【文章內(nèi)容簡介】 圖7 點滴信號的比較、濾波、整形單元 液位檢測單元考慮到實際的醫(yī)院衛(wèi)生標準，醫(yī)用儲液瓶中應(yīng)盡量避免異物進入，選擇紅外對射傳感器方案。雖然儲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，通過液位高度變化，導(dǎo)致了儲液瓶接收信號有差異，但還是可以使電流信號可以達到30~40mV，這說明紅外傳感器對于液位檢測單元來說也是可行的。而光電報警電路只需要在液位下降到設(shè)計要求液位的高度2~3cm以下后，發(fā)出警報信號，所以就考慮使用和點滴信號處理單元類似的設(shè)計電路，然后通過連接至計數(shù)器或者定時器T1上，通過掌握T1電平的變化，即可知道檢測液面是否低于給定液面高度，低于的話，傳送信號至光電報警單元然后報警。這樣，電路可以簡單、易懂，便于檢測液位。圖8 液面檢測單元此次設(shè)計采用一個蜂鳴器與一個發(fā)光二極管完成聲光報警的功能。當傳感器檢測液位，顯示實時液位低于給定值或紅外光電傳感器檢測不到有液滴落下時，AT89S52單片機控制蜂鳴器報警以及發(fā)光二極管發(fā)光工作，傳遞聲光報警信息。設(shè)計中的聲光報警單元分為兩部分:一是光報警。它是利用AT89S52的I/0口控制驅(qū)動發(fā)光二極管工作完成光報警的功能。二是聲報警。它是利用蜂鳴器能發(fā)出聲音告訴人們。，當報警信號來臨時，它發(fā)出一亮一滅閃爍的光信號及時的通知護士人員進行儲液瓶的處理。聲報警部分，它是利用報警器來完成的?，F(xiàn)在市面上使用的報警器的種類很多，比如:揚聲器。蜂鳴器燈。此次設(shè)計中選用電磁式蜂鳴器作為報警器。蜂鳴器接通電源后，蜂鳴器里的振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過蜂鳴器里的電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場。蜂鳴器里的振動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。以達到以上的聲光報警單元的功能要求。圖9 聲光報警單元 步進電機驅(qū)動單元這部分主要由步進電機及其驅(qū)動電路和一定的機械結(jié)構(gòu)組成。電機安裝在地面，電機的主軸上通過纏繞一根軟線，而軟線則通過連著支架頂部的滑輪并一端系在儲液瓶上，從而達到電機的旋轉(zhuǎn)可有效調(diào)控點滴裝置的高度。步進電機是單純的數(shù)字式控制電動機，將電脈沖信號即可轉(zhuǎn)換成步進電機轉(zhuǎn)矩的角位移，步進電機比其他類型的電動機更適合于這個裝置，所以選用步進電動機，用來控制儲液瓶的高度，從而控制點滴速度。就本設(shè)計要求而言，通過上網(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，最常見的有100ml、250ml和500ml三種規(guī)格。以500ml的玻璃輸液瓶為例子，測得其質(zhì)量最多1Kg，通過G=mg (1)，根據(jù) P=FV/k （2）其中P為功率（KW），F(xiàn)為重力（kN),k為傳動機械效率（），,符合設(shè)計的需要，所以本設(shè)計選擇吉利牌550型電機。電機驅(qū)動芯片方面采用一種高電壓、大電流兩通道的直流驅(qū)動的L298與L297,其中L297是步進電機前級驅(qū)動芯片，由此前兩個芯片配合使用能組成步進電機驅(qū)動電路。因為單片機的電流過小，無法驅(qū)動電機，L298在組合的驅(qū)動電路中起到放大電流的作用。L298有四個輸入，四個輸出；并且有兩個使能端。一般情況下，可以直接把EA,EB兩個使能端接高電平，直接通過控制輸入口輸出口即接單片機的I/O口,來控制電機。 圖10 L298內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖本設(shè)計因使用的按鍵較多，所以采用行列式鍵盤。而一個完整的行列式鍵盤應(yīng)當達到以下功能要求：（1）檢測有無按鍵按下，并采取硬件或軟件去機械抖動的方法，克服鍵盤按鍵機械觸點抖動，所造成按鍵誤判的使用問題。（2）有健全可靠的邏輯處理方法。每次僅處理一個按鍵，期間無論任何按鍵的何種按下對系統(tǒng)的運行不產(chǎn)生任何的影響，并且無論一次按鍵時間有多長，系統(tǒng)都只實現(xiàn)一次按鍵功能程序的安全有效運行。（3）能夠準確輸出按鍵值，并符合系統(tǒng)跳轉(zhuǎn)指令的各項要求。使用行列式鍵盤可以很好的達到以上鍵盤單元的功能條件。圖11 鍵盤單元電路 LCD顯示單元顯示電路主要實現(xiàn)對輸液過程中點滴速度的實時顯示，此次設(shè)計采用顯示器液晶LCD1602來實現(xiàn)。