【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 明書(shū)（論文） 10 第二章 方案比較與論證 本次設(shè)計(jì)開(kāi)始的時(shí)候想到兩種設(shè)計(jì)方案，方案一是 把 光電傳感器裝在滴瓶的瓶口，通過(guò)監(jiān)測(cè)瓶口液體沒(méi)有了便進(jìn)行報(bào)警。方案二是把光電傳感器裝在輸液管的聚液處，監(jiān)測(cè)不再有液體或者一段時(shí)間沒(méi)有液體經(jīng)過(guò)便進(jìn)行報(bào)警。 方案一：對(duì)滴瓶中的液體的液位進(jìn)行監(jiān)控 該方案中通過(guò)光電傳感器對(duì)滴瓶中的液體的液位進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)沒(méi)有液體時(shí)報(bào)警，該方案中光電傳感器放 出光束監(jiān)控液面。當(dāng)沒(méi)有液體時(shí)沒(méi)有來(lái)自液面的反射光從而進(jìn)行報(bào)警。 (可以把光電傳感器裝在瓶口處） 圖 22 滴瓶 方案二：對(duì)滴管中的液滴進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)?shù)喂苤虚L(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有液體滴過(guò)，就認(rèn)為是液體點(diǎn)完，從而報(bào)警。此方法是通過(guò)光電傳感器放出光束對(duì)滴管的液滴監(jiān)控，當(dāng)一定時(shí)間沒(méi)有來(lái)自液滴的反射光線(xiàn)時(shí)，便進(jìn)行報(bào)警。（可以把光電傳感器裝在輸液管聚液處） 圖 23 輸液管 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 11 對(duì)于上述兩種方案，方案一需要把光電傳感器裝在點(diǎn)滴瓶上 ，方案二需要把光電傳感器裝在滴管上面，如果裝在滴瓶上，就算是滴瓶中的液體沒(méi)有了，滴管中還有很多，在實(shí)際醫(yī)學(xué)應(yīng)用中會(huì)會(huì)浪費(fèi)藥液，因此實(shí)際使用中較差。而方案二把光電傳感器裝在滴管上，檢測(cè)一段時(shí)間沒(méi)有液體流過(guò)，就會(huì)報(bào)警，由于滴管還能儲(chǔ)存一點(diǎn)液體，完全來(lái)的及報(bào)警以后過(guò)去處理。因此方案二更好，貼近實(shí)際而且精度也高。因此本次畢業(yè)設(shè)計(jì)使用的是方案二。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 12 第三章 液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置的理論分析與參數(shù)計(jì)算 液體檢測(cè) 檢測(cè)是系統(tǒng)精度的關(guān)鍵部位，檢測(cè)不準(zhǔn)確將影響系統(tǒng) 的控制精度。因此在選用檢測(cè)部件時(shí)應(yīng)盡量減小檢測(cè)誤差，經(jīng)過(guò)理論分析與實(shí)驗(yàn)，選用了回歸反射型與擴(kuò)散反射型光電傳感器以達(dá)到檢測(cè)精度。 檢測(cè)原理 光電液體檢測(cè)其主要利用光在通過(guò)介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的反射和折射現(xiàn)象來(lái)改變光的方向和光量的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 回歸反射型光電傳感器是將投光器同受光器按一定角度關(guān)系封裝在同一傳感器殼內(nèi)。投光器發(fā)出的光束需經(jīng)反射板反射至受光器，受光器通過(guò)檢測(cè)射入光量的多少來(lái)判斷物體的有無(wú)。由于紅外光在通過(guò)液體時(shí)伴有反射與折射現(xiàn)象同時(shí)對(duì)紅外線(xiàn)有一定的吸收作用，故從投光器發(fā)出的光束經(jīng)過(guò)被測(cè)介質(zhì)后再反射 回來(lái)的光通量大大削弱，從而可判斷出液體的有無(wú)，如圖 31 所示。 31 液位監(jiān)測(cè)原理 擴(kuò)散反射型光電傳感器的投光器與受光器同樣封裝在一起，只是沒(méi)有反射板配合其工作。液滴檢測(cè)的原理圖如圖 32所示。當(dāng)投光器發(fā)出的光線(xiàn)遇到液滴時(shí)，將通過(guò)液滴表面的反射作用把光線(xiàn)反射給受光器，從而來(lái)判斷物體的有無(wú)。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 13 通過(guò)這兩種傳感器的不同工作原理可對(duì)不同物理量進(jìn)行有效的檢測(cè)，從而滿(mǎn)足題目的基本要求。 圖 32 滴速檢測(cè)原理圖 液滴速度的檢測(cè)原理主要是檢測(cè)一滴液體的經(jīng)過(guò)了幾個(gè)定時(shí)時(shí)間，因此只要把一滴除以一滴液體經(jīng)過(guò)的定時(shí)次數(shù)而計(jì)算出的定時(shí)的時(shí)間（定時(shí)時(shí)間可以由定時(shí)的次數(shù)計(jì)算出來(lái)，該設(shè)計(jì)中定時(shí)一次時(shí)間為 10ms） 圖 33 液滴檢測(cè)示意圖 液滴累計(jì) 液滴的累計(jì)主要是通過(guò)單片機(jī)的中斷口來(lái)產(chǎn)生的，每一次滴液便產(chǎn)生一次中斷，然后計(jì)數(shù)，如此累加上去。 