【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ms，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。最后，電壓差的正負(fù)輸出到電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片決定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，通過(guò)級(jí)聯(lián)減速齒輪帶動(dòng)電位器旋轉(zhuǎn)，使得電壓差為0，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)然我們可以不用去了解它的具體工作原理，知道它的控制原理就夠了。就象我們使用晶體管一樣，知道可以拿它來(lái)做開(kāi)關(guān)管或放大管就行了，至于管內(nèi)的電子具體怎么流動(dòng)是可以完全不用去考慮的。(2)步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一, 廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒(méi)有積累誤差(精度為100%)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開(kāi)環(huán)控制。對(duì)于控制輸液點(diǎn)滴流速方面，考慮到穩(wěn)定性和精確性，優(yōu)先選用步進(jìn)電機(jī)。對(duì)改變輸液點(diǎn)滴速度的控制裝置。能手動(dòng)設(shè)置點(diǎn)滴流速，范圍0～100滴每分鐘，誤差不差過(guò)2滴。此裝置可以有多種方案，初期比較成熟的有三種：方案一 滑輪方案 如圖16,改變輸液瓶的高度調(diào)節(jié)滴速。h1h2電動(dòng)機(jī)滑輪點(diǎn)滴移動(dòng)支架儲(chǔ)液瓶受液瓶滴斗滴速夾如圖16方案二 凸輪方案 如圖17，凸輪擠壓輸液管調(diào)節(jié)滴速。墻壁軸心凸輪軟管如圖17方案三 拉繩索方案 如圖18，繩索拉緊或松調(diào)節(jié)滴速。繩索膠布固定鐵釘固定電機(jī)傳動(dòng)如圖18 若是使用方案一，由于點(diǎn)滴的變化范圍較大，導(dǎo)致導(dǎo)管的高低變化較大，不易操作、波動(dòng)大且危險(xiǎn)；方案二對(duì)電機(jī)的扭矩要求較高，步進(jìn)電機(jī)不足以提供這樣大的力矩；方案三考慮的因素較多，繩索的彈性、工作面的固定、操作繁瑣等。綜上所述，三個(gè)方案都沒(méi)能達(dá)到精確性、操作簡(jiǎn)潔性、穩(wěn)定性等。在多方查找資料中，我們發(fā)現(xiàn)一種醫(yī)療領(lǐng)域廣泛使用的輸液儀器輸液泵。 輸液泵(1)指狀蠕動(dòng)泵指狀蠕動(dòng)泵，又稱線性蠕動(dòng)泵，如圖110為指狀泵蠕動(dòng)的結(jié)構(gòu)示意圖。它體積小，重量輕，定量準(zhǔn)確，使用方便，輸液管安裝方便。這種泵有一根凸輪軸，凸輪軸上有多個(gè)(一般為12個(gè))凸輪，這些凸輪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相差一定的角度，每個(gè)凸輪與一個(gè)“手指”(即滑塊)相連。工作時(shí)，由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)凸滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使滑塊按一定順序和運(yùn)動(dòng)規(guī)律上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，像波一樣依次擠壓輸液管，使輸液管中的液體以一定的速度定向流動(dòng)。這種泵比較準(zhǔn)確，容易控制。輸液時(shí)不希望產(chǎn)生脈動(dòng)，要求泵的線性度好。泵的線性度與“手指”的數(shù)目有關(guān)，當(dāng)“手指”數(shù)目超過(guò)8個(gè)小時(shí)，就有很明顯的線性度，脈動(dòng)也明顯減少。如圖19 指狀蠕動(dòng)泵結(jié)構(gòu)示意圖(2)盤狀蠕動(dòng)泵盤狀蠕動(dòng)泵的結(jié)構(gòu)示意圖如圖111，這種人蠕動(dòng)泵具有圓弧內(nèi)周面的泵殼，有一中心輪，中心輪的邊緣呈軸對(duì)稱分布安裝著一定量的可轉(zhuǎn)動(dòng)擠壓輪，輸液管夾在擠壓輪和泵殼的圓弧形內(nèi)周面之間。工作時(shí)，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)其周圍的擠壓輪轉(zhuǎn)動(dòng)，中心輪像“太陽(yáng)”，擠壓輪像“地球”，擠壓輪即繞中心線公轉(zhuǎn)，又繞自己軸線自傳。幾個(gè)擠壓輪沿著中心輪順序擠壓輸液管，是液體以一定的方向流動(dòng)。圖110 盤狀蠕動(dòng)泵的結(jié)構(gòu)示意圖這些醫(yī)用輸液泵可滿足多種功能的需求，歸納起來(lái)，輸液泵能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能:(1)可精確測(cè)量和控制輸液速度。(2)可精確測(cè)定和控制輸液量。(3)液流線性度好，不產(chǎn)生脈動(dòng)。(4)能對(duì)氣泡、空液、漏液、心率異常和輸液管阻塞等異常情況進(jìn)行報(bào)警，并自動(dòng)切斷輸液通路。