【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ,其主要功能是把輸液病人的信息傳送到護(hù)士站 ,能夠進(jìn)行良好的通信 [13]。硬件發(fā)送電路板用在病人端，是以 89c52 控制芯片設(shè)計(jì)的，并輔以必要的外圍電路，實(shí)現(xiàn)液滴檢測(cè)，聲光報(bào)警、數(shù)碼顯示等功能，再通過(guò) nRF2401 無(wú)線(xiàn)傳輸模塊把數(shù)據(jù)傳輸出去。接收板與上位機(jī)進(jìn)行連接并放在護(hù)士站，接收板接收數(shù)據(jù)后通過(guò) 接口把數(shù)據(jù)直接傳送到上位機(jī)。上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)可以與輸液監(jiān)控器無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)多臺(tái)監(jiān)控器的監(jiān)控和管理。醫(yī)護(hù)人員可以隨時(shí)觀察到每個(gè)病人的輸液情況 ,一旦出現(xiàn)滴速過(guò)快或過(guò)慢異常狀況 ,護(hù)士可以及時(shí)處理。輸液結(jié)束報(bào)警 ,護(hù)士及時(shí)拔針 或換藥 ,避免血液回流。 系統(tǒng)應(yīng)用 組成圖如圖 21。 圖 21 系統(tǒng)應(yīng)用組成圖 系統(tǒng)的工作原理 基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能輸液監(jiān)控系統(tǒng)工作室，利用重力傳感器實(shí)時(shí)采集輸液剩余量，反饋到控制器，由控制器進(jìn)行計(jì)算，并與預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)值進(jìn)行比較做出相應(yīng)的動(dòng)作，同時(shí)將采集數(shù)據(jù)上傳到遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)監(jiān)控平臺(tái)和接受控制指令 [14]，實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)運(yùn)行，系統(tǒng)的工作原理如圖 22 所示。 燕山大學(xué)里仁學(xué)院本科畢業(yè)生（論文） 8 第二章 研究方案及選擇 9 圖 22 系統(tǒng)工作原理框圖 燕山大學(xué)里仁學(xué)院本科畢業(yè)生（論文） 10 硬件方案設(shè)計(jì)和對(duì)比分析 控制方案的選擇 方案一：此方案采用模擬控制方案，突出優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉、簡(jiǎn)單易行，但最大缺點(diǎn)是精度較低，不易于功能擴(kuò)展。 方案二：此方案采用 STC 單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，超級(jí)加密，具有超強(qiáng)抗干擾性能， I/O 口豐富，操作能力強(qiáng)，易于擴(kuò)展。另外軟件編程方便，可實(shí)現(xiàn)各種算法和控制。數(shù)據(jù)傳送是收到的干擾小，傳輸性能好 [15]。 所以本設(shè)計(jì)采用方案二。 STC89C52RC單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速 /低功耗 /超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051單片機(jī)， 12時(shí)鐘 /機(jī)器周期和 6時(shí)鐘 /機(jī)器周期可以任意選擇。 主要特性如下 8051單片機(jī)， 6時(shí)鐘 /機(jī)器周期和 12時(shí)鐘 /機(jī)器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051. ： ～ （ 5V單片機(jī)） /～ （ 3V單片機(jī)） ： 0～ 40MHz，相當(dāng)于普通 8051的 0～ 80MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá) 48MHz 8K字節(jié) 512字節(jié) RAM I/O口（ 32個(gè)），復(fù)位后為： P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口 /弱上拉， P0口是漏極開(kāi)路輸出，作為總線(xiàn)擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I/O口用時(shí)，需加上拉電阻。 （在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專(zhuān)用編程器，無(wú)需專(zhuān)用仿真器，可通過(guò)串口（ RxD/,TxD/）直接下載用戶(hù)程序，數(shù)秒即可完成一片 EEPROM功能 第二章 研究方案及選擇 11 3個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。即定時(shí)器 T0、 T T2 4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路， Power Down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒 （ UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè) UART ： 40～ +85℃（ 工業(yè)級(jí)） /0～ 75℃（商業(yè)級(jí)） STC89C52RC單片機(jī)的工作模式 ：典型功耗 ,可由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行原程序 ：典型功耗 2mA ：典型功耗 4Ma～ 7mA ，適用于水表、氣表等電池供電系統(tǒng)及便攜設(shè)備 圖 23 STC89C52RC引腳 燕山大學(xué)里仁學(xué)院本科畢業(yè)生（論文） 12 STC89C52RC引腳功能說(shuō)明 VCC（ 40引腳）：電源電壓 VSS（ 20引腳）：接地 P0端口（ ～ ， 39～ 32引腳）： P0口是一個(gè)漏極開(kāi)路的 8位雙向 I/O口。作為輸出端口，每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL負(fù)載，對(duì)端口 P0寫(xiě)入 “1”時(shí)，可以作為高阻抗輸入。在訪(fǎng)問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， 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)。