【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 繞組電源的激勵(lì)下氣隙磁場(chǎng)能使轉(zhuǎn)子保持原有位置處于定位狀態(tài)。 在電動(dòng)機(jī)定子上有 A、 B、 C 三對(duì)磁極，磁極上繞有線圈，分別稱之為 A 相、 B 相和 C相，而轉(zhuǎn)子則是一個(gè)帶齒的鐵心，這種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)稱之為三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。如果在線圈中通以直流電，就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng) A、 B、 C三個(gè)磁極的線圈依次輪流通電，則 A、 B、 C 三對(duì) 基于單片機(jī)的輸液監(jiān)護(hù)器的設(shè)計(jì) 11 磁極就依次輪流產(chǎn)生磁場(chǎng)吸引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。定子各相輪流通電一次轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個(gè)齒。這樣按A→B→C→A→B→C→A→? 次序輪流通電，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就一步一步地按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。如果把步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通電線圈轉(zhuǎn)換的次 序倒過來換成 A→C→B→A→C→B→? 的順序，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)將按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，所以要改變步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向可以在任何一相通電時(shí)進(jìn)行。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)已成為除直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)以外的第三類電動(dòng)機(jī)。傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)作為機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置，在人類的生產(chǎn)和生活進(jìn)入電氣化過程中起著關(guān)鍵的作用?？墒窃谌祟惿鐣?huì)進(jìn)入自動(dòng)化時(shí)代的今天，傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的功能已不能滿足工廠自動(dòng)化和辦公自動(dòng)化等各種運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的要求。為適應(yīng)這些要求，發(fā)展了一系列新的具備控制功能的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中較有自己特點(diǎn)，且應(yīng)用十分廣泛的一類便是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)控制原理 步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，它將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，因此非常適合于單片機(jī)控制。步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱 PM）和混合式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱 HB）。 步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制電機(jī)的最大特點(diǎn)是，它是通過輸入脈沖信號(hào)來進(jìn)行控制的，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率決定。 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)工作，控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生。其基本原理作用如下： (1)控制換相順序 通電換相這一過程稱為脈 沖分配。例如：三相步進(jìn)電機(jī)的三拍工作方式，其各相通電順序?yàn)?ABC－ A,通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制 A,B,C,A 相的通斷。 (2)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向 如果給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。 (3)控制步進(jìn)電機(jī)的速度 如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整單片機(jī)發(fā)出的脈沖頻率，就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。 表 步進(jìn)電機(jī)控制原理 r 方式 步序 控制位 通電繞組 控制字 基于單片機(jī)的輸液監(jiān)護(hù)器的設(shè)計(jì) 12 三 相 單 三 拍 式 1 步 2 步 3 步 C 相 B 相 A 相 0 0 1 0 1 0 1 0 0 A 相 B 相 C 相 01H 02H 03H 根據(jù)上表，單三拍相序?