影響測(cè)量精度的因素分析 本次設(shè)計(jì)主要采用的是光電傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)滴 管聚集液體的地方，而影響測(cè)南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 14 量精度的因素也有很多，比如： (1)如果滴管中的液體滴的比較快，呈現(xiàn)出水柱狀，那么使用光電傳感器就不能測(cè)出液體的流速，也就是不能使用圖 33 所示的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)滴速，會(huì)使測(cè)量不準(zhǔn)確，因此必須保持液體呈現(xiàn)水滴狀。 (2)必須把滴管豎直不曲折的放置，這樣就不會(huì)出現(xiàn)因?yàn)榈喂芮鄱鴮?dǎo)致液體時(shí)而流動(dòng)時(shí)而不流動(dòng)而產(chǎn)生誤差報(bào)警。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路 該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是采用光電傳感器來(lái)檢測(cè)滴管聚液處的液體流速，因此把光電傳感器放置在滴管聚液處。然后把檢測(cè)結(jié)果送入單片機(jī)的中斷口，單片機(jī)則是充當(dāng)了 中樞環(huán)節(jié)，報(bào)警電路則使用蜂鳴器來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)液體監(jiān)測(cè)的結(jié)果來(lái)判斷是否報(bào)警。該設(shè)計(jì)的按鍵部分則是用來(lái)實(shí)現(xiàn)異常狀況出現(xiàn)的時(shí)候是否報(bào)警，以及出現(xiàn)多長(zhǎng)異常狀況的時(shí)候進(jìn)行報(bào)警。因此設(shè)計(jì) 4 個(gè)按鈕分別實(shí)現(xiàn)進(jìn)入設(shè)置界面、異常報(bào)警時(shí)間上調(diào)、異常報(bào)警時(shí)間下調(diào)、以及是否異常報(bào)警。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 15 第四章 液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置硬件電路設(shè)計(jì) 硬件電路主要分為檢測(cè)電路 、 按鍵電路 、 顯示電路 、 報(bào)警電路以及時(shí)鐘震蕩電路五個(gè)部分。通過(guò)該五部分的結(jié)合組成了液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置。 系統(tǒng)硬件框圖 本設(shè)計(jì)次用 STC89C52 單片機(jī)為核心，通過(guò)外部的光電傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)外部中斷，每次中斷便通過(guò)單片機(jī)的定時(shí)器 /中斷器來(lái)計(jì)算中斷次數(shù)也就是中斷時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)速度的監(jiān)控，以及異常的報(bào)警，然后采用動(dòng)態(tài)掃描來(lái)實(shí)現(xiàn) LCD動(dòng)態(tài)顯示，同時(shí)還能夠使用按鍵來(lái)改變報(bào)警時(shí)間，液體點(diǎn)滴速度控制系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖如圖 41 所示： 圖 41 液體點(diǎn)滴速度控制系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖 這個(gè)系統(tǒng)通過(guò) STC89C52 單片機(jī)來(lái)協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的工作，光電傳感器電路用于監(jiān)測(cè)來(lái)自外界的信號(hào)送入單片機(jī)。按鍵電路用于設(shè)置不同的參數(shù)來(lái)控制異常報(bào)警以及是否異常報(bào)警。顯示電路通 過(guò) LCD 顯示當(dāng)前的液體速度，以及液體的累計(jì)滴數(shù)。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 16 單片機(jī)主機(jī)系統(tǒng)電路 STC89C52 單片機(jī)介紹 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用 STC89C52 單片機(jī)，是 一種低功耗、高性能 單片機(jī)，由于做了很多的改進(jìn)，因此它的性能比 51 單片機(jī)更加強(qiáng)力。