【文章內容簡介】 液位檢測裝置如圖 310。該裝置為吊瓶的瓶托， 瓶托邊緣上裝有三個等長的繩子用于在支架上掛吊瓶，輸液時將吊瓶直接放入瓶托即可，無需調整探頭。 在距瓶口 2～ 3cm 處安裝檢測探頭，發(fā)射探頭和接收探頭正對水平安裝在瓶口兩側 。 該裝置 大大減少了醫(yī)護人員的工作。 圖 310 液位檢測探頭檢測示意圖 1紅外線發(fā)射器； 2調制載波紅外線； 3紅外線檢測器； 4輸液液面； 5輸液瓶 瓶托 ； 滴速 檢測電路設計 1. 滴速檢測原理 滴速 測量，其原理圖如圖 311所示。將紅外光發(fā)射 接收對管固定在茂菲氏管兩側，蘭州理工大學畢業(yè)設計說明書 紅外發(fā)光二極管發(fā)出紅外光，光線透過茂菲氏管照射到光電三極管，光電三極管將接收 到的光信號轉換成電信號輸出。采用紅外對射管，其優(yōu)點是可以非接觸的探測液滴，能很好的滿足臨床中無菌操作的要求。 圖 311 滴速檢測原理圖 紅外發(fā)射管發(fā)射的光束經過茂菲氏管的液滴滴落線投射到紅外接受管的感光面，在沒有液滴滴落時，紅外接收管接收到的光照度最大，產生的光生電流也最大；當有液滴滴落時，由于液滴的光學特性，使光束發(fā)散，投射到紅外接收管上的光照度將 下降，從而使光生電流下降，由于不同類型的藥液 （ 透明、半透明和不透明 ） 液滴的光學特性不同，形成不同幅度的負脈沖，只要檢測紅外接收管的輸出電流脈沖，就可以探測出有無液滴的通過。光敏器件輸出的脈沖信號極小，容易受到外界干擾，需要用電壓比較電路對電壓進行去干擾并整形為規(guī)則的脈沖信號，經放大電路放大后送單片機進行后續(xù)處理。 為了防止輸液器的漏斗傾斜引起水滴的偏移，導致不正常的檢測，可用兩三枚紅外發(fā)射管和一枚紅外接收管組成如圖 311 所示，將該傳感器套在輸液器的漏斗上，確保液滴的檢測無誤。 路一樣，見圖 312： 圖 312 滴速檢測電路 蘭州理工大學畢業(yè)設計說明書 按瓶裝輸液臨床使用實際情況，為便于護士方便、快速地使用，特將探頭光學檢測系統(tǒng)置入一自行設計彈簧夾中，護士在為患者建立輸液系統(tǒng)并掛上輸液瓶后，將該彈簧夾夾在需檢測的輸液瓶瓶頸處即可，瓶裝輸液檢測探頭結構見圖 313： 圖 313 滴速檢測探頭裝置 1載波信號發(fā)射器； 2載波信號檢測器； 3彈簧夾主支架； 4彈簧夾輔助支架； 5輸液瓶； 6彈簧夾； 聲光報警電路設計 當輸液完成或在輸液過程中出現(xiàn)突發(fā)事件的時候，需要通過報警 提醒醫(yī)護人員進行相關的處理。在實際的應用系統(tǒng)中，經常將閃光報警和單頻音報警結合起來使用，以便更好的引起醫(yī)護人員的注意。 實現(xiàn)單頻音報警的接口電路比較簡單，其發(fā)音元件通常采用壓電蜂鳴器，當在蜂鳴器兩引腳上加 +3V～ +15V 直流工作電壓時，就能產生 3KHz 左右的蜂鳴振蕩音響。壓電式蜂鳴器結構簡單、耗電少、更適合于單片機系統(tǒng)的應用。壓電式蜂鳴器，約需 10mA 的驅動電流，可在 口接上一只三極管和電阻組成的驅動電路來驅動，如圖 314： 圖 314 單頻音報警電路 蘭州理工大學畢業(yè)設計說明書 在圖中， 接三極管的基極輸入端 ，當 輸出高電平“ 1”時，三極管導通，蜂鳴器通電而發(fā)音，當 輸出低電平“ 0” 時，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)音。 閃光報警是最簡單，也是最常用的一種報警方式。單片機應用系統(tǒng)中的閃光報警就是在控制指示燈的程序中加入定時程序，按一定的時間間隔來交替點亮與熄滅指示燈。閃光報警在硬件連接上非常簡單，可利用 AT89C51 的 I/O 口直接驅動發(fā)光二極管實現(xiàn)，如圖 315： 圖 315 閃光報警電路 顯示電路設計 顯示電路主要完成對輸液過 程中滴速的實時顯示 。顯示有兩種方式：一是 LCD顯示；二是 LED 數(shù)碼管顯示。由于 LED 數(shù)碼管顯示亮度高，顯示效果清晰醒目，這里選用 LED數(shù)碼管進行顯示。 數(shù)碼管是一種半導體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。 7段 LED數(shù)碼管，則在一定形狀的絕緣材料上，利用單只 LED組合排列成“ 8”字型的數(shù)碼管，分別引出它們的電極，點亮相應的點劃來顯示出 09的數(shù)字。 圖 316為數(shù)碼管外形，圖 317為數(shù)碼管內部標識 ： 圖 316 數(shù)碼管外形 圖 317 數(shù)碼管內部 標識 LED數(shù)碼管根據(jù) LED的接法不同分為共陰和共陽兩類。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光蘭州理工大學畢業(yè)設計說明書 二極管的陽極接到一起形成公共陽極 (COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應用時應將公共極COM接到 +5V，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時 ，相應字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。 