【文章內(nèi)容簡介】 粗略的調節(jié)，當涉及到細調節(jié)時難以控制，不易實現(xiàn)。 控制用電動機及驅動的選擇與比較 方案一：采用直流電機 由于直流電機上電即轉動，掉電后慣性較大，停機時還會轉動一定角度后才可停下來。轉矩小、無抱死功能，如果要求準確停在一個位置，其閉環(huán)算法較復雜。 方案二：采用步進電機 步進電機是一種用電脈沖進行控制，將電脈沖信號轉換成相應角位移或線位移的電動機。步進電機每 輸入一個脈沖信號，轉子就轉動一個角度或前進一步，其輸出的角位移或線位移與輸入的脈沖數(shù)成正比，轉速與脈沖頻率成正比。用單片機控制步進電機，控制信號為數(shù)字信號，不再需要數(shù)／模轉換，具有快速啟／系統(tǒng)方案設計與論證 7 停能力，可在一剎那間實現(xiàn)啟動或停止，且步距角降低小，延時短，定位準確，精度高，可操作性強。 綜合考慮 ,選用步進電機作為電機驅動控制電路。 顯示器接口電路方案選擇論證 設計任務書中提到，滴速的大小要由人工來設定。顯示內(nèi)容包括預先設定值與調整值。針對本設計的顯示具體有以下的兩種方案： 方案一：采用 (LCD)液晶顯示 屏。液晶顯示屏具有功耗小、輕薄短小無輻射等優(yōu)點，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍，可視面積大，畫面效果好，抗干擾能力強等特點。本設計滴速在 20— 150 之間，故只需顯示三位溫度值，信息量比較少，而液晶屏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，這就意味著編程工作量大，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)境要求較低等特性。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。 綜合比較以上兩 種方案，結合本設計的要求可知采用方案二較為合適。 鍵盤接口電路方案選擇論證 鍵盤是人向機器輸入數(shù)據(jù)核對系統(tǒng)進行干預的基本設備，而單片機系統(tǒng)本身價格低，一般采用非編碼鍵盤，非編碼鍵盤可分為獨立式按鍵電路、矩陣式鍵盤電路，中斷式鍵盤電路等。 獨立式按鍵電路 單片機控制系統(tǒng)中，往往只需要幾個功能鍵。對于少量鍵盤一般采用獨立式結構，獨立式按鍵特點是每個鍵單獨占用 1根 I/O 接口線，每個鍵的工作不會影響其他接口的狀態(tài)這種電路結構簡單，配置靈活。 矩陣式鍵盤電路 矩陣式鍵盤結構的特點是在按鍵 設置在行線和列線的交叉點上，鍵兩端分別接于行線和列線上。常用的鍵盤大小有 4* 8* 4*8 等 系統(tǒng)方案設計與論證 8 該系統(tǒng)使用的按鍵數(shù)較少，故采用獨立式鍵盤最為合適 . 單片機型號的選擇與論證 現(xiàn)有主流單片機的概述 MCS—51 系列單片機是 INTEL 公司在 20 世紀 80 年代初研制的，很快就在全世界得到廣泛的推廣應用。 MCS— 51 無論是在教學，工業(yè)控制，儀器儀表，信息通信，還是在交通，航運，家用電器領域，都取得大量的應用成果。 INTEL 公司雖然已經(jīng)把精力集中在計算機的 CPU 生產(chǎn)上，但是，以 MCS— 51 技術核 心為主導的微控制器技術以被 ATMEL， PHILIPS 等公司繼承，并在原有的基礎上又進行了新的開發(fā)，從而產(chǎn)生了和 MCS— 51兼容而功能更加強勁的控制器系列。 ATMEL 公司所生產(chǎn)的 89系列單片機就是基于 INTEL公司的 MCS— 51系列而研制的并與 MCS— 51 兼容的微控制器系列。 ATMEL 公司是美國在 20 世紀 80 年代中期成立并發(fā)展起來的半導體公司，該公司的技術優(yōu)勢在于 FLASH 存儲器技術和高質量高可靠性的生產(chǎn)技術。隨著業(yè)務的發(fā)展。 20 世紀 90 年代， ATMEL 成為全球最大的 EEPROM 供應商， 1994 年為了介入單 片機市場， ATMEL 公司以 EEPROM 技術與 INTEL 的 80C31 單片機核心技術進行交換，從而取得 80C31 核的使用權。 ATMEL 把自身先進的 FLASH 存儲技術和80C31 核相結合，從而生產(chǎn)出了 FLASH 單片機 AT89C51 系列。這是一種內(nèi)部含有FLASH 存儲器的特殊單片機。由于它內(nèi)部含有大量的 FLASH 存儲器，所以，在產(chǎn)品開發(fā)及生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品，手提式儀器等方面有著十分廣泛的應用，也是目前取代傳統(tǒng)的 MCS— 51 系列單片機的主流單片機之一。 單片機的選用 單片機作為系統(tǒng)的主控制單元，它控制所有的輸 入輸出。監(jiān)控系統(tǒng)是一個單片機最小應用系統(tǒng)，系統(tǒng)中有一些功能無法集成到芯片內(nèi)部，如晶振，復位電路等，需在片外加相應的輔助電路。對于片內(nèi)無 ROM 的單片機，還應該配置片外程序存儲器。這里選用的是 ATMEL 公司的 AT89C2051 和 AT89C51，都帶內(nèi)置 ROM，只需加電源，震蕩電路，復位電路等。單片機最小應用系統(tǒng)如圖 所示 系統(tǒng)方案設計與論證 9 圖 單片機最小應用系統(tǒng) AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的單片機 ，其指令集和傳統(tǒng)的51單片機指令集是一樣的。 由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 1 AT89C51 主要 性能 ： （ 1） 與 MCS51 兼容 （ 2） 4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲器 (壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) ) （ 3） 全靜態(tài)工作： 0Hz24KHz （ 4） 三級程序存儲器保密鎖定 （ 5） 128*8 位內(nèi)部 RAM （ 6） 32 條可編程 I/O 線 （ 7） 兩個 16 位定時器 /計數(shù) 器 系統(tǒng)方案設計與論證 10 （ 8） 6 個中斷源 （ 9） 可編程串行通道 （ 10） 低功耗的閑置和掉電模式 （ 11） 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 2 AT89C51 管腳 圖 ： AT89C51 管腳 圖如圖 1289765431 01 11 21 81 91 71 61 51 41 32 03 02 92 32 22 42 52 62 72 82 14 03 93 33 23 43 53 63 73 83 1P 1 . 