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正文內(nèi)容

基于單片機的血沉自動測試儀的設(shè)計_課程設(shè)計論文(編輯修改稿)

2024-08-14 16:34 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 魏氏測量方法的原理,在本設(shè)計中,把人工測量血漿段環(huán)節(jié)改由利用紅外對管進(jìn)行。首先,將紅外對管和步進(jìn)電機固定在一起,然后再利用步進(jìn)電機的上下移動來實現(xiàn)紅外對管的上下移動。由于血樣出現(xiàn)分層后血漿部分比較清澈透光性好,而血細(xì)胞部分透光性差,利用燕山大學(xué)里仁學(xué)院課程設(shè)計論文 8 紅外對管掃描時就可以很容易識別出哪里是血細(xì)胞哪里是血漿。所有的測量和數(shù)據(jù)處理是由一個單片機所控制的。當(dāng)紅外對管識別出血細(xì)胞和血漿后 ,利用電壓比較器把測量的信號轉(zhuǎn)化為單片機可以識別的高低電平 ,然后傳給單片機進(jìn)行處理;在單片機控制步進(jìn)電機上下移動時通過單片機內(nèi)部的記數(shù)器來計算步進(jìn)脈沖的個數(shù)以確定步進(jìn)電機的移動距離最后計算出試管內(nèi)血細(xì)胞的沉降位置。本自動血沉自動測試儀設(shè)計為每四分鐘掃描一次,為了能夠同時測量多組血樣,在本設(shè)計中采用了兩個 8 路的多路選擇開關(guān)來控制多個試管插孔,這樣可以實現(xiàn)同時測量十六組血樣。因此就可以把該血沉自動測試儀分為以下幾個模塊,分別是:采集模塊、中 心控制模塊、串行通 信模塊、 鍵盤模塊、顯示模塊和打印模塊。其基本工 作 電路圖如下所示: 燕山大學(xué)里仁學(xué)院課程設(shè)計論文 9 167。 22 血沉自動測試儀基本構(gòu)成 采集模塊 血沉自動測試儀的采集部分由兩個多路選擇開關(guān),十六組紅外對管,一個電壓比較器和一個步進(jìn)電機組成。它的基本采集流程是,首先利用安裝在步進(jìn)電機上的紅外對管來采集試管內(nèi)的液面信號,然后通過電壓比較器將采集到的液面信號轉(zhuǎn)化為單片機可以識別的高低電平信號,再將高低電平信號傳給單片機進(jìn)行分析。血沉自動測試儀設(shè)計了兩排測試孔,每排有八個孔,為了方便測試,用兩個多路選擇開關(guān)來控制每個測試孔位。下面逐一進(jìn)行介紹。 221 紅外對管介紹 實驗所用的紅外對管 由一個紅外發(fā)射二極管和一個紅外接收二極管組成,并將其與步進(jìn)電機固定在一起。其基本原理 如下圖 所示。當(dāng)紅外發(fā)射管與紅外接收管之間沒有障礙物時,紅外接收二極管由于接收到紅外光輻射而導(dǎo)通,輸出電平為低;當(dāng)紅外發(fā)射管與紅外接收管之間有障礙物時,紅外接收二極管截止,輸出電平為高 。 因而,利用其輸出電平的高低很容易判斷出紅外對管之間有無障礙物。因為血漿和血細(xì)胞具有不同的折射系數(shù)和反射能力以及透光能力 ,當(dāng)用血漿和血細(xì)胞分別來遮擋紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外輻射時 ,接收管接收到的信號將發(fā)生很大變化,因此利用紅外接收管輸出電平的高低變化 便可以判斷出測到的是血細(xì)胞還是血漿。 燕山大學(xué)里仁學(xué)院課程設(shè)計論文 10 222 電壓比較器介紹 電壓比較器是對輸入信號進(jìn)行鑒幅與比較的電路,它的輸入信號是模擬電壓,輸出信號一般只有高電平和低電平兩個穩(wěn)定狀態(tài)的電壓。本系統(tǒng)中利用電壓比較器將紅外接收管輸出的電壓信號與設(shè)定的閥值電壓進(jìn)行比較,從而輸出單片機可以識別的高低電平,以便單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和處理。 電壓比較器的原理圖 。 燕山大學(xué)里仁學(xué)院課程設(shè)計論文 11 223 多路選擇開關(guān)介紹 由于單片機工作速度很快,而本系統(tǒng)中被測參數(shù)的變化比較慢,所以一個單片機可供十幾~幾十個回路同時使用。但是,單片機在某一時刻只能接收一個通道的信號,因此必須通過多路開關(guān)進(jìn)行轉(zhuǎn)換,以便完成由多到一的轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)中要求對十六個通道的信號進(jìn)行采集,這樣必須通過多通道動態(tài)信息采集來實現(xiàn)。電子集成技術(shù)的發(fā)展和計算機技術(shù)的進(jìn)步使得程控放大器和抗混濾波一體化,數(shù)據(jù)采集可編程化成為現(xiàn)實,大大提高了動態(tài)信號處理的水平精度。 電壓比較電路任一時刻只能對一路信號進(jìn)行處理,為了實現(xiàn)對多路輸入信號進(jìn)行處理,必須采用多路切換技術(shù),對多路 輸入信號進(jìn)行輪流切換,以使電壓比較器能分時對每一路信號進(jìn)行處理,多路選擇開關(guān)就是為了實現(xiàn)這一功能而設(shè)計的電路。為了對十六路模擬輸入信號進(jìn)行切換,本系統(tǒng)采用了兩片八選一模擬開關(guān)芯片 CD4051B 來組成多路選擇開關(guān)電路。 