【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 圖7 點(diǎn)滴信號(hào)的比較、濾波、整形單元 液位檢測(cè)單元考慮到實(shí)際的醫(yī)院衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，醫(yī)用儲(chǔ)液瓶中應(yīng)盡量避免異物進(jìn)入，選擇紅外對(duì)射傳感器方案。雖然儲(chǔ)液瓶壁厚度和外直徑都比滴斗大的多，但在增大了紅外發(fā)射功率后，通過(guò)液位高度變化，導(dǎo)致了儲(chǔ)液瓶接收信號(hào)有差異，但還是可以使電流信號(hào)可以達(dá)到30~40mV，這說(shuō)明紅外傳感器對(duì)于液位檢測(cè)單元來(lái)說(shuō)也是可行的。而光電報(bào)警電路只需要在液位下降到設(shè)計(jì)要求液位的高度2~3cm以下后，發(fā)出警報(bào)信號(hào)，所以就考慮使用和點(diǎn)滴信號(hào)處理單元類(lèi)似的設(shè)計(jì)電路，然后通過(guò)連接至計(jì)數(shù)器或者定時(shí)器T1上，通過(guò)掌握T1電平的變化，即可知道檢測(cè)液面是否低于給定液面高度，低于的話，傳送信號(hào)至光電報(bào)警單元然后報(bào)警。這樣，電路可以簡(jiǎn)單、易懂，便于檢測(cè)液位。圖8 液面檢測(cè)單元此次設(shè)計(jì)采用一個(gè)蜂鳴器與一個(gè)發(fā)光二極管完成聲光報(bào)警的功能。當(dāng)傳感器檢測(cè)液位，顯示實(shí)時(shí)液位低于給定值或紅外光電傳感器檢測(cè)不到有液滴落下時(shí)，AT89S52單片機(jī)控制蜂鳴器報(bào)警以及發(fā)光二極管發(fā)光工作，傳遞聲光報(bào)警信息。設(shè)計(jì)中的聲光報(bào)警單元分為兩部分:一是光報(bào)警。它是利用AT89S52的I/0口控制驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管工作完成光報(bào)警的功能。二是聲報(bào)警。它是利用蜂鳴器能發(fā)出聲音告訴人們。，當(dāng)報(bào)警信號(hào)來(lái)臨時(shí)，它發(fā)出一亮一滅閃爍的光信號(hào)及時(shí)的通知護(hù)士人員進(jìn)行儲(chǔ)液瓶的處理。聲報(bào)警部分，它是利用報(bào)警器來(lái)完成的?，F(xiàn)在市面上使用的報(bào)警器的種類(lèi)很多，比如:揚(yáng)聲器。蜂鳴器燈。此次設(shè)計(jì)中選用電磁式蜂鳴器作為報(bào)警器。蜂鳴器接通電源后，蜂鳴器里的振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過(guò)蜂鳴器里的電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)。蜂鳴器里的振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振蕩發(fā)出聲音。以達(dá)到以上的聲光報(bào)警單元的功能要求。圖9 聲光報(bào)警單元 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元這部分主要由步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路和一定的機(jī)械結(jié)構(gòu)組成。電機(jī)安裝在地面，電機(jī)的主軸上通過(guò)纏繞一根軟線，而軟線則通過(guò)連著支架頂部的滑輪并一端系在儲(chǔ)液瓶上，從而達(dá)到電機(jī)的旋轉(zhuǎn)可有效調(diào)控點(diǎn)滴裝置的高度。步進(jìn)電機(jī)是單純的數(shù)字式控制電動(dòng)機(jī)，將電脈沖信號(hào)即可轉(zhuǎn)換成步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的角位移，步進(jìn)電機(jī)比其他類(lèi)型的電動(dòng)機(jī)更適合于這個(gè)裝置，所以選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，用來(lái)控制儲(chǔ)液瓶的高度，從而控制點(diǎn)滴速度。就本設(shè)計(jì)要求而言，通過(guò)上網(wǎng)查閱相關(guān)資料得知目前醫(yī)院使用的輸液瓶有玻璃瓶、塑料瓶、塑料袋3種，最常見(jiàn)的有100ml、250ml和500ml三種規(guī)格。