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正文內(nèi)容

基于單片機(jī)的智能輸液系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

2025-07-19 02:11 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 loge 以及 fonct 靜態(tài)ionnement 可以減少到 2022 赫茲,可選擇節(jié)能模式兩種軟件模式??臻e模式下,CPU 停止工作,允許 RAM,定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,串口、中斷繼續(xù)工作。當(dāng)功率保護(hù)模式,RAM 內(nèi)容存儲,振蕩器是停止工作的的,所有的工作的單片機(jī)停止,直到一個中斷或硬件復(fù)位為止。 單片機(jī)的選用主要的功能如下:與 MCS51 單片機(jī)產(chǎn)品兼容;8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器;1000 次擦寫周期;全靜態(tài)操作:0Hz33MHz;三級加密程序存儲器;32 個可編程 I/O 口線;三個 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器;8 個中斷源;全雙工 UART 串行通道;低功耗空閑和掉電模式;掉電后中斷可喚醒;看門狗定時(shí)器;掉電標(biāo)識符。 以下圖 23 為引腳圖:圖 23 AT89S51 的引腳圖 AT89S51 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器,具有 8K 系統(tǒng),可編程序的存儲器。使用 Atmel 公司的高密度非易失性存儲器技術(shù)及產(chǎn)品制造工業(yè) 80S51 指令和引腳完全兼容。片中的程序存儲器系統(tǒng)程序可編程。在單芯片上,51 是擁有靈巧的 8 位 CPU 以及系統(tǒng)的可編程 Flash,使得 AT89S51 在許多的嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到十分廣泛的應(yīng)用。最小系統(tǒng)圖如圖 24。9圖 24 AT89S51 最小系統(tǒng)電路圖 單片機(jī) I/O 口管腳分配VCC:電源GND:地 P0 口:P0 端口是 8 位雙向的漏極開路的 I/O 口。當(dāng)作輸出口用時(shí),每位可以驅(qū)動 8 個 TTL 型的邏輯電平。當(dāng)我們對 P0 口寫入“1”時(shí),此引腳就用作高阻抗輸入來使用。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器的時(shí)候,P0 端口會作為低 8 位的地址/數(shù)據(jù)來使用。在這種情況下,P0 端口就具有內(nèi)部的上拉電阻了。在我們用 flash 進(jìn)行編程時(shí),P0 端口會接收發(fā)送到的指令字節(jié);在校驗(yàn)程序的時(shí)候,會輸出指令字節(jié)的。我們知道在程序校驗(yàn)時(shí),需要合適的外部上拉電阻。 P1 口:P1 端口是雙向的有內(nèi)置的上拉電阻 8 位 I/O 口,P1 口上的輸出端的緩沖器可以同時(shí)驅(qū)動四個 TTL 型的邏輯電平進(jìn)行工作。當(dāng)我們對 P1 口寫入“1”的時(shí)候,其內(nèi)部的上拉電阻就會拉高端口,該端口就可以當(dāng)作輸入口來使用了。當(dāng)作為輸入使用時(shí),在內(nèi)部電阻作用下外部被放低的引腳,將會輸出 IIL 型電流。此外, 會作為計(jì)數(shù)器/定時(shí)器 2 的外部計(jì)數(shù)的輸入端口, 會作為計(jì)數(shù)器/計(jì)時(shí)器2 觸發(fā)的輸入端口。當(dāng)我們對 flash 校驗(yàn)和編程的時(shí)候,P1 端口會接到低 8 位的地10址字節(jié)。 P1 引腳第二功能如表 21 所示:表 21 P1 引腳的第二功能 T2 用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 T2 的外部的計(jì)數(shù)輸入端口和時(shí)鐘的輸出端口 T2EX 用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 T2 的重載/捕捉觸發(fā)的信號與方向控制 MOSI 系統(tǒng)編程時(shí)用 MISO 系統(tǒng)編程時(shí)用 SCK 系統(tǒng)編程時(shí)用 P2 口:P2 端口是雙向的具有內(nèi)部的上拉電阻的 8 位的 I/O 端口,P2 口上的輸出緩沖器可以驅(qū)動四個 TTL 型的邏輯電平。當(dāng)我們對 P2 端口寫入“1”的時(shí)候,其內(nèi)部的上拉電阻就會把端口拉高,此時(shí)就當(dāng)作輸入口來使用了。當(dāng)該端口被當(dāng)作輸入口來使用時(shí),在外部被拉低的引腳在內(nèi)部電阻的作用下,將輸出 IIL 型電流。