CD4051B 芯片內(nèi)部含有三組單刀雙擲開關(guān),三組開關(guān)具體接通哪一通道,由輸入地址碼ABC 來決定,具體的對應(yīng)關(guān)系見下表。其引腳分布見下圖。 燕山大學(xué)里仁學(xué)院課程設(shè)計論文 12 燕山大學(xué)里仁學(xué)院課程設(shè)計論文 13 224 步進(jìn)電機介紹 步進(jìn)電機是一種作為控制用的特種電機 , 它的旋轉(zhuǎn)以固定的角度 (稱為“步距角” )一步一步運行 ,其特點是沒有積累誤差 , 所以廣 泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。步進(jìn)電機的運行要有一電子裝置進(jìn)行驅(qū)動 , 這種裝置就是步進(jìn)電機驅(qū)動器 , 它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機的角位移 , 或者說控制系統(tǒng)每發(fā)一個脈沖信號 , 通過驅(qū)動器就使步進(jìn)電機旋轉(zhuǎn)一步距角。所以步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比。 所以,控制步進(jìn)脈沖信號的頻率,可以對電機精確調(diào)速;控制步進(jìn)脈沖的個數(shù),可以對電機精確定位目的。步距角表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進(jìn)脈沖信號,電機所轉(zhuǎn)動的角度。電機出廠時給出了一個步距角的值,如 86BYG250A 型電機給出的值為 176。 /176。(表示半 步工作時為 176。、整步工作時為 176。),這個步距角可以稱之為‘電機固有步距角’,它不一定是電機實際工作時的真正步距角,真正的步距角和驅(qū)動器有關(guān),參見下表 : 主要功能特性: 基于 MCS51 內(nèi)核和指令系統(tǒng) 可外接 64kB 外部程序存儲器 ROM 32 個雙向 I/O 口 128x8bit 內(nèi)部 RAM(可擴充 64kB 外部存儲器 ) 3 個 16 位可編程定時 /計數(shù)器 8k OTP 程序存儲器 6 個中斷源 時鐘頻率 033MHz 電源空閑和掉電模式 工作電壓范圍 3 位保密位 (OTP ROM) 4 層優(yōu)先級中斷嵌套 雙數(shù)據(jù)指示器 外中斷喚醒電源掉電模式 全雙工增強 UARL 通道 異步端口復(fù)位 幀數(shù)據(jù)錯誤檢測 可編程時鐘輸出 自動地址識別 布爾處理器 225 數(shù)據(jù)通信 數(shù)據(jù)通信的基本方式可分為并行通信與串行通信兩種方式 :并行通信是燕山大學(xué)里仁學(xué)院課程設(shè)計論文 14 指利用多條數(shù)據(jù)線將一個數(shù)據(jù)的各位同時傳送;串行通信是指利用一條數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)一位一位的順序傳送。并行通信的特點是傳輸速度快適用于短距離通信,串行通信的特點是通信線路簡單,利用電話線路或電報線路就可以進(jìn)行通信,降低成本,適用于遠(yuǎn)距離通信,但是通信速度慢。由于本系統(tǒng)的資源有限,而且對速率的要求也不高因此串行通信是最佳選擇。串行通信又分為同步通信和異步通信兩種。同步通信的數(shù)據(jù)傳輸速率相對異步通信較高,但是同步通信的缺點是要求發(fā)送時鐘和接收時鐘保持嚴(yán)格同步,故發(fā)送時鐘除應(yīng)和發(fā)送的波特率保持一致外,還要求把 它同時傳送道接收端去。因此在本系統(tǒng)的設(shè)計中采用異步通信。串行接口總是和串行數(shù)據(jù)傳輸聯(lián)系在一起,而串行數(shù)據(jù)的傳輸通常又被人們習(xí)慣的稱為“串行通信”??梢姡瑸榱藢崿F(xiàn)串行通信必須設(shè)計和使用相應(yīng)的串行接口。所以在討論串行接口之前,首先介紹一下串行通信的基本概念。 數(shù)據(jù)傳輸方式 在串行通信中,數(shù)據(jù)是在兩個不同的站之間傳送的。按照數(shù)據(jù)傳送的方向,串行通信可分為 3 種制式,即單工、半雙工、和全雙工。 ⑴單工制式 這種方式只允許數(shù)據(jù)按一個固定的方向傳送,如圖,圖中 A 方式只能發(fā)送,叫發(fā)送器; B 方式只能接受,叫接收器。數(shù) 據(jù)只能從發(fā)送器 A 傳到接受器 B 而不能反過來。 ( 2)半雙工方式 如圖,數(shù)據(jù)既能從 A 傳到 B 也能從 B 傳到 A,因此 A 方、 B 方都既可作發(fā)送器又可作接收器,通常稱之為收發(fā)器。從這個意義上說,這種方式屬雙向工作方式。但是 A、 B 之間只有一根傳輸線,信號只能分時在兩個方向傳輸,不能同時雙向傳輸,所以稱之為半“雙工”方式。在這種方式下工作時,要么 A 發(fā)送 B 接收,要么 B 發(fā)送 A 接收,不能同時工作,一般讓 A、 B 都處于接受方式以便隨時響應(yīng)對方的呼叫,組成一個單方向傳輸?shù)耐ㄐ啪€路。 燕山大學(xué)里仁學(xué)院課程設(shè)計論文 15 ⑶全雙工制式
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