(5)實(shí)現(xiàn)智能控制輸液。 在考慮實(shí)際的操作性和現(xiàn)有的材料上，最后選用指狀蠕動(dòng)泵。 顯示模塊的分析與選用顯示器在儀器儀表、手持設(shè)備、電話系列、家用電器、運(yùn)動(dòng)耗材、醫(yī)療保健儀器等電子產(chǎn)品中得到了充分廣泛的應(yīng)用。同時(shí)對(duì)顯示器的要求要顯示清晰、直觀、準(zhǔn)確。此次設(shè)計(jì)的顯示部分可有多種方法實(shí)現(xiàn)，可以用(1)液晶顯示，可以用(2)數(shù)碼顯示，還可以用(3)熒光管顯示。數(shù)碼管液晶熒光管圖111 顯示的種類但是考慮到此次設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)和可實(shí)現(xiàn)性。對(duì)于液晶顯示器來(lái)說(shuō)，費(fèi)用相比較高，雖然實(shí)現(xiàn)與操作方便，但是考慮到費(fèi)用，相比液晶顯示器和熒光管顯示器來(lái)說(shuō)，數(shù)碼管顯示是比較理想的選擇。第二章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 硬件的總體設(shè)計(jì) 硬件的總體設(shè)計(jì)原理框圖傳感器檢測(cè)信號(hào)整形單片機(jī)數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)處理報(bào)警按鍵/指示控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸液泵圖21 硬件的總體設(shè)計(jì)原理框圖自動(dòng)點(diǎn)滴控制器以STC10F04XE單片機(jī)為核心，由數(shù)碼管電路、傳感器檢測(cè)電路、報(bào)警電路、驅(qū)動(dòng)電路等部分組成。傳感器檢測(cè)電路發(fā)出微弱的電信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路的放大整形處理，轉(zhuǎn)變成單片機(jī)能夠接收的電信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)控制，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)的計(jì)算處理送數(shù)碼管顯示模塊顯示，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前液滴數(shù)，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)更新一次當(dāng)前輸液速度值。當(dāng)液體點(diǎn)滴速度超過(guò)所設(shè)定的極限速度時(shí)或液位異常時(shí)，報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提示醫(yī)護(hù)人員目前的輸液狀況異常。當(dāng)要改變當(dāng)前點(diǎn)滴滴速時(shí)，使用按鍵控制單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，再由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)輸液泵控制輸液管流通液面的大小，從而改變點(diǎn)滴滴速的目的。l 自動(dòng)點(diǎn)滴控制器的功能要求能手動(dòng)設(shè)置點(diǎn)滴流速，范圍0～100滴每分鐘，誤差不差過(guò)2滴。能在藥液不足時(shí)報(bào)警。l 自動(dòng)點(diǎn)滴控制器的工作過(guò)程自動(dòng)點(diǎn)滴控制器工作過(guò)程第一: 接通電源，發(fā)光二極管開(kāi)始點(diǎn)亮第二：液滴通過(guò)傳感器，傳感器工作，進(jìn)行信號(hào)輸出。第三：信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行內(nèi)部計(jì)數(shù)，同時(shí)存儲(chǔ)。第四：將計(jì)數(shù)后的結(jié)果送至數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。第五：可以預(yù)先設(shè)定輸液速度的上限值與下限值，當(dāng)前顯示的輸液速度高于上限值或低于下限值時(shí)或液面異常時(shí)，可以自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒醫(yī)護(hù)人員。第六：改變當(dāng)前低速時(shí)，使用按鍵選擇控制功能，單片機(jī)接收信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)帶動(dòng)輸液泵從而控制滴速達(dá)到需要滴速。第七：關(guān)閉電源，停止檢測(cè)。l 自動(dòng)點(diǎn)滴控制器的性能特點(diǎn) 性能可靠、精確度高、性價(jià)比高、操作方便。 核心單片機(jī)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本課題選用國(guó)產(chǎn)單片機(jī)，宏晶科技公司的STC10F04XE單片機(jī)。