見 圖 318共陽數(shù)碼管內部結構： 圖 318共陽數(shù)碼管內部結構 共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極 (COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應用時應將公共極 COM 接到地線 GND 上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時， 相應字段就點亮。當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。 圖 319 為 共陰 數(shù)碼管 內部結構： 圖 319 共陰 數(shù)碼管 內部結構 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅動電路來驅動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。 （ 1） 靜態(tài)顯示驅動：靜態(tài)驅動也稱直流驅動。靜態(tài)驅動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的 I/O 端口進行驅動，或者使用如 BCD 碼二 十進制譯碼器譯碼進行驅動。靜態(tài)驅動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用 I/O 端口多，如驅動 5個 數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 5 8＝ 40 根 I/O 端口來驅動，要知道一個 89C51 單片機可用的 I/O 端口才 32 個 ，實際應用時必須增加譯碼驅動器進行驅動，增加了硬件電路的復雜性。 圖 320為 數(shù)碼管靜態(tài)顯示接法： 蘭州理工大學畢業(yè)設計說明書 圖 320 數(shù)碼管靜態(tài)顯示接法 （ 2） 動態(tài)顯示驅動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅動是將所有數(shù)碼管的 8 個顯示筆劃 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的 I/O線控制，當單片機輸出字形碼時 ，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通 COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的 COM 端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為 1～ 2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣 的，能夠節(jié)省大量的 I/O 端口，而且功耗更低。 圖 321為 數(shù)碼管動態(tài)顯示接法： 圖 321 數(shù)碼管動態(tài)顯示接法 蘭州理工大學畢業(yè)設計說明書 由于數(shù)碼管顯示明亮易于肉眼觀看，選擇數(shù)碼管進行顯示。數(shù)碼管的動態(tài)顯示相對于靜態(tài)顯示來說，動態(tài)顯示占用的 I/O 端口 少，電路簡單， 選擇數(shù)碼管的動態(tài)顯示方式 。 2. 顯示電路設計 本系統(tǒng)采用 兩位 共陽數(shù)碼管動態(tài)顯示的方式， 8位字段碼 輸入端 接入 AT89C51的 P0口， P0口在用作輸出口時，必須接上拉電阻。 兩位位選端由 。 AT89C51的 P0口輸出時需要外接上拉電阻，兩位位選端不是與 P2口直接連接，而是通過三極管連接，這樣是為了增加驅動能力。 0時，三極管導通。也就是說，當 輸出為 0時，三極管導通，與其相連的共陽極數(shù)碼管顯示器開始工作； 1時，三極管截止，與其相連的共陽極數(shù)碼管顯示器停止工作。 顯示電路見圖 322： 圖 322 顯示電路 電路 按鍵電路 設計 在輸液過程中 難免會 出現(xiàn)突發(fā)性事 件 ， 所以系統(tǒng)設計了一個緊急呼叫鍵。當出現(xiàn)突發(fā)事件時， 按下緊急呼叫鍵，可快速通知醫(yī)護人員進行處理，增加了輸液的安全性。 同時，當報警發(fā)生時，設計采用手動按鍵停止報警的 方式，按鍵設置在從機，只有醫(yī)護人員來到從機才能停止報警，提高了醫(yī)護人員處理事件的及時性。按鍵電路 如圖 323： 圖 323 按鍵電路 蘭州理工大學畢業(yè)設計說明書 通信 系統(tǒng) 設計 計算機與計算機或計算機與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本 低，特別是在遠程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。 