【文章內(nèi)容簡介】 的穩(wěn)定性。方案二利用光的反射原理實現(xiàn)時，由于反射信號比較強，這樣可以減小信號檢測時的誤差，同時電路形式要比透射電路情況簡單。而且反射電路比透射電路更容易安裝，體積更加小巧，結構也更加簡單。方案三 電容式接近開關，但瓶中液體和周圍環(huán)境隨時會發(fā)生變化，很容易觸發(fā)傳感器，而使系統(tǒng)采集到錯誤的信號。 因此，選擇方案二。 液瓶液面檢測 方案 一 ：采用金屬電極檢測儲液瓶液面信號。原理如圖 23，利用藥液的導 電特性實現(xiàn)液滴速度及儲液瓶液面信號的檢測，通常電極采用不銹鋼等耐腐蝕材料制成。 圖 23 金屬電極檢測儲液瓶液面信號面信號 方案二：采用光電傳感器檢測點儲液瓶液面信號。原理如圖 24所示。發(fā)光二極管發(fā)射的平行光束穿過茂菲氏滴管投射到光敏三極管的感光面上，在沒有液體時，光敏三極管接收到的光照度最大，產(chǎn)生的光電流也最大，當有液體時，由于液滴對紅外光的吸收特性，使平行光束發(fā)散，投射到光敏三極管上的光照度將減弱，從而使光敏三極管產(chǎn)生的光電流減小，實驗證明在低液面（ 2cm4cm）的情況下，進氣所形成上升氣泡在液 面的聚集與運動，使平行光束的發(fā)散效應明顯增強。 圖 24 光電傳感器檢測點儲液瓶液 方案三：通過軟件設置完全可以通過檢測點滴速度來產(chǎn)生報警信號，因此可以去掉液 6 面檢測電路而完全由液體點滴速度檢測電路代替。這樣就不需要硬件的儲液瓶液面檢測電路，而由軟件控制。 綜合比較上面的方案， 電極接觸控制方式原理簡單，易于實現(xiàn)，可靠性強，但會導致藥品污染，危及患者安全。光電控制方式雖然結構復雜，易受外界光源影響，但可防止藥品的污染，保證患者用藥安全。而軟件方式對程序有一定的要求，并且響應時間比較慢，但其優(yōu)點更明顯，完全拋棄 了 硬件結構。因此，選擇方案三，軟件方式。 鍵盤方案 方案一：采用矩陣式鍵盤 ,此類鍵盤利用矩陣式行列掃描方式，優(yōu)點是當按鍵盤較多時可降低占用行列掃描方式，單片機的 I/O口數(shù)目，缺點為電路復雜且會加大編程難度。 方案二：采用獨立式按鍵電路，每個按鍵單獨占有一根 I/O接口線 ,每個 I/O口的工作狀態(tài)互不影響，此類鍵盤采用端口直接掃描方式。缺點為當按鍵較多時占用單片機的 I/O口數(shù)目較多，優(yōu)點為電路設計簡單，且編程極其容易。 綜合比較上面的方案， 本系統(tǒng)有 16個按鍵，因此采用方案一， 4X4的矩陣式鍵盤。 顯示方案 方案 一 ：采用液晶顯示屏。液晶顯示屏（ LCM）具有功耗小、輕薄短小無輻射危險，平面直角顯示以及影象穩(wěn)定不閃爍，可視面積大，畫面效果好，抗干擾能力強等特點。但由于液晶是以點陣的模式顯示各種符號，需要利用控制芯片創(chuàng)建字符庫，編程工作量大，控制器資源占用較多，其成本也偏高。 方案二：采用三位 LED七段數(shù)碼管顯示點滴數(shù)目。數(shù)碼管具有低能耗、低損耗、低壓、壽命長、耐老化，對外界環(huán)境要求較低。同時數(shù)碼管采用 BCD編碼顯示數(shù)字，程序編譯容易，資源占用較少。 綜合比較上面的方案：采用 方案 一 。液晶顯示屏（ LCM）有更豐富的顯示能力， 并且能夠形式更多的信息，有利于使用。 電機系統(tǒng)方案 方案一：采用單片機和 A/D轉(zhuǎn)換構成系統(tǒng)，控制普通電機的步數(shù)和旋轉(zhuǎn)方向，可以考慮達林管組成的 H型 PWM電路。用單片機控制達林管使之工作在占空比可調(diào)的開關狀態(tài)，精確調(diào)整電機轉(zhuǎn)速，減小因慣性，速度，步距角過大而引起的調(diào)整誤差，達到改變點滴高度的要求，缺點是控制信號為模擬信號，需要將單片機輸出的序列脈沖轉(zhuǎn)換，延長了控制的時間，并且步距角為 9176。，不能精確的控制點滴速度。 7 方案二：用單片機控制步進電機，控制信號為數(shù)字信號，不在需要數(shù) /模轉(zhuǎn)換；具有快速啟 /停能力，可在一 剎那間實現(xiàn)啟動或停止，且步距角降低到 176。延時短，定位準確 ,精度高 ,可操作性強。 綜合考慮，一方面調(diào)節(jié)的步長盡可能的小，定位要好；另一方面如果停止信號到來，要能立刻停止電機。因此選擇步進電機，采用方案二。 點滴速度控制方案 方案一 ： 通過改變滴斗到受液瓶的高度來調(diào)節(jié)點滴的速度。由步進電機帶動儲液瓶使儲液瓶上升或下降改變滴斗到受液瓶的高度 ,從而調(diào)節(jié)點滴速度。由于其高度的改變與點滴速度基本成線性關系 ,這易于對點滴速度進行控制。