【文章內容簡介】 相的通斷。(2)控制步進電機的轉向 如果給定工作方式正序換相通電，步進電機正轉，如果按反序通電換相，則電機就反轉。(3)控制步進電機的速度 如果給步進電機發(fā)一個控制脈沖，它就轉一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉一步。兩個脈沖的間隔越短，步進電機就轉得越快。調整單片機發(fā)出的脈沖頻率，就可以對步進 基于單片機的輸液監(jiān)護器的設計12電機進行調速。表 步進電機控制原理 r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01H02H03H根據上表，單三拍相序為 A—B—C—A 時電機正轉，反之 A—B—C—A 則電機反轉。本題設計的關鍵是控制電機的旋轉方向和步數，把調節(jié)的最小絕對誤差控制在預置數 M10%177。1 滴 A T 8 9 C 5 1 單片機+ 5 V2 0 02 0 02 0 0繼電器繼電器繼電器+ 1 2 V+ 2 4 V電機 1 相電機 2 相電機 3 相2 0 02 0 02 0 0圖 步進電動機控制電路圖 數據采集模塊及工作原理采集部分采用紅外傳感技術實現對滴斗中點滴的檢測，電路如圖 所示。比較器LM311 的門限電壓為可調電壓，可提供 V——5V 的電壓，以適應不同環(huán)境。當無點滴經過紅外傳感器感應區(qū)時，接收管導通，Vi 輸出低電平，低于比較器的門限電壓 V，V1輸出低電平。當點滴經過感應區(qū)時，紅外發(fā)射管發(fā)出的光線在一個短暫的時間內被阻擋，接收管出現一個短暫的截止，Vi 輸出電平產生一個上升沿，高于比較器的門限電壓 V，比較器輸出一個高電平脈沖給單片機，觸發(fā)單片機計數，達到了單位時間內計數的目的。 基于單片機的輸液監(jiān)護器的設計13圖 數據采集裝置發(fā)光二極管發(fā)射的光束經過茂菲氏管的液滴滴落線投射到光敏三極管的感光面，結構圖如 所示，在沒有液滴滴落時，光敏三極管接收到的光照度最大，產生的光生電流也最大。當有液滴滴落時，由于液滴的光學特性，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，由于不同類型的藥液(透明、半透明和不透明)液滴的光學特性不同，形成如圖 所示的不同幅度的負脈沖，只要檢測光電三極管的輸出電流脈沖，就可以探測出有無液滴的通過。發(fā)光二極管光敏三極管滴管圖 采集裝置結構圖ty圖 數據采集裝置輸出波形 基于單片機的輸液監(jiān)護器的設計14 紅外發(fā)光二極管和光敏三極管光電傳感器由發(fā)光源和受光器兩部分組成。發(fā)光源常用砷化鎵紅外發(fā)光二極管，發(fā)光源引出的管腳為輸入端。常用的受光器有光敏三極管、光敏晶閘管和光敏集成電路等。受光器引出 的管腳為輸出端。光耦合器利用電光電兩次轉換的原理，通過光進行輸入與輸出之間的耦合。 紅外發(fā)光二極管主要參數砷化鎵紅外發(fā)光二極管主要用于光電輸入機及光電讀出裝置的光源，光電控制以及光電耦合的紅外光源，采用環(huán)氧樹脂全包封，下表列出了砷化鎵紅外發(fā)光二極管的主要性能參數，根據性能參數進行液體點滴速度檢測電路的設計。表 紅外發(fā)光二極管主要參數HG313S 參數 數值 HG313S 參數 數值最大功率（mw） 75 發(fā)射功率(mw) 2最大正向電流(mA) 50 發(fā)光峰值波長(nm) 940正向壓降(v) ≤ 半峰寬度(A) ≤400反向電流(ｕA) ≤50 結電容(pf) ≤100反向耐壓(v) ≥5 截止頻率(mHZ) ≥1 光敏三極管的主要參數硅光敏三極管用于近紅外光探測器，以及光耦合，特性識別，過程控制等方面。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，根據性能參數進行液體點滴速度檢測電路的設計。