驗(yàn)證時(shí)，要求外接上拉電阻 [16]。 P1端口（ ～ ， 1～ 8引腳）： P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口。 P1的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或者輸出電流方式） 4個(gè) TTL輸入。對(duì)端口寫(xiě)入 1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。 P1口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流（）。 此外， /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： 在對(duì) Flash ROM編程和程序校驗(yàn)時(shí) ， P1接收低 8位地址。 表 21 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） P2端口（ ～ ， 21～ 28引腳）： P2口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O端口。P2的輸出緩沖器可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式） 4個(gè) TTL輸入。對(duì)端口寫(xiě)入 1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時(shí)可用作輸入口。 P2作為輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流（）。 第二章 研究方案及選擇 13 在訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器和 16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行 “MOVX @DPTR”指令）時(shí)，P2送出高 8位地址。在訪(fǎng)問(wèn) 8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行 “MOVX @R1”指令）時(shí)， P2口引腳上的內(nèi)容（就是專(zhuān)用寄存器（ SFR）區(qū)中的 P2寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪(fǎng)問(wèn)期間不會(huì)改變。 在對(duì) Flash ROM編程和程序校驗(yàn)期間， P2也接收高位地址和一些控制信號(hào)。 P3端口（ ～ ， 10～ 17引腳）： P3是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O端口。 P3的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式） 4個(gè) TTL輸入。對(duì)端口寫(xiě)入 1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時(shí)可用作輸入口。 P3做輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸入一個(gè)電流。 在對(duì) Flash ROM編程或程序校驗(yàn)時(shí)， P3還接收一些控制信號(hào)。 P3口除作為一般 I/O口外，還有其他一些復(fù)用功能，如下表所示： 表 22 P3口引腳復(fù)用功能 引腳號(hào) 復(fù)用功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） （外部中斷 0） （外部中斷 1） T0（定時(shí)器 0的外部輸入） T1（定時(shí)器 1的外部輸入） （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） RST（ 9引腳）：復(fù)位輸入。當(dāng)輸入連續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)為有效，用來(lái)完成單片機(jī)單片機(jī)的復(fù)位初始化操作?？撮T(mén)狗計(jì)時(shí)完成后， RST引腳輸出 96個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器 AUXR（地址 8EH）上的 DISRTO位可以使此功能無(wú)效。 DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高 燕山大學(xué)里仁學(xué)院本科畢業(yè)生（論文） 14 電平有效。 ALE/（ 30引腳）：地址鎖存控制信號(hào)（ ALE）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 Flash編程時(shí)，此引腳（）也用作編程輸入脈沖。 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。然而，特別強(qiáng)調(diào)，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)。 如果需要，通過(guò)將地址位 8EH的 SFR的第 0位置 “1”， ALE操作將無(wú)效。這一位置 “1”， ALE僅在執(zhí)行 MOVX或 MOV指令時(shí)有效。否則， ALE將被微弱拉高。這個(gè) ALE使能標(biāo)志位（地址位8EH的 SFR的第 0位）的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無(wú)效。 （ 29引腳）：外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng) AT89C51RC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。 /VPP（ 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。 XTAL1（ 19引腳）：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2（ 18引腳）：振蕩器反相放大器的輸入端。 液滴檢測(cè)方案選擇 方案一：用可見(jiàn)光二極管與光敏三極管組成的傳感器來(lái)測(cè)量 ,相對(duì)于光敏二極管來(lái)說(shuō) ,光敏三極管具有很大的光電流放大作用 ,其較高的靈敏度在系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)易導(dǎo)致滴速測(cè)量不準(zhǔn)確 ,采用大功率光敏三極管可以彌補(bǔ)這一缺憾 ,但是功耗太大 ,造成不必要的浪費(fèi) [17]。 