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 是控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和步數(shù)，把調(diào)節(jié)的最小絕對(duì)誤差控制在預(yù)置數(shù) M 10%177。 1滴 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 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路圖 數(shù)據(jù)采集模塊及工作原理 采集部分采用紅外傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)滴斗中點(diǎn)滴的檢測(cè)，電路如圖 所示。比較器LM311 的門限電壓為可調(diào)電壓，可提供 V—— 5V 的電壓，以適應(yīng)不同環(huán)境。當(dāng)無點(diǎn)滴經(jīng)過紅外傳感器感應(yīng)區(qū)時(shí)，接收管導(dǎo)通， Vi 輸出低電平，低于比較器的門限電壓 V， V1輸出低電平。當(dāng)點(diǎn)滴經(jīng)過感應(yīng)區(qū)時(shí)，紅外發(fā)射管發(fā)出的光線在一個(gè)短暫的 時(shí)間內(nèi)被阻擋，接收管出現(xiàn)一個(gè)短暫的截止， Vi 輸出電平產(chǎn)生一個(gè)上升沿，高于比較器的門限電壓 V，比較器輸出一個(gè)高電平脈沖給單片機(jī)，觸發(fā)單片機(jī)計(jì)數(shù)，達(dá)到了單位時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)的目的。 基于單片機(jī)的輸液監(jiān)護(hù)器的設(shè)計(jì) 13 圖 數(shù)據(jù)采集裝置 發(fā)光二極管發(fā)射的光束經(jīng)過茂菲氏管的液滴滴落線投射到光敏三極管的感光面， 結(jié)構(gòu)圖如 所示， 在沒有液滴滴落時(shí)，光敏三極管接收到的光照度最大，產(chǎn)生的光生電流也最大 。當(dāng)有液滴滴落時(shí)，由于液滴的光學(xué)特性，使光束發(fā)散，投射到光敏三極管上的光照度將下降，從而使光敏管光生的電流下降，由于不同類型的藥液 (透明、半透明和不透明 )液滴的光學(xué)特性不同，形成如圖 ，只要檢測(cè)光電三極管的輸出電流脈沖，就可以探測(cè)出有無液 滴的通過。 發(fā)光二極管光敏三極管滴 管 圖 采集裝置結(jié)構(gòu)圖 ty 圖 數(shù)據(jù)采集裝置輸出波形 基于單片機(jī)的輸液監(jiān)護(hù)器的設(shè)計(jì) 14 紅外發(fā)光二極管和光敏三極管 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、光敏晶閘管和光敏集成電路等。受光器引出 的管腳為 輸出端。光耦合器利用電 光 電兩次轉(zhuǎn)換的原理，通過光進(jìn)行輸入與輸出之間的耦合。 紅外發(fā)光二極管主要參數(shù) 砷化鎵紅外發(fā)光二極管主要用于光電輸入機(jī)及光電讀出裝置的光源，光電控制以及光電耦合的紅外光源，采用環(huán)氧樹脂全包封，下表列出了砷化鎵紅外發(fā)光二極管的主要性能參數(shù)，根據(jù)性能參數(shù)進(jìn)行液體點(diǎn)滴速度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)。 表 紅外發(fā)光二極管主要參數(shù) HG313S 參數(shù) 數(shù)值 HG313S 參數(shù) 數(shù)值 最大功率（ mw） 75 發(fā)射功率 (mw) 2 最大正向電流 (mA) 50 發(fā)光峰值波長(zhǎng) (nm) 940 正向壓降 (v) ≤ 半峰寬度 (A) ≤ 400 反向電流 (ｕ A) ≤ 50 結(jié)電容 (pf) ≤ 100 反向耐壓 (v) ≥ 5 截止頻率 (mHZ) ≥ 1 光敏三極管的主要參數(shù) 硅光敏三極管用于近紅外光探測(cè)器，以及光耦合，特性識(shí)別，過程控制等方面。用陶瓷底座環(huán)氧封裝，下表列出了硅光敏三極管的主要性能參數(shù)，根據(jù)性能參數(shù)進(jìn)行液體點(diǎn)滴速度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)。 表 光敏三極管的主要參數(shù) 參數(shù) 符號(hào) 額定值 工作溫度 (℃ ) Topr 65 ~ +125 存儲(chǔ)溫度 (℃ ) Tstg 65 ~ +150 集射極擊穿電壓 (v) Vceo 45 集電極基極擊穿電壓 (v) Vcbo 45 基于單片機(jī)的輸液監(jiān)護(hù)器的設(shè)計(jì) 15 發(fā)射極基極擊穿電壓 (v) Vebo 5 功率損耗 (mW) Pd 300 集電極電流 (mA) Ic 飽和電壓 (v) Vce 峰值波長(zhǎng) (nm) λ 940 開啟時(shí)間 (181。s) Ton 8 切斷時(shí)間 (181。s) Toff 7 電源 模塊 監(jiān)控系統(tǒng)采用 電池供電，可滿足室內(nèi)走動(dòng)的需要。為保證輸液正常工作 ，電源電路 中還配有電池電量檢測(cè)裝置，在電池電量比較低，可能會(huì)影響到輸液正常工作的 情況下及時(shí)報(bào)警，提醒更換電池。 由于單片機(jī)和顯示器都需要 5V 左右電源 ，而 nRF905 需要 電源，所以這里在做電路板時(shí)采用留插槽的方式，提供 5V 電源，然后通過 DC— DC 芯片MRCLD33B 得到 電源。 與監(jiān)控電腦相連接的電路由電腦供電。單片機(jī)和 RS232C 接口需要 5V 電源，而 nRF905需要 電源，所以也要通過芯片 MRCLD33B 得到 電源。 聲報(bào)警模塊 報(bào)警電路如 圖 所示，直接接在單片機(jī)的 腳，在輸液前，根據(jù)病人情況設(shè)定輸液速度，當(dāng)點(diǎn)滴的速度低于 20 滴 /分或高于 150 滴 /分時(shí)，單片機(jī)發(fā)出信號(hào)使 出現(xiàn)高電平，觸發(fā)蜂鳴器報(bào)警裝置，蜂鳴器發(fā)出響聲。如有人按報(bào)警按鈕， I/O 口也會(huì)輸出高電平，觸發(fā)蜂鳴器報(bào)警，提醒醫(yī)護(hù)人員和受液人采取相應(yīng)措施，避免危險(xiǎn)事故發(fā)生。