【文章內(nèi)容簡介】 大，產(chǎn)生的光電流也最大，當有液滴滴落時，由于液滴的形狀特性，使平行光束發(fā)散，投射到光敏三極管上的光照度將減弱，從而使光敏三極管產(chǎn)生的光電流減小，形成低信號脈沖。液位檢測的基本原理與液滴檢測相同,?！　　?a) 　　 b) 　　a) 　　b)　金屬電極檢測滴速和液面裝置　 　光電傳感器檢測滴速和液面裝置電極接觸控制方式原理簡單，易于實現(xiàn)，可靠性強，但會導(dǎo)致藥品污染，危及患者安全。而光電控制方式雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，紅外發(fā)射接收傳感器具有體積小、測量精度高、靈敏度好、避免與被測物直接接觸且安裝方便等優(yōu)點。易受外界光源影響，但可防止藥品的污染，保證患者用藥安全，所以本系統(tǒng)采用方案二。　滴速控制方案的論證與比較　 方案一：改變輸液瓶高度控制點滴速度。在輸液管截面積確定的條件下，利用儲液瓶高度不同所引起的液體壓強差的改變，實現(xiàn)對點滴速度的控制，當液滴速低于要求時，提高液瓶的高度增大壓強減小滴速，反之則可提高液滴速度。方案二：改變輸液軟管截面積控制點滴速度。在輸液瓶高度確定的條件下，通過改變輸液管導(dǎo)通截面積實現(xiàn)點滴速度的控制，當?shù)嗡俑哂谝髸r，擠壓軟管則可達到調(diào)速要求，反之，則可提高滴速。 　　擠壓軟管滴速控制裝置　　　　　　　　拉緊壓軟管滴速控制裝置方案三：拉緊軟管控制點滴速度。，可以拉緊軟管或者放松軟管來控制滴速。方案一中的高度控制可利用小型電機實現(xiàn)，具有結(jié)構(gòu)簡單、控制精度高等特點。方案二因為輸液軟管的截面積較小且形變后恢復(fù)速度較慢，難以實現(xiàn)點滴速度的精確控制。方案三中，雖容易實現(xiàn)，由于作用時間長的話，對軟管有損傷，可能引起漏液，且和方案二一樣存在輸液軟管的截面積較小且形變后恢復(fù)速度較慢，此三種方案都有優(yōu)、缺點，但權(quán)衡之下還是方案一更好一些。因此在本系統(tǒng)采用方案一?！　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‰姍C控制算法的選擇電動機包括直流電動機、交流電動機及步進電動機等三種，其在工業(yè)控制中扮演極重要角色。其中，由于步進電動機的驅(qū)動方式簡單、激活快速及定位準確等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于計算機外設(shè)上。鑒于此優(yōu)點，本系統(tǒng)采用步進電動機控制點滴滴速。步進電機控制算法的選擇直接影響到系統(tǒng)的性能和技術(shù)指標，在本系統(tǒng)的設(shè)計中起著關(guān)鍵的作用。較為可行的方案有：方案一：采用模糊控制。其優(yōu)點是不需要精確知道被控對象的數(shù)學模型，而且適用于具有較大滯后特性的被控對象。缺點是靜態(tài)誤差不容易控制。方案二：采用PI控制。其優(yōu)點是理論和技術(shù)都很成熟，在單片機上較易實現(xiàn)，可以達到較小的靜態(tài)誤差。方案三：采用模糊控制與PI 控制結(jié)合的算法。本系統(tǒng)采用方案一。　鍵盤、顯示及聲光報警部分顯示部分可選擇液晶顯示和數(shù)碼管顯示。本系統(tǒng)從站使用8279 擴展鍵盤和LED 顯示器；而主站部分由于要求實時顯示多組數(shù)據(jù)，因此選用MGLS12864 液晶顯示器顯示。44 鍵盤直接利用I/O 擴展而成。聲光報警電路也可直接利用單片機I/O口輸出放大驅(qū)動二極管發(fā)出聲光報警?！≈鲝恼緟f(xié)議部分方案一：采用并行總線方式。多機通信時，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。