在串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標準接口，使不同的設備可以方便地連接起來進行通訊。 RS232 和 RS485 是目前最常用的兩種串行通信總線。 通信方案論證 RS232 總線 RS232C 接口（又稱 EIARS232C）是目前最常用的一種串行通訊接口。它是在 1970 年由美國電子工業(yè)協(xié)會（ EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調制解調器廠家及計算機終端生產廠家共同制定的用于串行通訊的準 則 。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設備（ DTE）和數(shù)據(jù)通訊設備 （ DCE）之間串行二進制數(shù)據(jù)交換接口技術標準” ， 該標準規(guī)定采用一個 25 個腳的 DB25 連接器 ， 對連接器的每個引腳的信號內容加以規(guī)定 ， 還對各種信號的電平加以規(guī)定 。 接口的信號內容 ， 實際上 RS232C 的 25 條引線中有許多是很少使用的，在計算機與 終端通訊中一般只使用 39 條引線。接口的電氣特性 ， 在 RS232C 中任何一條信號線的電壓均為負邏輯關系。即：邏輯“ 1”， 5— 15V；邏輯“ 0” ， +5— +15V。 噪聲容限為 2V。即要求接收器能識別低至 +3V 的信號作為邏輯“ 0”，高到 3V的信號作為邏輯“ 1”。接口的物理結構 RS232C接口連接器一般使用型號為 DB25的 25 芯插頭座 ， 通常插頭在 DCE 端 ， 插座在 DTE 端 。 一些設備與 PC 機連接的 RS232C 接口 ， 因為不使用對方的傳送控制信號 ， 只需三條接口線 ，即“發(fā)送數(shù)據(jù)”、 “接收數(shù)據(jù)”和“信號地 ”。所以采用 DB9 的 9 芯插頭座， 傳輸線采用屏蔽雙絞線。傳輸電纜長度由 RS232C 標準規(guī)定在碼元畸變小于 4%的情況 下， 傳輸電纜長度應為 50英尺，其實這個 4%的碼元畸變是很保守的， 在實際應用中，約有 99%的用戶是按碼元畸變 1020%的范圍工作的，所以實際使用中最大距離會遠超過 50 英尺 。 由于 RS232C接口標準出現(xiàn)較早，難免有不足之處，主要有以下四點： （ 1） 接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因為與 TTL 電平不兼容故需使用電平轉換電路方能與 TTL 電路連接。 （ 2） 傳輸速率較低，在異步 傳輸時，波特率為 20Kbps。 （ 3） 接口使用一根信號線和一根信號返回線而構成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。 蘭州理工大學畢業(yè)設計說明書 （ 4） 傳輸距離有限，最大傳輸距離標準值為 50 英尺，實際上也只能用在 50 米左右。 RS485 總線 針對 RS232C 的不足，于是就不斷出現(xiàn)了一些新的接口標準， RS485 就是其中之一，它具有以下特點： （ 1） RS485 的電氣特性：邏輯“ 1”以兩線間的電壓差為 +（ 26） V表示；邏輯“ 0”以兩線間的電壓差為 （ 26） V 表示。接口信號電平比 RS232C 降低了，就不易損壞接口電路的芯片，且該電平與 TTL 電平兼容，可方便與 TTL 電路連接。 （ 2） RS485 的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為 10Mbps。 （ 3） RS485 接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗共模干能力增強，即抗噪聲干擾性好。 （ 4） RS485 接口的最大傳輸距離標準值為 4000 英尺，實際上可達 3000 米，另外 RS232C接口在總線上只允許連接 1個收發(fā)器 ， 即單站能力。而 RS485 接口在總線上是允許連接多達 128 個收發(fā)器。即具有多站能力 ， 這樣用戶可以利用單一的 RS485 接口方便地建 立起設備網(wǎng)絡。 通信方案的選擇 因 RS485 接口具有良好的抗噪聲干擾性，長的傳輸距離和多站能力等上述優(yōu)點就使其成為首選的串行接口 。 因為 RS485 接口組成的半雙工網(wǎng)絡，一般只需二根連線，所以 RS485 接口均采用屏蔽雙絞線傳輸。 單片機與 PC機通信系統(tǒng)設計 通信電路可以將 32個輸液從站與主站的主機 (PC機 )連接起來構成輸液監(jiān)控網(wǎng)絡，從而實現(xiàn)輸液的遙控。通信工作方式則為主從式通信，主機主動查詢，若主站一次收不到從站來的應答信號，則由主站再發(fā)送一次協(xié)議；連續(xù)三次收不到應答信號，則說明該系統(tǒng) 的通信出現(xiàn)故障，系統(tǒng)則給出相應警告提示；如果系統(tǒng)給出應答，則雙方進入數(shù)據(jù)通信狀態(tài)。 主機 (上位機 )和從機 (下位機 )間的信息交換方式采用串行通信方式。通信的轉送方式采用 RS485 半雙工配置。通信接口芯片采用 MAX485， MAX485