以500ml的玻璃輸液瓶為例子，測(cè)得其質(zhì)量最多1Kg，通過(guò)G=mg (1)，根據(jù) P=FV/k （2）其中P為功率（KW），F(xiàn)為重力（kN),k為傳動(dòng)機(jī)械效率（），,符合設(shè)計(jì)的需要，所以本設(shè)計(jì)選擇吉利牌550型電機(jī)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片方面采用一種高電壓、大電流兩通道的直流驅(qū)動(dòng)的L298與L297,其中L297是步進(jìn)電機(jī)前級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片，由此前兩個(gè)芯片配合使用能組成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的電流過(guò)小，無(wú)法驅(qū)動(dòng)電機(jī)，L298在組合的驅(qū)動(dòng)電路中起到放大電流的作用。L298有四個(gè)輸入，四個(gè)輸出；并且有兩個(gè)使能端。一般情況下，可以直接把EA,EB兩個(gè)使能端接高電平，直接通過(guò)控制輸入口輸出口即接單片機(jī)的I/O口,來(lái)控制電機(jī)。 圖10 L298內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖本設(shè)計(jì)因使用的按鍵較多，所以采用行列式鍵盤(pán)。而一個(gè)完整的行列式鍵盤(pán)應(yīng)當(dāng)達(dá)到以下功能要求：（1）檢測(cè)有無(wú)按鍵按下，并采取硬件或軟件去機(jī)械抖動(dòng)的方法，克服鍵盤(pán)按鍵機(jī)械觸點(diǎn)抖動(dòng)，所造成按鍵誤判的使用問(wèn)題。（2）有健全可靠的邏輯處理方法。每次僅處理一個(gè)按鍵，期間無(wú)論任何按鍵的何種按下對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行不產(chǎn)生任何的影響，并且無(wú)論一次按鍵時(shí)間有多長(zhǎng)，系統(tǒng)都只實(shí)現(xiàn)一次按鍵功能程序的安全有效運(yùn)行。（3）能夠準(zhǔn)確輸出按鍵值，并符合系統(tǒng)跳轉(zhuǎn)指令的各項(xiàng)要求。使用行列式鍵盤(pán)可以很好的達(dá)到以上鍵盤(pán)單元的功能條件。圖11 鍵盤(pán)單元電路 LCD顯示單元顯示電路主要實(shí)現(xiàn)對(duì)輸液過(guò)程中點(diǎn)滴速度的實(shí)時(shí)顯示，此次設(shè)計(jì)采用顯示器液晶LCD1602來(lái)實(shí)現(xiàn)。LCD1602又名液晶型工業(yè)字符顯示器，能夠一時(shí)間顯示32個(gè)字符，一般有14條引腳線或16腳引腳線，多出來(lái)的兩條線是背光電源線與接地線。 LCD1602還提供各種控制命令：（1）清顯示，指令碼01H,光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置；（2）光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H；（3）光標(biāo)和顯示模式設(shè)置I/D；（4）顯示開(kāi)關(guān)控制等多種功能。圖12 LCD顯示單元4系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)該系統(tǒng)在硬件方面控制核心是AT89S52單片機(jī)，而在軟件方面，其核心是程序，程序是單片機(jī)系統(tǒng)的控制關(guān)鍵，一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)的各項(xiàng)功能能否很好的去實(shí)現(xiàn)，是否有較強(qiáng)的可靠性，在非常大程度上都取決于程序本身是否科學(xué)合理可行。而本裝置的系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的要點(diǎn)在于:(1)定時(shí)器O中斷處理程序，主要是用于對(duì)光電傳感器傳送過(guò)來(lái)的點(diǎn)滴信號(hào)進(jìn)行精確的計(jì)數(shù)；(2)定時(shí)器1中斷處理程序，主要是用于對(duì)光電傳感器傳送過(guò)來(lái)的檢測(cè)液位高度的實(shí)時(shí)信號(hào)中所進(jìn)行的中斷處理；(3)主控模塊框架科學(xué)合理的構(gòu)建，關(guān)鍵點(diǎn)是處理器各種資源的科學(xué)分配和合理運(yùn)用；所以達(dá)到以上程序設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，顯得至關(guān)重要。