而液滴管的高度可通過電機實現(xiàn)精確的定量控制。但此方法對機械設備的要求高 ,不容易安裝。設 備可移動性小，而且對電機的功率也有一定的要求，要采用大功率的電機。 方案二 ： 采用單片機和可編程邏輯器件控制輸液軟管的松緊來控制點滴速度。改變塑料點滴管的形狀以控制液體的流速。這樣的方法雖然直觀 ,但存在很多的缺點。首先由于對管壁施壓改變其形狀 ,其所施加的壓力與流量改變的關系非線性 ,這給流量控制帶來了難度。其次由于滴管是由塑料制成 ,在長時間受壓后松開并不能使塑料滴液管完全恢復原形 ,控制裝置無法保證理想的控制效果。此外 ,要完成滴速夾的制作有一定的困難。即使此方案有很多缺點，但以其結構小巧，可移動性強，電機要求低， 機械設備簡潔的優(yōu)點。更符合當今設備發(fā)展方向的要求。 總結上述原因 ,我選用方案二，制輸液軟管的松緊來控制點滴速度。 方案的確定 根據(jù)以上方案的論證分析，結合器件與設備等因素，系統(tǒng)各模塊方案確定如下： （ 1）點滴速度測量采用紅外對管反射接收方式。 （ 2）儲液檢測電路采用軟件方式設置。 （ 3）鍵盤采用 4X4行列式鍵盤。 （ 4）顯示采用 液晶顯示屏。 （ 5）點滴速度控制是利用步進電動機正反轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)輸液管的松緊來實現(xiàn)。 系統(tǒng)組成方框圖如圖 25 8 點 滴 速 度 檢 測A T 8 9 C 5 2報 警 顯 示 模 塊點 滴 速 度 控 制電 機 控 制 控 制 電 路鍵 盤 控 制 圖 25 系 統(tǒng)組成方框圖 系統(tǒng)通過鍵盤輸入模塊輸入預置的點滴速度并將數(shù)據(jù)信息傳送給單片機。點滴速度檢測系統(tǒng)通過紅外光電傳感器檢測點滴速度，并以電信號的形式傳給單片機，經(jīng)運算、分析、處理后單片機通過輸出端口將數(shù)據(jù)傳給顯示模塊和電機。由于硬件的限制既不可預測的誤差，實際點滴速度極難達到預置值，因此設置當實際點滴速度進入預置值 177。5 滴范圍內(nèi)時電機停止轉(zhuǎn)動，這樣就實現(xiàn)了智能控制功能。另外，點速度檢測系統(tǒng)通過紅外光電傳感器檢測到的信號經(jīng)處理后輸出給聲音報警裝置。當聲音報警持續(xù) 10 秒鐘后無人復位，則由單片機發(fā)出信號關閉聲光報警，同時 發(fā)出信號控制電機卡死輸液管將點滴速度強制為 0，這樣可以大大提高輸液的安全系數(shù)。 9 第 3 章 系統(tǒng)硬件設計與實現(xiàn) 系統(tǒng)硬件基本組成部分 傳感器檢測部分：系統(tǒng)利用光點傳感器將檢測到的信號轉(zhuǎn)化為控制器可以辨別的電信號。傳感器檢測電路包括 1個單元電路：點滴速度測量電路。 智能控制部分：系統(tǒng)中控制器件根據(jù)有傳感器變換輸出的電信號進行邏輯判斷，控制點滴的速度及 液晶顯示屏 的顯示，完成了點滴裝置的自動檢測、自動調(diào)速、 液晶顯示屏 顯示及報警功能等各項任務?？刂撇糠种饕?3個電路：單片機控制電路、電動機的驅(qū)動電路、 液晶顯示屏 的動態(tài)顯示 電路。 電路模塊電路設計 液體點滴速度檢測電路設計 系統(tǒng)采用 紅外光電傳感器將檢測到的信號轉(zhuǎn)化為單片機可以辨別的電信號。 （ 1） 檢測前置電路 光電傳感器采用紅外光電傳感器。 紅外光電傳感器主要由紅外發(fā)射和紅外接收管組成。紅外發(fā)射管在恒定的電源驅(qū)動下發(fā)射恒定紅外線。紅外線經(jīng)過外界物體產(chǎn)生反射，然后由接收管接收。 電路如圖 31。 U1Optoisolator110R110R2VCCGNDOUT 圖 31 光電傳感器電路 （ 2） 信號放大電路 因為紅外光功率的問題，其接收電路產(chǎn)生的信號十分微小，是 mV級的電壓。所以必須經(jīng)過放大電路將其放大，才能得到可以識別的信號。放大器是由集成運算放大器 LM324構成的同向交流放大器。其放大倍數(shù)： Av=1+R4/R5。在此 Av=1+500/22=23。經(jīng)過 23倍的放大處理，紅外光電傳感器采集到的信號就可以很容易的被處理。電路如圖 32。 10 +32out15411VddVss10R5GNDGND10R6VCCOUTIN 圖 32 信號放大電路 （ 3） 電壓比較電路 經(jīng)過放大處理過的信號，其高電平，低電平并不是標準的，不能直接被單片機識別處理。因此需要使用電壓比較器將不標準的脈沖信號轉(zhuǎn)化為標準的脈沖信號。