在訪問外部的程序存儲器時(shí),P2 端口會送出高 8 位的地址,用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)也是這樣。此時(shí),P2 端口會使用很強(qiáng)內(nèi)部上拉來發(fā)送“1” 。在使用 8 位的地址來訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的時(shí)候,P2 端口會輸出 P2 鎖存器中的內(nèi)容。當(dāng)在用flash 編程和校驗(yàn)的時(shí)候,P2 端口會依據(jù)接收到的高 8 位地址字節(jié)和控制信號來工作。 P3 口:P3 是雙向的具有內(nèi)部的上拉電阻的 8 位的 I/O 端口,P3 上的輸出緩沖器可以驅(qū)動四個 TTL 型的邏輯電平工作。當(dāng)我們對 P3 口寫入“1”的時(shí)候,其內(nèi)部的上拉電阻就會把端口拉高,該端口就可以當(dāng)作輸入口來使用。當(dāng)其當(dāng)作輸入口使用時(shí),在外部被拉低的引腳在內(nèi)部電阻的作用下,將會輸出 IIL 型電流。P3 端口也可以作為 AT89S52 的特殊功能來使用。另外,在我們進(jìn)行 flash 編程驗(yàn)的時(shí)候,P3端口也會接收控制信號。113 輸液系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)在第二章的方案論證基礎(chǔ)上,第三章主要對各個硬件結(jié)構(gòu)以及主要硬件部分進(jìn)行了論證。 控 制 電 機(jī) 模 塊 設(shè) 計(jì)本設(shè)計(jì)所使用的為步進(jìn)電動機(jī)。使用單片機(jī)去控制步進(jìn)電機(jī)是很方便和精準(zhǔn)發(fā)的,利用單片機(jī)去輸出相應(yīng)脈沖,每兩個脈沖可以使其轉(zhuǎn)動相應(yīng)的角度。通過這樣的程序,我們就可以控制電機(jī)轉(zhuǎn)動。同時(shí)也可以精確的確定其轉(zhuǎn)動的角度,于此我們可以控制滴袋的高低,以調(diào)節(jié)滴速。 步進(jìn)電動機(jī)的工作原理步進(jìn)電機(jī)是將脈沖信號轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行器件。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動器接收到的由單片機(jī)發(fā)出的脈沖信號,它可以驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定方向旋轉(zhuǎn)一個固定的角度(稱為“步距角”),它的運(yùn)動是按照固定的角度一步一步運(yùn)行的。首先可以通過控制輸入脈沖的個數(shù)來控制角位移量,從而達(dá)到電機(jī)轉(zhuǎn)動的目的;其次,通過單片機(jī)輸出脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度以及加速度。從而可以達(dá)到調(diào)節(jié)速度的目的。步進(jìn)電機(jī)是可以作為控制用的特殊的電機(jī)。廣泛的使用在各種開、閉環(huán)控制,他可以不積累誤差。現(xiàn)在比較常見的步進(jìn)電機(jī)有單相式步進(jìn)電機(jī)、永磁式步進(jìn)電機(jī)(PM) 、混合式步進(jìn)電機(jī)(HB)和反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)(VR)等?;旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)就是指混合了永磁式與反應(yīng)式的兩個優(yōu)點(diǎn)。它又可以分為兩相和五相:兩相步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角一般為 度而五相步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角一般為 度?,F(xiàn)在這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛,也是本課題的驅(qū)動方案所選用的步進(jìn)電機(jī)。12 步進(jìn)電機(jī)控制原理步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他電機(jī)的最大特點(diǎn)是,它可以通過單片機(jī)輸入脈沖信號進(jìn)行控制,即電機(jī)的轉(zhuǎn)動的總角度可以由輸入脈沖數(shù)決定,而電機(jī)的轉(zhuǎn)速是由脈沖信號的頻率決定。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路是根據(jù)控制信號工作,而控制信號由單片機(jī)產(chǎn)生。其基本原理作用如下:(1) 控制換相順序 通電換相的這一過程是脈沖分配。