N 芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，該芯片可以驅(qū)動(dòng)一臺(tái)兩相步進(jìn)電機(jī)或四相步進(jìn)電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)。 15 圖 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 鍵盤單元 鍵盤是由一組規(guī)則排列的按鍵組成，一個(gè)按鍵實(shí)際上是一個(gè)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(diǎn)式開關(guān)按鍵，如機(jī)械式開關(guān) 、導(dǎo)電橡膠式開關(guān)等；另一類是無觸點(diǎn)開關(guān)按鍵，如電氣式按鍵，磁感應(yīng)按鍵等。前者造價(jià)低，后者壽命長。因此，微機(jī)系統(tǒng)中最常見的是觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵，本設(shè)計(jì)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(shí)別鍵符及給出相應(yīng)鍵碼的方法。編碼鍵盤主要是用硬件來實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵的識(shí)別，非編碼鍵盤主要是由軟件來實(shí)現(xiàn)鍵盤的定義與識(shí)別。全編碼鍵盤能夠由硬件邏輯自動(dòng)提供與鍵對(duì)應(yīng)的編碼，此外，一般還具有去抖動(dòng)和多鍵、竄鍵保護(hù)電路，這種鍵盤使用方便，但需要較多的硬件，價(jià)格較貴，一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)較少采用。非編碼 鍵盤只簡(jiǎn)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(jì)實(shí)用，較多地應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)中，本設(shè)計(jì)便是如此。本設(shè)計(jì)使用的是機(jī)械觸點(diǎn)式按鍵開關(guān)，其主要功能是把機(jī)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(biāo)準(zhǔn)的 TTL 邏輯電平，以便與通