電壓比較器能將輸入電壓和標準電壓相比較。低于標準電壓的，比較器輸出 0電壓（低電壓）。高于標準電壓的，比較器輸出高電壓（ 45V）。這樣，就完成了信 號的轉(zhuǎn)換。在此，采用集成電壓比較器 LM339來做電壓比較。 R7是電位器，調(diào)節(jié)標準電壓。 R8是上拉電阻。電路如圖 33。 +76out21089VddVss2KRPGNDVCC10R3OUTIN 圖 33 電壓比較電路 由電路圖可以看到，接收管與發(fā)射管正相對，無液滴滴下時，接收管收到信號，輸出低電平；有液滴滴下時，下落的水滴對紅外光有較強的漫反射、吸收及一定的發(fā)散作用，導致接收光強的較大改變，接收管不能收到較強的信號，產(chǎn)生一個較長的脈動，但是信號小，所以經(jīng)過一個運算放大器 LM342放大之后在經(jīng)過電壓比較器 LM339就可以輸出一個正向的脈沖信號送給單片機中斷口，據(jù)此就可以正確的測 出液滴的滴數(shù)，即點滴的速度（滴/分）。 經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)，在受環(huán)境光線的影響時會出現(xiàn)一個液滴產(chǎn)生兩個脈沖的現(xiàn)象，為此我在軟件上設計了消除雙脈沖程序。使得雙脈沖干擾問題得到較好解決。 11 鍵盤控制電路 用 AT89SC52的并行口 P1接 4X4矩陣鍵盤，以 － ，以 － 出線。 每個按鍵有它的行值和列值，行值和列值的組合就是識別這個按鍵的編碼。矩陣的行線和列線分別通過兩并行接口和 CPU通信。每個按鍵的狀態(tài)同樣需變成數(shù)字量 “0”和 “1”。電路原理如圖 34。 S2S6S10S14S3S7S11S15S4S8S12S16S5S9S13S17P10P11P12P13P14P15P16P17 圖 34 鍵盤控制電路 步進 電機驅(qū)動電路 步進電機是純粹的數(shù)字控制電動機，由電脈沖信號即可轉(zhuǎn)變成角位移，比其他類型的電動機更適合于本系統(tǒng)，故選用步進電動機。本系統(tǒng)中使用步進電機來控制的高度，以控制點滴速度。由于單片機帶負載能力有限，不能直接驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動，所以有必要在單片機和步進電機之間加上步進電機驅(qū)動電路，增加單片機帶負載能力。 電路原理圖如圖 3－ 5。 123456789 101112131415161718NLU20xxGNDVCC1B2B3B4B5B6B7B8B1C2C3C4C5C6C7C8C12345P2Header 5VCC 圖 35 步進電機驅(qū)動電路 單片機輸出四路脈沖信號控制電動機轉(zhuǎn)動相位角。單片機產(chǎn)生四相四拍脈沖信號的波形如下圖 3－ 6。 12 圖 36四相四拍脈沖信號波形 為了使步進電機控制更精 確，可以采用四相八拍脈沖信號，波形圖如下圖 3－ 7。 圖 37 四相八拍脈沖信號波形 電機正反轉(zhuǎn)的環(huán)形脈沖分配表如下： 表 31 環(huán)形脈沖分配表 正轉(zhuǎn)環(huán)形脈沖分配表 反轉(zhuǎn)環(huán)形脈沖分配表 步數(shù) P00 P01 P02 P03 步數(shù) P00 P01 P02 P03 A B /A /B A B /A /B 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 2 0 1 1 0 2 1 0 0 1 3 0 0 1 1 3 0 0 1 1 4 1 0 0 1 4 0 1 1 0 輸液管的機械控制 考慮到機械設備 的結構，偏心輪需要的電機扭矩要求高。拉繩比較容易卡住液體點滴速度。因此在偏心輪和拉繩機械結構中采用了拉繩結構。圖 39a 是偏心輪結構。圖 39b是拉繩結構 元器件說明 AT89C52 13 AT89C52 提供以下標準功能： 4k 字節(jié) Flash 閃速存儲器， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM,32 個 I/O口線，兩個 16 位定時 /計數(shù)器，一個 5 向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時， AT89C52 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時 /計數(shù)器 ，串行通信及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。