方案二：采用RS232 串行通信。通信技術(shù)成熟，僅需要TXD，RXD兩條通信線，波特率可調(diào)，通信速度快。缺點是TTL信號容易受干擾，不利于長距離傳輸數(shù)據(jù)。方案三：采用RS485 串行通信方式。本方案具有方案二的優(yōu)點，并且抗干擾能力強，可實現(xiàn)較長距離通信。方案四：采用總線通信協(xié)議。優(yōu)點是易于實現(xiàn)多機通信并且通信線路簡單，僅需要SDA，SCL 兩條通信線。但是不適合較長距離的信號傳輸由于主從機通信距離較短，從最佳性價比出發(fā)，選擇方案二。第3章　硬件設(shè)計　系統(tǒng)硬件設(shè)計主站采用當前主流單片機AT89C52，串行通訊采用RS232串行通訊接口芯片實現(xiàn)主、從通訊，鍵盤控制輸入設(shè)定從站滴速，接入顯示器顯示從站滴速，當從站滴速或液面出現(xiàn)不正常情況時，驅(qū)動聲光報警發(fā)出聲光報警。從站也是主要以AT89C52單片機為核心，在輔設(shè)一些外圍電路，從站可以顯示并輸入設(shè)定滴速進行運行，出現(xiàn)異常情況發(fā)出聲光報警，另外當主、從站通過通訊接口可相互傳輸和接收信號。 a)　　　　　　　　　　 b)　a)主站系統(tǒng)框圖　b)從站系統(tǒng)框圖　主站硬件電路設(shè)計1）MGLS12864液晶顯示器點陣圖形式液晶由MN個顯示單元組成，假設(shè)LCD顯示屏有64行，每行有128列，每8列對應(yīng)1字節(jié)的8位，即每行由16字節(jié)，共168=128個點組成，屏上6416個顯示單元與顯示RAM區(qū)1024字節(jié)相對應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應(yīng)位置的亮暗對應(yīng)。例如屏的第一行的亮暗由RAM區(qū)的000H～00FH的16字節(jié)的內(nèi)容決定，當（000）=FFH時，則屏的左上角顯示一條短亮線，長度為8個點；當（3FFH）=FFH時，則顯示屏的右下角顯示一短亮線；當（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=FFH，（003H）=00H，…（00EH）=FFH，（00FH）=00H時，則在屏的頂部顯示一條由8段亮線和8條暗線組成的虛線。這就是LCD顯示的基本原理。用LCD顯示一個字符時比較復(fù)雜，應(yīng)為一個字符由68或88點陣組成，既要找到和顯示屏上某幾個位置對應(yīng)的顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同的位為“1”，其他的為“0”，為“1”的點亮，為“0”的不亮，這樣一來就組成某個字符。但對于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器（如HD61202）來說，顯示字符就比較簡單了，可讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示RAM對應(yīng)的地址，設(shè)立光標，在此送上該字符對應(yīng)的代碼即可?！?MGLS12864液晶顯示模塊接口定義序號符號狀態(tài)功能1GSA輸入片選A2GSB輸入片選B3GND－電源地4VCC－邏輯電源正5V0－液晶顯示驅(qū)動電源6D/I輸入寄存器選擇信號7R/W輸入讀/寫選擇信號8E輸入使能信號9DB0三態(tài)數(shù)據(jù)總線（最低位）10DB1三態(tài)數(shù)據(jù)總線11DB2三態(tài)數(shù)據(jù)總線12DB3三態(tài)數(shù)據(jù)總線13DB4三態(tài)數(shù)據(jù)總線14DB5三態(tài)數(shù)據(jù)總線15DB6三態(tài)數(shù)據(jù)總線16DB7三態(tài)數(shù)據(jù)總線（最高位）　MGLS12864液晶顯示選信號組合GSAGSBMGLS1286400禁止使用01左區(qū)10右區(qū)11未選本系統(tǒng)采用P0口作為液晶顯示器數(shù)據(jù)輸入信號，～、讀/寫選通信號、使能信號。