0P 1 . 1P 1 . 7R S TP 1 . 6P 1 . 5P 1 . 4P 1 . 3P 1 . 2P 3 . 0P 3 . 1P 3 . 7X T A L 2P 3 . 6P 3 . 5P 3 . 4P 3 . 3P 3 . 2P 2 . 7P 2 . 6P 2 . 0P 2 . 1P 2 . 2P 2 . 3P 2 . 4P 2 . 5P 0 . 0P 0 . 1P 0 . 7E A / V P PP 0 . 6P 0 . 5P 0 . 4P 0 . 3P 0 . 2X T A L 1G N DA L E / P R O GP S E NT X DR X DI N T 0I N T 1W RT 1T 0R DA T 8 9 C 5 1 3 AT89C51 引腳功能 P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當P1口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0外部必須被拉高。 圖 AT89C51管腳 圖 系統(tǒng)方案設計與論證 11 P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL 門電流，當 P2 口被寫 “1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是 由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL門電流。當 P3 口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可 作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示： RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0外部輸入） T1（記時器 1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） 4 芯片擦除 整個 PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫 “1”且在任何非空存 儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外， AT89C51 設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在系統(tǒng)方案設計與論證 12 閑置模式下， CPU 停止工作。但 RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止 。 單片機 I/O 口管腳分配 由單片機外部接線可知， I/O 口管腳分配情況如下： 與報警裝置相連，當輸液出現(xiàn)異常或報警鍵被按下時， 口會有一個高電平，驅動報警裝置。 是加鍵按鈕 的輸入，當檢測到加鍵被按下， 輸入一個低電平，設定值加一。 是減鍵按鈕的輸入，當檢測到減鍵被按下， 輸入一個低電平，設定值加一。 是加鍵按鈕的輸入，當檢測報警鍵被按下， 輸入一個低電平，給 一個高電平，觸發(fā)報警裝置。 — 為步進電動機的脈沖輸入端，通過輪流置一來控制電動機的旋轉和轉向。 為數(shù)據(jù)采集端口，當有脈沖經(jīng)過時，就會給 一個高電平信號，從而進行脈沖計數(shù)，計算流速。 P3 口是與上位機的通信端口。 — 是顯示器的位控制端口。 — 是顯示數(shù)據(jù)的輸出口。輸液系統(tǒng)各模塊的硬件設計 13 第三章 輸液系統(tǒng)各模塊的硬件設計 基于第二章的方案論證，第三章主要設計了輸液系統(tǒng)整體的硬件結構及各主要部分硬件的具體設計。 圖 主從站結構框圖 系統(tǒng)總體結構框圖如圖 所示 圖 系統(tǒng)的結構框圖 晶振電路 復位電路 鍵盤輸入 病房AT89C51 顯示裝置 報警裝置 控制電機 電源電路 Max485 Max485 護 士 室AT89C51 MAX232 監(jiān)控電腦 護士房主控電腦 通信模塊max485 病房下位機 89c51 病房下位機 89c51 輸液系統(tǒng)各模塊的硬件設計 14 控制電機模塊設計 本設計的操作部分采用的是步進電動機。利用單片機來控制步進電動機，按相序輸入脈沖以實現(xiàn)電機轉動方向控制 。每輸入一個脈沖電機沿選擇方向前進一步，每前進一步電機轉動一個固定角度。從而帶動滴瓶來調節(jié)高低，進而達到控制滴速的目的。 步進電動機的工作原理 步進電動機是一種將輸入的數(shù)字脈沖信號轉換成機械角位移或線位移的執(zhí)行元件 ,是一種多相同步電動機 ,由專用的脈沖電源供電，每輸入一個脈沖，就轉過一個角度或前進一步，故稱步進電動機。 步進電動機的角位移量和輸入脈沖的個數(shù)嚴格成正比，在時間上與輸入脈沖同步，因此只要控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率及電動機繞組通電的相序，便可獲得所需的轉角、轉速及轉動方向。在沒有脈沖輸入時 ，在繞組電源的激勵下氣隙磁場能使轉子保持原有位置處于定位狀態(tài)。 在電動機定子上有 A、 B、 C三對磁極，磁極上繞有線圈，分別稱之為 A相、 B相和 C 相，而轉子則是一個帶齒的鐵心，這種步進電動機稱之為三相步進電動機。如果在線圈中通以直流電，就會產(chǎn)生磁場，當 A、 B、 C 三個磁極的線圈依次輪流通電，則 A、 B、 C三對磁極就依次輪流產(chǎn)生磁場吸引轉子轉動。定子各相輪流通電一次轉子轉過一個齒。這樣按 A→B→C→A→B→C→A→? 次序輪流通電，步進電動機就一步一步地按