方案二：采用紅外對(duì)管檢測(cè) ,紅外對(duì)管是一種利用紅外線(xiàn)為介質(zhì)的測(cè)量系統(tǒng) ,具體用法是把對(duì)管放在莫菲式管兩側(cè) ,紅外發(fā)送管對(duì)光的敏感性較強(qiáng) ,當(dāng)有液滴下落時(shí)使發(fā)送管接受到某種紅外線(xiàn)后會(huì)發(fā)生明顯變化進(jìn)而發(fā)送信息 ,紅外接收管接收到微弱信號(hào) ,經(jīng)放大并進(jìn)行電壓比較后再經(jīng)整形處理傳送給單片機(jī) ,計(jì)算出液滴速度。近幾十年來(lái) ,紅外傳感器以?xún)?yōu)越的價(jià)格及優(yōu)良的性能得到廣大電子愛(ài)好者的青睞 ,廣泛應(yīng)用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等各大行業(yè)之中。 第二章 研究方案及選擇 15 方案三：用壓力傳感器進(jìn)行測(cè)量的方法。壓電傳感器主要利用壓電效應(yīng)而造成的 ,在輸液瓶的上方加一個(gè)壓力傳感器 ,通過(guò)壓力大小變化來(lái)判斷是否有藥液滴下 ,壓力傳感器具有價(jià)格低、抗干擾能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。但在本設(shè)計(jì)中會(huì)有誤差。 本設(shè)計(jì)采用方案三 電阻應(yīng)變式傳感器是將被測(cè)量的力，通過(guò)它產(chǎn)生的金屬?gòu)椥宰冃无D(zhuǎn)換成電阻變化的原件。由電阻應(yīng)變片和測(cè)量電路兩部分組成。常用的電阻應(yīng)變片有兩種：電阻應(yīng) 變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片，本設(shè)計(jì)采用的是電阻應(yīng)變片，為獲得高電阻值，電阻絲排成網(wǎng)狀，并貼在絕緣的基片上，電阻絲兩端引出導(dǎo)線(xiàn)，線(xiàn)珊上面有覆蓋層，起保護(hù)作用 [18]。 電阻應(yīng)變片也有誤差，產(chǎn)生的因素很多，所以在測(cè)量時(shí)我們一定要注意。其中的溫度的影響最重要，環(huán)境溫度影響電阻值變化的原因主要是： A:電阻絲溫度系數(shù)引起的。 B：電阻絲與被測(cè)原件對(duì)橋接零點(diǎn)和輸出，靈敏度的影響，即使采用同一批應(yīng)變也會(huì)因應(yīng)變片之間稍有溫度特性之差而引起誤差，所以對(duì)要求精度較高的傳感器，必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償，解決的辦法是在被粘貼的基片上采用適當(dāng)及溫度系 數(shù)的自動(dòng)補(bǔ)償，并從外部對(duì)它加以適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。非線(xiàn)性誤差是傳感器特性中最重要的一點(diǎn)。產(chǎn)生非線(xiàn)性誤差的原因很多，一般來(lái)說(shuō)主要由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定，通過(guò)線(xiàn)性補(bǔ)償，也可以得到改善。滯后和蠕變是關(guān)于應(yīng)變片及粘合劑的誤差。由于粘合劑為高分子材料，其特性隨溫度變化較大，所以稱(chēng)重傳感器必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用。 電阻應(yīng)變片的工作原理是基于電阻應(yīng)變效應(yīng)，即在導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械形變時(shí)，它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。 設(shè)有一根電阻絲，如圖所示。它在未受力時(shí)的原始電阻值為 R=lS? 式中 : ? —— 電阻絲的電阻率； l —— 電阻絲的長(zhǎng)度； S —— 電阻絲的面積。 燕山大學(xué)里仁學(xué)院本科畢業(yè)生（論文） 16 電阻絲在外力的作用下，將引起電阻變化 R? ，且有 R =R lS ??? ? ? ??? 令電阻絲的軸向效應(yīng)為 /ll??? ，由材料力學(xué)可知 ? ?//r r l l? ??? ? ? ? ? ?， u 為電阻絲材料的泊松系數(shù)，經(jīng)整理可得 ? ?1 2 /RR ? ? ? ?? ? ? ? ? 通常把單位應(yīng)變所引起的電阻相對(duì)變化稱(chēng)作電阻線(xiàn)的靈敏系數(shù)，其表達(dá)式為 ? ?0 //12RRk ???????? ? ? ? 從上式可以明顯看出，電阻絲靈敏系數(shù) 0k 由兩部分組成： ? ?12?? 表示受力后由材料的幾何尺寸變化引起的； /???? 表示由材料電阻變化所引起的。對(duì)于金屬材料， /???? 項(xiàng)的阻值要比 ? ?12?? 小得多，可以忽略，故 0k =12?? 。大量實(shí)驗(yàn)證明，在電阻絲拉伸比例極限內(nèi)，電阻的相對(duì)變化與應(yīng)變成正比，即 0k =～ 。上式可寫(xiě)成0R kR ?? ?。 通信方式的選擇 方案一：采用有線(xiàn)方式借助雙絞線(xiàn)、同軸電纜等可進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)或點(diǎn)到多點(diǎn)的通信方式 ,其突出優(yōu)點(diǎn)是保密性好、可靠性高、抗干擾性能強(qiáng)但有線(xiàn)通信擴(kuò)展性能差、布線(xiàn)相當(dāng)麻煩、成木較高。由于有線(xiàn)通信是把很多線(xiàn)纜埋在地下 ,時(shí)間久了 ,線(xiàn)路容易腐化或遭到侵蝕 ,影響通信質(zhì)量。 方案二：采用無(wú)線(xiàn)方式無(wú)線(xiàn)通信是相對(duì)有線(xiàn)通信而言的 ,免去了布線(xiàn)的麻煩 ,即利用電磁場(chǎng)電磁波在空間中自由傳播的特征 ,進(jìn)行信息交換的一種通信方式。無(wú)線(xiàn)通信具有成木低廉、擴(kuò)展性好、適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)。 無(wú)線(xiàn)通信具有一定的移動(dòng)性 ,只需在終端架設(shè)天線(xiàn)或連接到電臺(tái)即可 ,無(wú)需浪費(fèi)大量人力物力去架設(shè)電線(xiàn)桿或挖溝埋線(xiàn)纜無(wú)線(xiàn)通信幾乎不受地理環(huán)境限制 ,特別是在湖泊、山區(qū)等第二章 研究方案及選擇 17 惡劣環(huán)境中使用非常方便。有廣泛的適應(yīng)性 [19]。 本設(shè)計(jì)采用方案二 顯示模塊的選擇 方