片選信號未選。具體硬件接線圖見附表C。2）I/O擴展鍵盤為了充分利用從站單片機的CPU，提高CPU的使用效率。在本設(shè)計中，鍵盤采用中斷控制方式，即只有在按下某一個特定的按鍵（本設(shè)計中為“設(shè)定”鍵）時，才向單片機發(fā)送一個中斷信號，使單片機產(chǎn)生中斷，從而使單片機轉(zhuǎn)向處理鍵盤中斷子程序，對鍵盤進行動態(tài)掃描，接受外界輸入的鍵值（包括數(shù)字鍵和“確定”鍵），當按下“確定”時，系統(tǒng)便退出鍵盤中斷子程序，轉(zhuǎn)向主程序進行滴速的檢測與控制。也就是說在未按“設(shè)定”鍵以前，按數(shù)字鍵和“確定”是無效的。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，通常應(yīng)具有人機對話功能，能隨時發(fā)出各種控制命令和數(shù)據(jù)輸入以及報告應(yīng)用系統(tǒng)的運行狀態(tài)與運行結(jié)果。鍵盤可以分為獨立式和矩陣式，每一類按其編碼法又都分為編碼及非編碼兩種類型。獨立式鍵盤是指直接利用I/O口線構(gòu)成的單個按鍵電路。每個獨立式按鍵占有一根I/O口線，每根I/O口線的工作狀態(tài)不會影響其他I/O口線工作。獨立式鍵盤接口電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每一個按鍵必須占一根I/O線，在鍵數(shù)較多時，I/O線浪費較大，因此，在本系統(tǒng)中，為了減少I/O口線的占有用，采用矩陣式鍵盤。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是用一個按鍵加以連接，但其結(jié)構(gòu)要復(fù)雜一些，識別也要復(fù)雜一些?！?，～。列線通過電阻接正電源，并將行線所接的單片機的I/O作為輸出端，而列線所接的I/O口作為輸入端。這樣，當按鍵沒有按下時，所有的輸出端都是高電平，代表無鍵按下。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，輸入線就會被拉低，這樣，通過讀輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵被按下?！/O擴展鍵盤接線圖3）聲光報警電路設(shè)計要求系統(tǒng)發(fā)生故障時發(fā)出聲光報警信號，可選擇一只蜂鳴器來實現(xiàn)這一功能。壓電式蜂鳴器工作時約需10mA的驅(qū)動電流，由于單片機輸出信號不能直接驅(qū)動蜂鳴器，因此外接驅(qū)動電路。蜂鳴器作為三極管VT3的集電極負載，當VT3導(dǎo)通時，蜂鳴器發(fā)出鳴叫聲；VT3截止時，蜂鳴器不發(fā)聲，R是限流電阻。＝0時，VTVT2導(dǎo)通時，使蜂鳴器和LED1的兩個管腳間獲得將近5V的直流電壓，蜂鳴器和故障燈中有電流通過，而產(chǎn)生蜂鳴和故障燈點亮；＝1時，VT截止，故障燈和蜂鳴器的兩管腳間的直流電壓接近0V，故不工作，而正常燈兩管腳間有接近5V電壓而工作?！÷暪鈭缶娐贰⊥ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)設(shè)計RS232是目前被廣泛使用的異步串行數(shù)字通信電氣標準，由電子工業(yè)協(xié)會EIA（Electronics Industry Association）制定。