如圖 42 所示： 圖 42 STC89C52 芯片引腳圖 STC89C52 單片機(jī)具有很多優(yōu)點(diǎn) ,首先由于其價(jià)格在各類(lèi)型號(hào)的單片機(jī)中價(jià)格比較便宜 ,因此使用也比較廣泛 ,其次它自身也存在許多優(yōu)點(diǎn) ,比如它支持在線(xiàn)下載程序 ,編程簡(jiǎn)單 ,因此適合初學(xué)者使用 ,概括來(lái)說(shuō)這種優(yōu)勢(shì) 就是可以用串口直接下載程序，不用 ISP 下載器。 STC89C52 擁有比 51 單片機(jī)更加強(qiáng)的性能： (1)C系列的單片機(jī)沒(méi)有看門(mén)狗， S 系列的有看門(mén)狗，看門(mén)狗可以有效防止程序進(jìn)入死循環(huán)。 (2)STC89C52 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 4K 字節(jié)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 128 字節(jié)。 AT89C52片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 8K 字節(jié)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 256 字節(jié)， AT89C52 可存儲(chǔ)更多程序。 (3)STC89C52 有兩個(gè)定時(shí)器， 6 個(gè)中斷源。 AT89C52 有三個(gè)定時(shí)器， 8 個(gè)中斷源。 STC89C52 單片機(jī)有 3 個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 （ T0,T1,T2） ， 4個(gè)外部中斷 ,它是全雙工串口 ,由于做了很多改進(jìn) ,所以它有的功能 51 單片機(jī)而沒(méi)有。同時(shí)南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 17 STC89C52 單片機(jī)具有 8K字節(jié)的程序存儲(chǔ)空間以及 512 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間以及期內(nèi)帶的 2K字節(jié)的 EEPROM 存儲(chǔ)空間，它的工作電議一般為 ，工作頻率一般為 0 到 40MHz，綜上所述，它是 51 型單片機(jī)的改進(jìn)加強(qiáng)型。 STC89C52 單片機(jī)的引腳可以分為 11個(gè) 部分，各個(gè)部分引腳功能的介紹 ： (1) Vcc：電源電壓。 (2) GND：地。 （ 3） P0 端口有七個(gè)口即 ～ 口，所在的引腳為 39～ 32。 P0 口 可以 作為單片機(jī)的輸出端口，每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 負(fù)載，當(dāng) P0 為 1 時(shí)，可以看作是高阻抗輸入。此外 P0 口也可以提供低 8 位地址和 8 位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線(xiàn)，此時(shí) P0 口內(nèi)部上拉電阻有效。在 Flash ROM 編程時(shí)， P0端口接收指令字節(jié)，而在校驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。 （ 4） P1端口即 ～ 口，所在引腳為 1～ 8 引腳。 P1口可以作為 I/O口，而且它內(nèi)帶上拉電阻。 P1口通過(guò)它的 輸出 緩沖器驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL。當(dāng)用作輸入口時(shí)，對(duì)端口寫(xiě)入 高電平 時(shí)，端口 會(huì)變?yōu)?高電位 ，主要是由于上拉電阻的緣故。當(dāng) P1 口作輸入口時(shí)， 有些引腳也會(huì)有電流流過(guò)。 此外， 和 還可以作為定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的外部技術(shù)輸入（ ）和定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2的觸發(fā)輸入（ ），具體參見(jiàn)下表 41： 在對(duì) Flash ROM 編程和程序校驗(yàn)時(shí)， P1 接收低 8 位地址。 表 41 和 引腳復(fù)用功能 引腳號(hào) 功能特性 T2（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 外部 計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 T2EX（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 捕獲 /重裝觸發(fā)和方向控制） （ 5） P2端口即 ～ ，所在引腳為 21～ 28。 P2 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。 P2 是通過(guò)它的 輸出緩沖器驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 的 輸入。對(duì)端口寫(xiě)入 1 時(shí)， 通過(guò)其內(nèi)部的上拉電阻把端口變?yōu)楦唠娖?， P2 口在這時(shí)候可以用作 輸入口。 P2 作為輸入口使用時(shí)， 由于 上拉電阻 的原因 ，那些被外部有些 引腳會(huì) 有 電流 流過(guò) 。 