比如:三相步進(jìn)電機(jī)的三相三拍工作方式,其各相通電的順序以此為 ABCA,通電控制的輸出脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序去分別控制 ABCA 相的通斷。(2) 控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向當(dāng)給步進(jìn)電機(jī)以正序脈沖輸出通電,則步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)為正轉(zhuǎn),若按反序通電換相則電機(jī)反轉(zhuǎn)。(3) 控制步進(jìn)電機(jī)的速度當(dāng)控制單片機(jī)的輸出為一個一個脈沖的時(shí)候,它就可以一步一步的進(jìn)行轉(zhuǎn)動,每兩個脈沖直接可以轉(zhuǎn)動相應(yīng)的角度,并且兩個脈沖輸出的間隔時(shí)間越短,其電機(jī)轉(zhuǎn)動速度越快。所以我們就可以控制單片機(jī)的輸出脈沖頻率去控制電機(jī)轉(zhuǎn)動。單三拍的相序?yàn)?A—B—C—A 時(shí),電機(jī)正轉(zhuǎn);反之 A—B—C—A,則電機(jī)反轉(zhuǎn)。本題設(shè)計(jì)的關(guān)鍵就是控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和步數(shù),通過控制其方向和速度就可以把最小絕對誤差的控制在預(yù)置數(shù) M10%177。1 滴。如圖 31 所示。 A T 8 9 C 5 1 單片機(jī)+ 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(jī) 1 相電機(jī) 2 相電機(jī) 3 相2 0 02 0 02 0 0圖 31 步進(jìn)電動機(jī)控制電路圖13 數(shù) 據(jù) 采 集 模 塊 及 工 作 原 理光電傳感器:光電傳感器是由紅外發(fā)射管進(jìn)行發(fā)射,紅外接收對管接收光信號來檢測液滴的一種手段。經(jīng)過實(shí)驗(yàn),我們?yōu)榱朔乐馆斠浩鞯穆┒穬A斜所引起的水滴偏移,從而導(dǎo)致的不正常檢測,可設(shè)計(jì)使用三枚紅外發(fā)射管配合一枚紅外接收管組成的一種測試方法,將該傳感器套于輸液器的漏斗上,從而確保液滴的檢測結(jié)果無誤。結(jié)構(gòu)圖如圖 32。 發(fā)光二極管光敏三極管滴管圖 32 采集裝置結(jié)構(gòu)圖 三枚紅外發(fā)射管進(jìn)過恒定的電源驅(qū)動下可以發(fā)射一定頻率的恒定紅外線光,通過肉眼不可見。紅外線穿過對管間的間隙,由接收管接收。當(dāng)沒有水滴是通過對管間隙時(shí),紅外接收管會處于完全導(dǎo)通狀態(tài),輸出的為高電平;當(dāng)有水滴通過對管間隙的時(shí)候,紅外接收管的導(dǎo)通能力會有不同程度地下降,其輸出的不規(guī)則是負(fù)向脈沖;每一個水滴的通過都會產(chǎn)生一個這樣的不規(guī)則的負(fù)向脈沖,脈沖數(shù)目是與水滴數(shù)目一一對應(yīng)。這樣由紅外對管傳感器所產(chǎn)生的負(fù)向脈沖會經(jīng)過 LM339 比較器后,然后輸入端是輸入的不規(guī)則負(fù)向脈沖,就會整形為規(guī)則的正向脈沖,然后將該脈沖輸出到單片機(jī)的中斷口 INT0。其數(shù)據(jù)采集電路圖如圖 33,其輸出波形如圖 34。14圖 33 數(shù)據(jù)采集裝置ty圖 34 數(shù)據(jù)采集裝置輸出波形 紅外發(fā)光二極管和光敏三極管 紅外線發(fā)光二極管其電氣的電路符號及特性曲線,陽極(P 極)電壓加正,陰極(N 極)電壓加負(fù),此時(shí)二極管所加之電壓為正向電壓,同時(shí)亦產(chǎn)生正向電流,提供了紅外線發(fā)光二極管發(fā)射出光束的能量,其發(fā)光的條件與一般的發(fā)光二極管(LED)一樣,只是紅外線為不可見光。一般而言砷化鎵的紅外線發(fā)光二極體約須1V,;綠色發(fā)光二極管切入電壓約須 左右。當(dāng)加入之電壓超過切入電壓之后,電流便急速上升,而周圍溫度對二極管的切入電壓影響亦很大,當(dāng)溫度較高時(shí),將使其切入電壓數(shù)值降低,反之,切入電壓降低。 光敏三極管又稱光電三極管,它是一種光電轉(zhuǎn)換器件,其基本原理是光照到 PN 結(jié)上時(shí),吸收光能并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。它具有兩種工作狀態(tài): (1) 當(dāng)光敏三極管加上反向電壓時(shí),管子中的反向電流隨著光照強(qiáng)度的改變而改變,光照強(qiáng)度越大,反向電流越大,大多數(shù)都工作在這種狀態(tài)。 (2) 光敏三極管上不加電壓,利用 PN 結(jié)在受光照時(shí)產(chǎn)生正向電壓的原理,把它用作微型光電池。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15
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