如 10 秒后仍然無人處理，則關(guān)閉輸液器。保證病人安全。 + 5 VI / O 口N P NS P E A KE R 圖 報(bào)警電路 基于單片機(jī)的輸液監(jiān)護(hù)器的設(shè)計(jì) 16 復(fù)位電路 此系統(tǒng)采取的是手動(dòng)復(fù)位，按下復(fù)位按鈕，在 RST 端就會(huì)產(chǎn)生高電位，持續(xù) 2個(gè)機(jī)械周期，系統(tǒng)就會(huì)復(fù)位。電路圖如 圖 ： R 2R 1+ 5 V CR S T8 9 C 5 1 圖 復(fù)位電路 顯示模塊 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，通常都要有人機(jī)對(duì)話功能。它包括人對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的狀態(tài)干預(yù)和數(shù)據(jù)輸入以及應(yīng)用系統(tǒng)向人報(bào)告運(yùn)行和運(yùn)行結(jié)果。顯示模塊就是單片機(jī)向人匯報(bào)運(yùn)行情況的工具。 在單片機(jī)系統(tǒng)中 ,常用的顯示器有 : （ 1）發(fā)光二極管顯示器 ,簡(jiǎn)稱 LED(Light Emitting Diode)。 （ 2）液晶顯示器 ,簡(jiǎn)稱 LCD(Liquid Crystal Display)。 （ 3）熒光管顯示器，簡(jiǎn)稱 CRT。近年來也開始使用簡(jiǎn)易的 CRT 接口 ,顯示一些漢字及圖形。 LED 就能滿足顯示的 要求，所以本設(shè)計(jì)采取 LED 顯示 LED 顯示器的結(jié)構(gòu) LED 顯示器是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的價(jià)廉輸出設(shè)備。它是由若干個(gè)發(fā)光二極管組成的 ,當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí) ,相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫發(fā)亮?？刂撇煌M合的二極管導(dǎo)通 ,就能顯示出各種字符。 LED 數(shù)碼管的外形如圖 所示： 基于單片機(jī)的輸液監(jiān)護(hù)器的設(shè)計(jì) 17 圖 LED 外形 發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極顯示器 ,陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。結(jié)構(gòu)圖如 圖 (a),(b)所示 efdc b ag efdc b ag (a) 共陽極接法 (b)共陰極接法 圖 LED 顯示器接法 對(duì)于共陰極 LED,欲點(diǎn)亮的段在字節(jié)中所處的位為 “ 1” ,對(duì)于共陽極 LED,欲點(diǎn)亮的段在字節(jié)中所處的位為 “0” ，本設(shè)計(jì)采取的是共陰極接法。 表 LED 共陰 /共陽段選編碼表 顯示字符 共陰極字型碼 共陽極字型碼 顯示字符 共陰極字型碼 共陽極字型碼 0 3FH C0 C 39H C6H 1 06H F9H D 5EH A1H 2 5BH A4H E 79H 86H 3 4FH B0H F 71H 8EH 4 66H 99H P 73H 8CH 5 6DH 92H U 3EH C1H 6 7DH 82H I 31H CEH 7 07H F8H Y 6EH 91H 8 7FH 80H H 76H 89H 9 6FH 90H L 38H C7H 基于單片機(jī)的輸液監(jiān)護(hù)器的設(shè)計(jì) 18 A 77H 88H 空格 00H FFH B 7CH 83H LED 顯示器的顯示方法 LED 顯示器有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種顯示方式， 本設(shè)計(jì)采取的是動(dòng)態(tài)顯示， （ 1） LED 靜態(tài)顯示方式 所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示器顯示某一個(gè)字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā) 光二極管恒定地導(dǎo)通或截止，例如七段顯示器的 a,b,c,d,e,f 導(dǎo)通， g 截止，顯示 0。這種顯示方式每一位都需要有一個(gè)８位輸出口控制 。 （ 2） LED 動(dòng)態(tài)顯示方式 掃描顯示方式 ,即在某一時(shí)刻 ,只讓某一位的位選線處于選通狀態(tài) ,而其它各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài) ,同時(shí) ,段選線上輸出相應(yīng)位要顯示字符的字型碼 ,這樣同一時(shí)刻 ,4 位 LED中只有選通的那一位顯示出字符 ,而其它三位則是熄滅的。 由于人眼有視覺暫留現(xiàn)象 ,只要每位顯示間隔足夠短 ,則可造成多位同時(shí)亮的假象 ,達(dá)到顯示的目的。本設(shè)計(jì)采取的是動(dòng)態(tài)顯示。 7段譯碼器 CD4511 CD4511 是七段碼十六進(jìn)制鎖存譯碼驅(qū)動(dòng)芯片，它能將四位二進(jìn)制數(shù)編碼轉(zhuǎn)換位七段LED 顯示器的字段碼，同時(shí)具有鎖存和驅(qū)動(dòng)能力。 CD4511 管腳配置如圖 所示： V s s1543261 09871 51 11 21 31 41 6L EDABCL TB IedcbagfV d dC D 4 5 1 1 圖 CD4511 管腳圖 A， B， C， D— BCD 碼輸入端 LE— 鎖存允許端，當(dāng) LE=0 時(shí)， 4 位 BCD 碼進(jìn)入鎖存器，當(dāng) LE=1 時(shí)，輸入的數(shù)據(jù)被鎖存，其邏輯圖如圖 所示： 基于單片機(jī)的輸液監(jiān)護(hù)器的設(shè)計(jì) 19 /LT 和 /BI 的功能如表 所示， a~g 的七段碼輸出端。 鎖存器譯碼器驅(qū)動(dòng)器ACBD