在對(duì) Flash ROM 編程 以及 程序校驗(yàn)期間， 一些 高位地址和控制信號(hào) 也可以由 P2 口進(jìn)行接收 。 P3 口可以作為一般 的 I/O 口，這功能和其他 I/O 口的功能相同，不同的是還具有復(fù)用功能， P3 口的復(fù)用功能如表 42 所示： 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 18 表 42 P3 口引腳的復(fù)用功能 [4] 引腳號(hào) 功能 串行輸入口即 RXD 串行輸出口即 TXD 外部中斷 0 外部中斷 1 定時(shí)器 0 的外部輸入即 T0 口 定時(shí)器 1 的外部輸入即 T1 口 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 （ 6） RST 即 9 引腳。起到復(fù)位輸入的作用。 RST 起作用是在 當(dāng)輸入連續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)進(jìn)行復(fù)位，因此 RST主要用來(lái)完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。 RST 引腳復(fù)位高電平有效。 （ 7） ALE 即 30引腳。 ALE表示地址鎖存控制信號(hào)，它是訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。在一般情況下， ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來(lái)作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。特例是，在每次訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 脈沖將會(huì)跳過(guò)。 （ 8） VPP 即 31 引腳。訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從 0000H 到FFFFH 的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，必須接 GND。注意加密方式 1 時(shí)，將內(nèi)部鎖定位 RESET。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，應(yīng)該接 VCC。在 Flash 編程期間，也接收 12 伏 VPP 電壓。 （ 9） PSEN 即 29 引腳。外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng) STC89C52RC 從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)，在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將不被激活。 （ 10） XTAL1 即 19引腳。它是振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。 （ 11） XTAL2 即 18 引腳。它是振蕩器反相放大器的輸入端。 單片機(jī)主機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 單片機(jī)主機(jī)系統(tǒng)電路主要由時(shí)鐘電路和復(fù)位電路構(gòu)成。如圖 43 所示。 時(shí) 鐘電路：采用內(nèi)部震蕩的方式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所得的時(shí)鐘信號(hào)穩(wěn)定，采用并聯(lián)諧振電路分別用電容 C2和 C3與單片機(jī)的 XTAL1 和 XTAL2 相連，諧振頻率設(shè)定為 。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 19 復(fù)位電路：本設(shè)計(jì)采用的是手動(dòng)復(fù)位和上電復(fù)位組合方式，開(kāi)始時(shí) RST 處于低電平而正常工作，當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，開(kāi)關(guān)導(dǎo)通（是通過(guò)上電復(fù)位實(shí)現(xiàn)，每次上電便進(jìn)行復(fù)位） 這個(gè)時(shí)候電容兩端形成了一個(gè)回路，電容被短路，所以在按鍵按下之后，電容開(kāi)始釋放之前充的電量。復(fù)位后系統(tǒng)將 I/O口寄存器置為 0FFH，堆棧指針 SP置為 07H， SBUF內(nèi)置為不定值，其余的寄存器 全部清 0。 圖 43 單片機(jī)主機(jī)系統(tǒng)電路 按鍵輸入電路 按鍵電路主要設(shè)計(jì)成 4 個(gè)按鈕，如圖 44 所示，按鈕的功能為： KSET 按鈕：使系統(tǒng)進(jìn)入 SET 界面 KUP 按鈕：設(shè)置異常報(bào)警的時(shí)間上調(diào) KDN 按鈕：設(shè)置異常報(bào)警的時(shí)間下調(diào) KON 按鈕：設(shè)置是否啟動(dòng)報(bào)警功能 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 20 圖 44 按鍵部分 按鈕的實(shí)物圖如圖 45所示： 圖 45 按鈕 液晶顯示 LCD1602 介紹 LCD1602 是工業(yè)