STC10F04XE單片機(jī)實(shí)物圖：圖22 STC10F04XE單片機(jī)實(shí)物圖 STC10F04XE單片機(jī)的功能介紹l STC10F04XE單片機(jī)引腳圖，如下圖： 圖23 STC10F04XE單片機(jī)引腳圖l STC10F04XE主要性能：（1）高速:1個(gè)時(shí)鐘周期/機(jī)器周期/增強(qiáng)型8051內(nèi)核、速度比普通8051快8～12倍；（2）寬電壓:～,～(STC11/10L系列)；（3）低功耗設(shè)計(jì):空閑模式(可由任意一個(gè)中斷喚醒)；（4）低功耗設(shè)計(jì):掉電模式(可由任意一個(gè)外部中斷喚醒,可支持下降沿/低電平和遠(yuǎn)程喚醒,STC11xx系列還可通過(guò)內(nèi)部專用掉電喚醒定時(shí)器喚醒)；（5）工作頻率:0～35MHz,相當(dāng)于普通8051:0～420MHz；（6）時(shí)鐘:外部晶體或內(nèi)部RC振蕩器可選,在ISP下載編程用戶程序時(shí)設(shè)置；（7）1/2/3/4/5/6/8/16/32/52/62K字節(jié)片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器,擦寫(xiě)次數(shù)10萬(wàn)次以上；（8）1280/256字節(jié)片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；（9）芯片內(nèi)EEPROM功能,擦寫(xiě)次數(shù)10萬(wàn)次以上；（10）ISP / IAP,在系統(tǒng)可編程/在應(yīng)用可編程,無(wú)需編程器/仿真器；（11）2個(gè)16位定時(shí)器,兼容普通8051的定時(shí)器T0/T1；（12）1個(gè)獨(dú)立波特率發(fā)生器(故無(wú)需T2做波特率發(fā)生器)；（13）可編程時(shí)鐘輸出功能,；（14）硬件看門狗(WDT)；（15）全雙工異步串行口(UART),兼容普通8051,可作為2個(gè)串口(串口可在P3與P1口之間自由切換)；（16）先進(jìn)的指令集結(jié)構(gòu),兼容普通8051指令集，有硬件乘法/除法指令；（17）通用I/O口(36/40個(gè)),復(fù)位后為: 準(zhǔn)雙向口/弱上拉(普通8051傳統(tǒng)I/O口)。 核心單片機(jī)的設(shè)計(jì)原理圖l 單片機(jī)的時(shí)鐘電路通過(guò)連接一個(gè)晶振和兩個(gè)30pF的電容，便構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘電路。如下圖24：XTAL2XTAL1圖 24 單片機(jī)的時(shí)鐘電路l 單片機(jī)的復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位電路，如圖25。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的第9引腳為復(fù)位功能引腳，當(dāng)這個(gè)引腳連續(xù)兩個(gè)以上機(jī)器周期（2us以上）的高電平時(shí)，這個(gè)單片機(jī)就會(huì)復(fù)位。電容充電的瞬間，是導(dǎo)通，在設(shè)個(gè)瞬間，電流通過(guò)電容器，然后想電阻方向放點(diǎn)，此時(shí)，電容的“”端就能有一個(gè)很高的電勢(shì)，在高于3V的情況下，均可認(rèn)為是高電平。而電容的充電是有時(shí)間的，當(dāng)選擇合適的電容，其充電時(shí)間大于2us，這時(shí)，復(fù)位的條件成立。通常會(huì)把單片機(jī)復(fù)位引腳的高電平時(shí)間控制得長(zhǎng)點(diǎn)，通常達(dá)到ms級(jí)別。RES圖25 單片機(jī)的復(fù)位電路l 單片機(jī)STC10F04XE的設(shè)計(jì)原理圖，如圖26圖 26 單片機(jī)STC10F04XE的原理圖 點(diǎn)滴檢測(cè)模塊的設(shè)計(jì) 點(diǎn)滴檢測(cè)，采用直射式對(duì)管光電傳感器。 紅外傳感器電路設(shè)計(jì)傳感器檢測(cè)電路主要由紅外發(fā)光二極管、紅外接收三極管和一個(gè)LM393比較器組成。無(wú)液滴低落下時(shí)，接收管接收到的光強(qiáng)較強(qiáng)。有液滴低落下時(shí)，下落中的水滴對(duì)紅外光有較強(qiáng)的漫反射、吸收及一定的散射作用，導(dǎo)致接收光強(qiáng)的較大改變。接收管兩端電壓和基準(zhǔn)電壓由LM393比較器比較后，接受管兩端電壓大于基準(zhǔn)電壓，比較器輸出低電平，送至單片機(jī)進(jìn)行處理，據(jù)此就可以正確地檢測(cè)出液滴的滴落。實(shí)現(xiàn)原理框圖如圖27所示：?jiǎn)纹瑱C(jī)發(fā)射接收脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換電路LM393光敏三極管紅外發(fā)光二極管圖27 紅外光電傳感器原理框圖 紅外發(fā)光二極管 紅外發(fā)光二極管實(shí)物圖如圖28圖28紅外發(fā)光二極管實(shí)物圖，光電控制以及光電耦合的紅外光源，采用環(huán)氧樹(shù)脂全包封，根據(jù)性能參數(shù)進(jìn)行液體點(diǎn)滴速度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)。 紅外發(fā)光二極管參數(shù)HG313S參數(shù)數(shù)值HG313S參數(shù)數(shù)值最大功率75