主控模塊作為核心程序，在運(yùn)行的時(shí)候保證對(duì)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)與部分串口進(jìn)行初始化處理，然后協(xié)調(diào)各子程序進(jìn)行有條不紊的運(yùn)行。此次設(shè)計(jì)的初始化工作主要包括以下兩方面，一方面是對(duì)串口進(jìn)行初始化處理，讓串口工作在方式1，波特率則由定時(shí)器T1的溢出率進(jìn)行給定，設(shè)置為1200bit/s，并使其處于允許接收的狀態(tài)。，需要將定時(shí)器1的初始值設(shè)定為248(0E8)。因?yàn)榇跀?shù)據(jù)通信過(guò)程中的發(fā)送與接收都必須由中斷的方式來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，所以還必須設(shè)定串口通信的中斷方式；另一方面是對(duì)于外部中斷0的設(shè)置，在點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置中，每當(dāng)有液滴下落時(shí)，點(diǎn)滴信號(hào)檢測(cè)電路就會(huì)將紅外線對(duì)射傳感器產(chǎn)生的電信號(hào)采集到，并送到信號(hào)比較放大，整形與A /D轉(zhuǎn)換單元電路中，然后生成一個(gè)數(shù)字脈沖信號(hào)，送至AT89S52單片機(jī)內(nèi)部使其生成一個(gè)外部中斷0。系統(tǒng)在此中斷計(jì)數(shù)的過(guò)程中，需要開(kāi)啟外部中斷0的方式，且將外部中斷0設(shè)置在電平觸發(fā)模式，以及用于技術(shù)上的R4寄存器的清零處理。圖13 主控程序流程圖點(diǎn)滴速度可以有以下兩種方式進(jìn)行測(cè)量：方式一：用時(shí)間單位為點(diǎn)滴間隔，在采集一次點(diǎn)滴的時(shí)間，通過(guò)60除以點(diǎn)滴單位時(shí)間就可獲得每分鐘內(nèi)的點(diǎn)滴數(shù)目的方法。這種方法使用到除法步驟，并且當(dāng)點(diǎn)滴速度很大時(shí)，點(diǎn)滴數(shù)目測(cè)量誤差也會(huì)相對(duì)變大，因此測(cè)量點(diǎn)滴單位時(shí)間的誤差會(huì)被60秒這一段時(shí)間單位進(jìn)行擴(kuò)大。但這個(gè)方法在修正點(diǎn)滴速度時(shí)，可以實(shí)時(shí)的掌握點(diǎn)滴速度變化情況，可以在調(diào)整點(diǎn)滴速度中得以適當(dāng)運(yùn)用。方式二：以單位時(shí)間采集點(diǎn)滴數(shù)目實(shí)現(xiàn)點(diǎn)滴速度的測(cè)量方法。通過(guò)簡(jiǎn)單的乘法步驟就可預(yù)算出點(diǎn)滴速度，但此方法也存在與方式一類(lèi)似的問(wèn)題，在單位時(shí)間內(nèi)有可能得不到完整的點(diǎn)滴數(shù)目，從而產(chǎn)生一定的點(diǎn)滴數(shù)目測(cè)量誤差?？墒?，此方法在點(diǎn)滴速度相對(duì)恒定的狀況下來(lái)說(shuō)，可以使用不同時(shí)間段里的多個(gè)單位時(shí)間獲取點(diǎn)滴數(shù)目平均值的方法，從而求得單位時(shí)間的平均點(diǎn)滴數(shù)目，減少實(shí)驗(yàn)誤差，從而可以達(dá)到較高的測(cè)量點(diǎn)滴速度的精準(zhǔn)度。在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，就是采用這兩種方式相結(jié)合的辦法進(jìn)行測(cè)量。以點(diǎn)滴為單位，同時(shí)采集單位時(shí)間內(nèi)的點(diǎn)滴數(shù)。通過(guò)對(duì)多個(gè)點(diǎn)滴同時(shí)進(jìn)行測(cè)量計(jì)算出點(diǎn)滴速度。