過去數(shù)十年中，RS232在低速數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域出盡了風頭。這種傳輸速度不快、傳輸距離也不遠的接口能夠在幾乎所有民用通信設(shè)備中占據(jù)主要角色，一個原因是早期用戶對通信速度和距離的要求不高（距離可以通過調(diào)制解調(diào)器加長）；另一個原因是它被所有PC、服務(wù)器認同為標準串行接口，成為計算機與桌面設(shè)備之間最簡單、有效通用的聯(lián)接通道之一。出于同樣的原因，在多單片機之間的通信中RS232也占據(jù)著重要位置。RS232標準推薦的物理聯(lián)接器有25(DB25)針型和新一代的9(DB5)針型。 　RS232接口定義DB9信號名稱方向含義1DCD輸入數(shù)據(jù)載波檢測2RXD輸入數(shù)據(jù)接收端3TXD輸出數(shù)據(jù)發(fā)送端4DTR輸出數(shù)據(jù)終端準備就緒（計算機）5SG信號地6DSR輸入數(shù)據(jù)設(shè)備準備就緒7RTS輸出請求發(fā)送（計算機要求發(fā)送數(shù)據(jù)）8CTS輸入清除發(fā)送(Modem準備接收數(shù)據(jù))9RI輸入響鈴指示以上信號在通信過程之中可能會全部或部分使用，最簡單的通信僅需TXD、RXD和SG即可完成，其它的握手信號可以做適當處理或者直接懸空，至于是否可以懸空，這根據(jù)通信程序而定，本系統(tǒng)中具體接線圖如附圖C所示。MAX232系列芯片是把單片機輸出的TTL電平轉(zhuǎn)換為RS232標準電平（邏輯1：15V～5V。邏輯0：+5V～+15V）?！AX232引腳說明VCC供電電壓T1OUT第一路RS232電平輸出C+、C外圍電容T1IN第一路TTL/COMS驅(qū)動電平輸入GND地R1IN第一路RS232電平輸入T2OUT第二路RS232電平輸出R1OUT第一路TTL/COMS驅(qū)動電平輸出R2IN第二路RS232電平輸入T2IN第二路TTL/COMS驅(qū)動電平輸入R2OUT第二路TTL/COMS驅(qū)動電平輸出　從站電路設(shè)計　滴速檢測與液面檢測電路設(shè)計本系統(tǒng)采用AUTONICS光電傳感器作為滴速和液面檢測，考慮到儲液瓶的大小?！」怆妭鞲衅餍吞柤疤匦孕吞枡z測距離電源特性BYD30DDT,DDTT,S10～30mm1224VDCNPN OPEN COLLECTOR OUTPUTBM200DDT200mm1224VDCNPN OPEN COLLECTOR OUTPUT。紅外對管夾在滴管兩邊一個發(fā)射管發(fā)出的紅外光被一頭的接收管所接收。一旦光路上有水滴通過，由于水對紅外光的反射與折射，使得接收管的接收信號變?nèi)?，形成一個小脈沖。同理當液面低于所檢測液面時，使得接收管接收信號變?nèi)酢z測得到信號送入單片機INT0和TNT1產(chǎn)生中斷進行計數(shù)。為了驗證以上的理論分析，專門用示波器記錄了多次這樣的脈沖。多次測量穩(wěn)定，雖有一些Vbas上下的波動，但是脈沖還是比較明顯，通過設(shè)定一個參考電平Vref，可以用運放來產(chǎn)生一個TTL電平的脈沖。經(jīng)多次分析，有以下不穩(wěn)定因素： (1)外界對紅外對管的干擾附近輻射源對信號干擾極大。為此，采取黑色覆蓋物包裹在對管周圍，既可以很好地吸收水滴反射和折射的紅外光，而且能盡量減小干擾。(2)Vref的選取考慮Vref的選取應(yīng)該略大于Vbas，這樣可以減小波動對輸出脈沖信號的影響。但不能太高，不然無法精確測量出脈沖來。所以，可以使用精密電阻來微調(diào)Vref,讓其保持在一個合適的值。充分考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，本系統(tǒng)硬件抗干擾由單穩(wěn)態(tài)電路構(gòu)成，通過改