表 光敏三極管的主要參數參數 符號 額定值工作溫度(℃) Topr 65 ~ +125存儲溫度(℃) Tstg 65 ~ +150集射極擊穿電壓(v) Vceo 45集電極基極擊穿電壓(v) Vcbo 45 基于單片機的輸液監(jiān)護器的設計15發(fā)射極基極擊穿電壓(v) Vebo 5功率損耗(mW) Pd 300集電極電流(mA) Ic 飽和電壓(v) Vce 峰值波長(nm) λ 940開啟時間(181。s) Ton 8切斷時間(181。s) Toff 7 電源模塊監(jiān)控系統(tǒng)采用電池供電，可滿足室內走動的需要。為保證輸液正常工作，電源電路中還配有電池電量檢測裝置，在電池電量比較低，可能會影響到輸液正常工作的情況下及時報警，提醒更換電池。由于單片機和顯示器都需要 5V 左右電源，而 nRF905 需要 電源，所以這里在做電路板時采用留插槽的方式，提供 5V 電源，然后通過 DC—DC芯片 MRCLD33B 得到 電源。與監(jiān)控電腦相連接的電路由電腦供電。單片機和 RS232C 接口需要 5V 電源，而nRF905 需要 電源，所以也要通過芯片 MRCLD33B 得到 電源。 聲報警模塊報警電路如圖 所示，直接接在單片機的 腳，在輸液前，根據病人情況設定輸液速度，當點滴的速度低于 20 滴/分或高于 150 滴/ 分時，單片機發(fā)出信號使 出現高電平，觸發(fā)蜂鳴器報警裝置，蜂鳴器發(fā)出響聲。如有人按報警按鈕，I/O 口也會輸出高電平，觸發(fā)蜂鳴器報警，提醒醫(yī)護人員和受液人采取相應措施，避免危險事故發(fā)生。如10 秒后仍然無人處理，則關閉輸液器。保證病人安全。+ 5 VI / O 口N P NS P E A KE R圖 報警電路 基于單片機的輸液監(jiān)護器的設計16 復位電路此系統(tǒng)采取的是手動復位，按下復位按鈕，在 RST 端就會產生高電位，持續(xù) 2 個機械周期，系統(tǒng)就會復位。電路圖如圖 ： R 2R 1+ 5 V CR S T8 9 C 5 1圖 復位電路 顯示模塊在單片機應用系統(tǒng)中，通常都要有人機對話功能。它包括人對應用系統(tǒng)的狀態(tài)干預和數據輸入以及應用系統(tǒng)向人報告運行和運行結果。顯示模塊就是單片機向人匯報運行情況的工具。在單片機系統(tǒng)中,常用的顯示器有:（1）發(fā)光二極管顯示器,簡稱 LED(Light Emitting Diode)。（2）液晶顯示器,簡稱 LCD(Liquid Crystal Display)。（3）熒光管顯示器，簡稱 CRT。近年來也開始使用簡易的 CRT 接口,顯示一些漢字及圖形。LED 就能滿足顯示的要求，所以本設計采取 LED 顯示 LED顯示器的結構LED 顯示器是單片機應用系統(tǒng)中常用的價廉輸出設備。它是由若干個發(fā)光二極管組成的,當發(fā)光二極管導通時,相應的一個點或一個筆畫發(fā)亮?？刂撇煌M合的二極管導通,就能顯示出各種字符。LED 數碼管的外形如圖 所示： 基于單片機的輸液監(jiān)護器的設計17圖 LED 外形發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極顯示器,陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。結構圖如圖 (a),(b)所示 efdc b ag efdc b ag(a)共陽極接法(b)共陰極接法圖 LED 顯示器接法對于共陰極 LED,欲點亮的段在字節(jié)中所處的位為“1”,對于共陽極 LED,欲點亮的段在字節(jié)中所處的位為“0” ，本設計采取的是共陰極接法。