【文章內(nèi)容簡介】 機號，更嵌入時間顯示模塊，實現(xiàn)簡單友好的人機界面，符合實際要求。主站鍵盤直接采用I/O擴展而成，充分考慮到了操作的便捷和簡易性。外圍電路電源均由主機統(tǒng)一控制管理。監(jiān)測與點滴速度調(diào)節(jié)構成從站的主要功能，其主要模塊除單片機控制部分外，還有滴速檢測、滴速調(diào)節(jié)、異常報警電路、速度設定與數(shù)碼顯示等。系統(tǒng)采用光電耦合傳感器來進行檢測滴速和液面高度產(chǎn)生中斷進行計數(shù)，采用步進電機升降來進行滴速的控制，如果檢測到的滴速在要求誤差范圍內(nèi)過快或者過慢，則驅(qū)動步進電機來調(diào)節(jié)儲液瓶的高度或者擠壓軟管達到控制的目的。當出現(xiàn)異常情況如儲液低于（2～3cm）時或者滴速低于或高于要求控制的范圍（20～150滴/min）時，則驅(qū)動聲光報警電路進行報警。顯示裝置則采用LED 顯示器，從站鍵盤采用8279擴展鍵盤，另外還可加入紅外遙控鍵盤裝置，護士人員不但對從站控制方便也還為醫(yī)療人員提供方便，此系統(tǒng)暫沒有提供紅外遙控鍵盤裝置設計，如讀者有興趣，可自行設計。電機采用模糊控制算法，提高控制精度，驅(qū)動電路由相關的驅(qū)動芯片組成?！∠到y(tǒng)各模塊方案選擇　單片機型號的選擇本系統(tǒng)是以單片機為核心的輸液滴速控制系統(tǒng)，單片機應用系統(tǒng)性能優(yōu)越，價格便宜，而且功能強大，用戶界面友好，雖然工業(yè)PC機、PLC和DSP等，其性能雖也強，比如PLC、DSP等功能強，可靠性也極高，使用方便，體積小巧，但其性價比遠沒有單片機應用系統(tǒng)高，在更多的工業(yè)控制應用場合，單片機應用系統(tǒng)突出的性價比而迎得用戶的青睞。設計這樣一個簡單的應用系統(tǒng)，Intel公司的8051和其它的一些公司芯片均可選用。其他一些MCS51系列兼容的芯片，如ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C系列單片機，該單片機完全與8031兼容，并且還具有程序加密等功能，物美價廉，經(jīng)濟實用，成為技術更加成熟的新一代單片機應用系統(tǒng)。AT89C52內(nèi)部含有大容量的Flash存儲器，功能強，性價比憂，可以反復擦寫，給用戶提供了極大的方便，所以在生產(chǎn)開發(fā)及便攜式商品中、手提式儀器等方面有著十分廣泛的應用，也是目前取代傳統(tǒng)的MCS51系列單片機的主流單片機之一?；谏鲜霰鞠到y(tǒng)采用與8031兼容的AT89C52單片機?！↑c滴速度檢測和液面檢測方案的論證與比較方案一：采用金屬電極檢測點滴速度信號以及儲液瓶液面信號。，用藥液的導電特性實現(xiàn)液滴速度及儲液瓶液面信號的檢測，當有液滴下落時，金屬電極接通，此時產(chǎn)生一個高信號脈沖，無液滴下落時，金屬電極斷開，由此產(chǎn)生一個高低信號脈沖，通過對高低脈沖進行計數(shù)，檢測液滴速度（滴／min），同理，液面也可以采用金屬電極檢測。通常電極采用不銹鋼等耐腐蝕材料制成。方案二：采用光電傳感器檢測點滴速度以及儲液瓶液面信號。發(fā)光二極管發(fā)射的平行光束穿過滴管投射到光敏三極管的感光面上，在沒有液滴滴落時，光敏三極管接收到的光照度最大，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，但會導致藥品污染，危及患者安全。而光電控制方式雖然結構復雜，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)，具有結構簡單、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速度較慢，此三種方案都有優(yōu)、缺點，但權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，被廣泛應用于計算機外設上。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)的性能和技術指標，在本系統(tǒng)的設計中起著關鍵的作用。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，結構復雜。方案二：采用RS232 串行通信。通信技術成熟，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　硬件設計　系統(tǒng)硬件設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，在輔設一些外圍電路，從站可以顯示并輸入設定滴速進行運行，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LCD顯示屏有64行，每行有128列，每8列對應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，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應位置的亮暗對應。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雜，應為一個字符由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對應的地址，設立光標，在此送上該字符對應的代碼即可?！?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（本設計中為“設定”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，轉向主程序進行滴速的檢測與控制。也就是說在未按“設定”鍵以前，按數(shù)字鍵和“確定”是無效的。在單片機應用系統(tǒng)中，通常應具有人機對話功能，能隨時發(fā)出各種控制命令和數(shù)據(jù)輸入以及報告應用系統(tǒng)的運行狀態(tài)與運行結果。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，軟件結構簡單，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，但其結構要復雜一些，識別也要復雜一些?！?。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V