LCD1602又名液晶型工業(yè)字符顯示器，能夠一時間顯示32個字符，一般有14條引腳線或16腳引腳線，多出來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,光標復(fù)位到地址00H位置；（2）光標復(fù)位，光標返回到地址00H；（3）光標和顯示模式設(shè)置I/D；（4）顯示開關(guān)控制等多種功能。圖12 LCD顯示單元4系統(tǒng)的程序設(shè)計該系統(tǒng)在硬件方面控制核心是AT89S52單片機，而在軟件方面，其核心是程序，程序是單片機系統(tǒng)的控制關(guān)鍵，一個單片機控制系統(tǒng)的各項功能能否很好的去實現(xiàn)，是否有較強的可靠性，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)計的要點在于:(1)定時器O中斷處理程序，主要是用于對光電傳感器傳送過來的點滴信號進行精確的計數(shù)；(2)定時器1中斷處理程序，主要是用于對光電傳感器傳送過來的檢測液位高度的實時信號中所進行的中斷處理；(3)主控模塊框架科學(xué)合理的構(gòu)建，關(guān)鍵點是處理器各種資源的科學(xué)分配和合理運用；所以達到以上程序設(shè)計的要點，顯得至關(guān)重要。主控模塊作為核心程序，在運行的時候保證對數(shù)據(jù)緩沖區(qū)與部分串口進行初始化處理，然后協(xié)調(diào)各子程序進行有條不紊的運行。此次設(shè)計的初始化工作主要包括以下兩方面，一方面是對串口進行初始化處理，讓串口工作在方式1，波特率則由定時器T1的溢出率進行給定，設(shè)置為1200bit/s，并使其處于允許接收的狀態(tài)。，需要將定時器1的初始值設(shè)定為248(0E8)。因為串口數(shù)據(jù)通信過程中的發(fā)送與接收都必須由中斷的方式來進行實現(xiàn)，所以還必須設(shè)定串口通信的中斷方式；另一方面是對于外部中斷0的設(shè)置，在點滴速度監(jiān)控裝置中，每當有液滴下落時，點滴信號檢測電路就會將紅外線對射傳感器產(chǎn)生的電信號采集到，并送到信號比較放大，整形與A /D轉(zhuǎn)換單元電路中，然后生成一個數(shù)字脈沖信號，送至AT89S52單片機內(nèi)部使其生成一個外部中斷0。系統(tǒng)在此中斷計數(shù)的過程中，需要開啟外部中斷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 主控程序流程圖點滴速度可以有以下兩種方式進行測量：方式一：用時間單位為點滴間隔，在采集一次點滴的時間，通過60除以點滴單位時間就可獲得每分鐘內(nèi)的點滴數(shù)目的方法。這種方法使用到除法步驟，并且當點滴速度很大時，點滴數(shù)目測量誤差也會相對變大，因此測量點滴單位時間的誤差會被60秒這一段時間單位進行擴大。但這個方法在修正點滴速度時，可以實時的掌握點滴速度變化情況，可以在調(diào)整點滴速度中得以適當運用。方式二：以單位時間采集點滴數(shù)目實現(xiàn)點滴速度的測量方法。通過簡單的乘法步驟就可預(yù)算出點滴速度，但此方法也存在與方式一類似的問題，在單位時間內(nèi)有可能得不到完整的點滴數(shù)目，從而產(chǎn)生一定的點滴數(shù)目測量誤差。可是，此方法在點滴速度相對恒定的狀況下來說，可以使用不同時間段里的多個單位時間獲取點滴數(shù)目平均值的方法，從而求得單位時間的平均點滴數(shù)目，減少實驗誤差，從而可以達到較高的測量點滴速度的精準度。在本設(shè)計系統(tǒng)中，就是采用這兩種方式相結(jié)合的辦法進行測量。以點滴為單位，同時采集單位時間內(nèi)的點滴數(shù)。通過對多個點滴同時進行測量計算出點滴速度。實現(xiàn)原理如下：AB中斷計數(shù)中斷計數(shù)圖14 速度計算實現(xiàn)原理采用定時器T0定時，時間為200us，當采集到第一個出現(xiàn)的脈沖信號時，程序轉(zhuǎn)到中斷處理部分，將計數(shù)器COUNT存儲內(nèi)容輸出，再將計數(shù)器COUNT清零作為記錄脈沖信號的初始值計為COUNT＝0，當定時器定時到達200us時，中斷程序采集到輸入信號，檢測此時是否有脈沖信號傳送到，是就將計數(shù)器COUNT內(nèi)容加1即為COUNT=1，設(shè)定另外的計數(shù)器COUNT1采集檢測到的數(shù)字脈沖信號數(shù)目，給定計數(shù)器COUNT1的存儲單元大小為10，這樣可以知道循環(huán)存儲脈沖次數(shù)。在定時器COUNT1中取出5個相臨脈沖信號點，假設(shè)脈沖起始點是y，此時相應(yīng)的計數(shù)器COUNT內(nèi)值是n1，第五個脈沖點就是y+5，此時相應(yīng)的計數(shù)器COUNT內(nèi)值是n2，這樣就能精確的計算出5個脈沖點所需要的時間為： (3)由式(3)得到臨近時間段里的脈沖信號時間間隔的平均值 ，這樣就可以得到，點滴速度： (4) 其中根據(jù)上面的公式分析和計算，得到點滴速度測量的程序流程圖如圖。