實(shí)現(xiàn)原理如下：AB中斷計(jì)數(shù)中斷計(jì)數(shù)圖14 速度計(jì)算實(shí)現(xiàn)原理采用定時(shí)器T0定時(shí)，時(shí)間為200us，當(dāng)采集到第一個(gè)出現(xiàn)的脈沖信號(hào)時(shí)，程序轉(zhuǎn)到中斷處理部分，將計(jì)數(shù)器COUNT存儲(chǔ)內(nèi)容輸出，再將計(jì)數(shù)器COUNT清零作為記錄脈沖信號(hào)的初始值計(jì)為COUNT＝0，當(dāng)定時(shí)器定時(shí)到達(dá)200us時(shí)，中斷程序采集到輸入信號(hào)，檢測(cè)此時(shí)是否有脈沖信號(hào)傳送到，是就將計(jì)數(shù)器COUNT內(nèi)容加1即為COUNT=1，設(shè)定另外的計(jì)數(shù)器COUNT1采集檢測(cè)到的數(shù)字脈沖信號(hào)數(shù)目，給定計(jì)數(shù)器COUNT1的存儲(chǔ)單元大小為10，這樣可以知道循環(huán)存儲(chǔ)脈沖次數(shù)。在定時(shí)器COUNT1中取出5個(gè)相臨脈沖信號(hào)點(diǎn)，假設(shè)脈沖起始點(diǎn)是y，此時(shí)相應(yīng)的計(jì)數(shù)器COUNT內(nèi)值是n1，第五個(gè)脈沖點(diǎn)就是y+5，此時(shí)相應(yīng)的計(jì)數(shù)器COUNT內(nèi)值是n2，這樣就能精確的計(jì)算出5個(gè)脈沖點(diǎn)所需要的時(shí)間為： (3)由式(3)得到臨近時(shí)間段里的脈沖信號(hào)時(shí)間間隔的平均值 ，這樣就可以得到，點(diǎn)滴速度： (4) 其中根據(jù)上面的公式分析和計(jì)算，得到點(diǎn)滴速度測(cè)量的程序流程圖如圖。圖14 點(diǎn)滴速度測(cè)量程序流程圖 電機(jī)控制原理電機(jī)控制原理：檢測(cè)液體實(shí)時(shí)的點(diǎn)滴速度，與150滴/分進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)實(shí)時(shí)的點(diǎn)滴速度小于150滴/分時(shí)，電機(jī)控制儲(chǔ)液瓶裝置緩慢上升直到實(shí)時(shí)的點(diǎn)滴速度到達(dá)150滴/分。慢慢得在降低儲(chǔ)液瓶高度，在采集實(shí)時(shí)的點(diǎn)滴速度，和相應(yīng)儲(chǔ)液瓶高度建立一一對(duì)應(yīng)表?？梢酝ㄟ^(guò)兩種方式生成列表。方式一：等間隔方式生成列表。步進(jìn)電機(jī)工作在非勻速狀態(tài)，維持儲(chǔ)液瓶等間隔下降。通過(guò)儲(chǔ)液瓶高度與點(diǎn)滴速度存在一定的線性關(guān)系，可以得到等間隔方式生成的比較精準(zhǔn)的電機(jī)控制列表，但是此時(shí)就要完成電機(jī)的非勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的控制，在這方面就無(wú)形中增加了相應(yīng)軟件的難度。方式二：步進(jìn)電機(jī)勻速生成列表。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)處于正常工作中的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，電機(jī)繞線半徑相對(duì)變小，儲(chǔ)液瓶裝置在同樣單位時(shí)間內(nèi)下降位移間隔變減小，這樣使得點(diǎn)滴速度較小時(shí)調(diào)節(jié)范圍縮小，從而使勻速狀態(tài)調(diào)節(jié)效果比等間隔產(chǎn)生的效果更好，更為科學(xué)合理。綜合比較，在設(shè)計(jì)過(guò)程與實(shí)際檢測(cè)中，觀察到使用步進(jìn)電機(jī)勻速方式生成列表整體效果比較好，實(shí)用性搞，因此采取步進(jìn)電機(jī)勻速方式生成電機(jī)控制列表的方式。通過(guò)掌控儲(chǔ)液瓶高度來(lái)完成對(duì)點(diǎn)滴速度的控制，而儲(chǔ)液瓶高度是由步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制的，那么就可以直接避免去實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)?chǔ)液瓶高度的大小，而是采用間接的方法，通過(guò)改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)液瓶高度的控制，進(jìn)而達(dá)到點(diǎn)滴速度控制的目的。在對(duì)點(diǎn)滴速度進(jìn)行控制之前，AT89S52單片機(jī)通過(guò)算得電機(jī)的轉(zhuǎn)速大小和儲(chǔ)液瓶高度大小之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，再生成儲(chǔ)液瓶高度與點(diǎn)滴速度有一一對(duì)應(yīng)規(guī)律的列表。