表 LED 共陰/共陽段選編碼表顯示字符 共陰極字型碼 共陽極字型碼 顯示字符 共陰極字型碼 共陽極字型碼0 3FH C0 C 39H C6H1 06H F9H D 5EH A1H2 5BH A4H E 79H 86H3 4FH B0H F 71H 8EH4 66H 99H P 73H 8CH5 6DH 92H U 3EH C1H6 7DH 82H I 31H CEH7 07H F8H Y 6EH 91H8 7FH 80H H 76H 89H9 6FH 90H L 38H C7H 基于單片機的輸液監(jiān)護器的設計18A 77H 88H 空格 00H FFHB 7CH 83H LED顯示器的顯示方法LED 顯示器有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種顯示方式，本設計采取的是動態(tài)顯示，（1）LED 靜態(tài)顯示方式所謂靜態(tài)顯示，就是當顯示器顯示某一個字符時，相應的發(fā)光二極管恒定地導通或截止，例如七段顯示器的 a,b,c,d,e,f 導通，g 截止，顯示 0。這種顯示方式每一位都需要有一個８位輸出口控制。（2）LED 動態(tài)顯示方式掃描顯示方式,即在某一時刻,只讓某一位的位選線處于選通狀態(tài),而其它各位的位選線處于關閉狀態(tài),同時,段選線上輸出相應位要顯示字符的字型碼,這樣同一時刻,4 位 LED中只有選通的那一位顯示出字符,而其它三位則是熄滅的。由于人眼有視覺暫留現象,只要每位顯示間隔足夠短,則可造成多位同時亮的假象,達到顯示的目的。本設計采取的是動態(tài)顯示。 7 段譯碼器 CD4511CD4511 是七段碼十六進制鎖存譯碼驅動芯片，它能將四位二進制數編碼轉換位七段LED 顯示器的字段碼，同時具有鎖存和驅動能力。CD4511 管腳配置如圖 所示： V s s1543261 09871 51 11 21 31 41 6L EDABCL TB IedcbagfV d dC D 4 5 1 1圖 CD4511 管腳圖A，B，C ，D— BCD 碼輸入端LE—鎖存允許端，當 LE=0 時，4 位 BCD 碼進入鎖存器，當 LE=1 時，輸入的數據被鎖存，其邏輯圖如圖 所示： 基于單片機的輸液監(jiān)護器的設計19/LT 和/BI 的功能如表 所示，a~g 的七段碼輸出端。鎖存器譯碼器驅動器ACBDedcbagf543圖 CD4511 邏輯圖表 CD4511 真值表輸入 輸出LE /BI /LT D C B A a b c d e f g 顯示**00000000000000001*0111111111111111110111111111111111111* * * ** * * *0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 1* * * *1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 00 1 1 0 0 0 01 1 0 1 1 0 11 1 1 1 0 0 10 1 1 0 0 1 11 0 1 1 0 1 10 0 1 1 1 1 11 1 1 0 0 0 01 1 1 1 1 1 11 1 1 0 0 1 10 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0.B0123456789. 基于單片機的輸液監(jiān)護器的設計20 顯示模塊電路設計電路圖如圖 所示，顯示模塊有六位數碼管組成，七段譯碼器 CD4511 作為數碼管的驅動器。~ 作為六位數碼管的位選信號，接在 CD4511 鎖存允許端 LE，當~ 某位為低信號時，當 LE=0 時，控制相應的 CD4511 工作，4 位 BCD 碼進入鎖存器，從而顯示相應數字。 3 02 92 32 22 42 52 62 72 84 03 93 33 23 43 53 63 73 83 1P 2 . 7P 2 . 6P 2 . 0P 2 . 1P 2 . 2P 2 . 3P 2 . 4P 2 . 5P 0 . 0P 0 . 1P 0 . 7E A / V P PP 0 . 6