圖14 點滴速度測量程序流程圖 電機控制原理電機控制原理：檢測液體實時的點滴速度，與150滴/分進行對比，當實時的點滴速度小于150滴/分時，電機控制儲液瓶裝置緩慢上升直到實時的點滴速度到達150滴/分。慢慢得在降低儲液瓶高度，在采集實時的點滴速度，和相應(yīng)儲液瓶高度建立一一對應(yīng)表?？梢酝ㄟ^兩種方式生成列表。方式一：等間隔方式生成列表。步進電機工作在非勻速狀態(tài)，維持儲液瓶等間隔下降。通過儲液瓶高度與點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的電機控制列表，但是此時就要完成電機的非勻速轉(zhuǎn)動的控制，在這方面就無形中增加了相應(yīng)軟件的難度。方式二：步進電機勻速生成列表。當步進電機處于正常工作中的轉(zhuǎn)動狀態(tài)時，電機繞線半徑相對變小，儲液瓶裝置在同樣單位時間內(nèi)下降位移間隔變減小，這樣使得點滴速度較小時調(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)計過程與實際檢測中，觀察到使用步進電機勻速方式生成列表整體效果比較好，實用性搞，因此采取步進電機勻速方式生成電機控制列表的方式。通過掌控儲液瓶高度來完成對點滴速度的控制，而儲液瓶高度是由步進電機的轉(zhuǎn)速來控制的，那么就可以直接避免去實時測量儲液瓶高度的大小，而是采用間接的方法，通過改變步進電機的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)對儲液瓶高度的控制，進而達到點滴速度控制的目的。在對點滴速度進行控制之前，AT89S52單片機通過算得電機的轉(zhuǎn)速大小和儲液瓶高度大小之間的對應(yīng)關(guān)系，再生成儲液瓶高度與點滴速度有一一對應(yīng)規(guī)律的列表。為了保證控制過程的精準度，必須縮短實時控制中的調(diào)節(jié)時間，可以先進行大范圍的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)到給定的點滴速度周圍時，再由微調(diào)的方式將點滴速度控制在滴的精度內(nèi)。 圖15 步進電機調(diào)整點滴速度程序流程根據(jù)試驗及查詢相關(guān)書籍期刊，得知液體的點滴速度和儲液瓶的高度成線性對應(yīng)規(guī)律，如下圖，如果我們把每厘米對應(yīng)的儲液瓶高度值輸入AT89S52單片機，然后根據(jù)現(xiàn)在實時的點滴速度和鍵盤輸入的點滴速度相比較，如果實時的點滴速度過大，使步進電機進行反轉(zhuǎn)，調(diào)整儲液瓶到相應(yīng)的高度；如果實時的點滴速度過小，使步進電機進行正轉(zhuǎn)，調(diào)整儲液瓶到相應(yīng)的高度。但步進電機是在理想條件下的勻速運動的情況下進行調(diào)整，而實際情況是步進電機不會再勻速情況下進行運動，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，可見此種方法是可以很好的調(diào)控點滴速度的。檢測液位是否低于預(yù)定值的報警模塊程序的設(shè)計主要是INT1中斷來完成的。一旦感應(yīng)到光電傳感器有信號波動，類似于在檢測點液速度時有液體滴下，表明液位已經(jīng)低于所設(shè)定的預(yù)定值。此時INT1的電平發(fā)生變化，INT1開始運行，給報警標志位置1，使其驅(qū)動蜂鳴器和發(fā)光二極管聲光報警，達到告訴護士要及時更換儲液瓶的目的。圖16 報警模塊程序流程圖 輸入鍵盤模塊程序設(shè)計 輸入鍵盤使用的是行列鍵盤，行列鍵盤中，列線通過電阻接正電源，并將列線所接的AT989S52單片機的I/O口作為輸出端子，而行線所接的AT89S52單片機的I/O口則作為輸入。這樣，當按鍵沒有按下時，所有的輸出端都是低電平，代表無鍵按下。列線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線電流就會被降低，這樣，通過關(guān)注讀入輸入線的狀態(tài)變化就可得知是否有鍵按下了。確定行列式鍵盤上具體是哪個鍵被按下使用的是“行掃描法”。搜索鍵盤中有無鍵按下 設(shè)全部列線Y0Y3置為低電平，然后檢測行線的狀態(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個按鍵當中。若所有行線均處于高電平，則鍵盤中無鍵按下。搜索被按下的鍵的所在的位置 在確認有鍵按下后，即進入具體確定閉合鍵所在位置的過程。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，其它線為高電平狀態(tài)。在知道某根列線位置為低電平后，再逐個檢測各行線實時的電平狀態(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單片機的P1口用作鍵盤I/O口，鍵盤的行線接到P1口的低4位，鍵