為了保證控制過(guò)程的精準(zhǔn)度，必須縮短實(shí)時(shí)控制中的調(diào)節(jié)時(shí)間，可以先進(jìn)行大范圍的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)到給定的點(diǎn)滴速度周?chē)鷷r(shí)，再由微調(diào)的方式將點(diǎn)滴速度控制在滴的精度內(nèi)。 圖15 步進(jìn)電機(jī)調(diào)整點(diǎn)滴速度程序流程根據(jù)試驗(yàn)及查詢(xún)相關(guān)書(shū)籍期刊，得知液體的點(diǎn)滴速度和儲(chǔ)液瓶的高度成線性對(duì)應(yīng)規(guī)律，如下圖，如果我們把每厘米對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)液瓶高度值輸入AT89S52單片機(jī)，然后根據(jù)現(xiàn)在實(shí)時(shí)的點(diǎn)滴速度和鍵盤(pán)輸入的點(diǎn)滴速度相比較，如果實(shí)時(shí)的點(diǎn)滴速度過(guò)大，使步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行反轉(zhuǎn)，調(diào)整儲(chǔ)液瓶到相應(yīng)的高度；如果實(shí)時(shí)的點(diǎn)滴速度過(guò)小，使步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)，調(diào)整儲(chǔ)液瓶到相應(yīng)的高度。但步進(jìn)電機(jī)是在理想條件下的勻速運(yùn)動(dòng)的情況下進(jìn)行調(diào)整，而實(shí)際情況是步進(jìn)電機(jī)不會(huì)再勻速情況下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，因而生成了一定的誤差，但由于是在條件允許的誤差范圍內(nèi)，所以是可以接受的，可見(jiàn)此種方法是可以很好的調(diào)控點(diǎn)滴速度的。檢測(cè)液位是否低于預(yù)定值的報(bào)警模塊程序的設(shè)計(jì)主要是INT1中斷來(lái)完成的。一旦感應(yīng)到光電傳感器有信號(hào)波動(dòng)，類(lèi)似于在檢測(cè)點(diǎn)液速度時(shí)有液體滴下，表明液位已經(jīng)低于所設(shè)定的預(yù)定值。此時(shí)INT1的電平發(fā)生變化，INT1開(kāi)始運(yùn)行，給報(bào)警標(biāo)志位置1，使其驅(qū)動(dòng)蜂鳴器和發(fā)光二極管聲光報(bào)警，達(dá)到告訴護(hù)士要及時(shí)更換儲(chǔ)液瓶的目的。圖16 報(bào)警模塊程序流程圖 輸入鍵盤(pán)模塊程序設(shè)計(jì) 輸入鍵盤(pán)使用的是行列鍵盤(pán)，行列鍵盤(pán)中，列線通過(guò)電阻接正電源，并將列線所接的AT989S52單片機(jī)的I/O口作為輸出端子，而行線所接的AT89S52單片機(jī)的I/O口則作為輸入。這樣，當(dāng)按鍵沒(méi)有按下時(shí)，所有的輸出端都是低電平，代表無(wú)鍵按下。列線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線電流就會(huì)被降低，這樣，通過(guò)關(guān)注讀入輸入線的狀態(tài)變化就可得知是否有鍵按下了。確定行列式鍵盤(pán)上具體是哪個(gè)鍵被按下使用的是“行掃描法”。搜索鍵盤(pán)中有無(wú)鍵按下 設(shè)全部列線Y0Y3置為低電平，然后檢測(cè)行線的狀態(tài)。只要有一行行線的電平為低電平，則表明鍵盤(pán)中有鍵被按下，而且被按下的鍵位于低電平線與4根列線相交的4個(gè)按鍵當(dāng)中。若所有行線均處于高電平，則鍵盤(pán)中無(wú)鍵按下。搜索被按下的鍵的所在的位置 在確認(rèn)有鍵按下后，即進(jìn)入具體確定閉合鍵所在位置的過(guò)程。其方法是：逐一將列線置為低電平狀態(tài)，即在設(shè)某根列線為低電平狀態(tài)時(shí)，其它線為高電平狀態(tài)。在知道某根列線位置為低電平后，再逐個(gè)檢測(cè)各行線實(shí)時(shí)的電平狀態(tài)。若某行為低，則該行線與設(shè)為低電平的列線交叉處的按鍵就是被按下的按鍵。AT89S52單片機(jī)的P1口用作鍵盤(pán)I/O口，鍵盤(pán)的行線接到P1口的低4位，鍵