【文章內(nèi)容簡介】 [3][4]。 與光敏二極管相比 ， 光敏三極管則有很大光電流放大的作用 ， 但是較高靈敏度也存在弊端，其在系統(tǒng)中應(yīng)用時有可能導(dǎo)致滴速測量的不準(zhǔn)確 ， 采用了大功率的光敏三極管正好可以彌補這一遺憾 ， 不過他的功耗太大 ， 容易造成不必要的浪費。 方案三 :脈沖調(diào)制的紅外 傳感器。紅外發(fā)射管的最大工作電流是由其平均電流決定的，而且它的調(diào)制信號占空比較小，瞬間電流會達(dá)到很大，大大提高了信號噪聲比，切實地增 強了系統(tǒng)的抗干擾能力 [10]。近幾十年來 ， 紅外傳感器價格合適、性能優(yōu)良，正逐步得到了廣大的電子愛好者的喜愛 ， 在工農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等各大行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。 因此，本文所設(shè)計的系統(tǒng)采用了方案三。 泰山學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 10 3 硬件設(shè)計 主站負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)和控制整個系統(tǒng)的工作，實現(xiàn)接收從輸液監(jiān)控儀發(fā)送的數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行分析和處理。主站包括 PC機和無線 PTR8000 模塊 兩部分，它可以看成是一個擴展了的 PC 機。 PC 機負(fù)責(zé)對輸液過程的監(jiān)控和對輸液數(shù)據(jù)的管理，無線PTR8000 模塊 將 PC 機擴展成了可以接收無線信號 的裝置，并對各個輸液的監(jiān)控儀進(jìn)行了通信調(diào)度 ，并把接收數(shù)據(jù)傳輸?shù)?PC 機，然后 PC機進(jìn)行相應(yīng)的處理。 如圖 3所示： 圖 3 主站框架圖 當(dāng)本文的輸液監(jiān)控系統(tǒng)處在工作狀態(tài)時， PTR8000 模塊收 到數(shù)據(jù)后，立即把它傳送給 PC 機，監(jiān)控管理的軟件在接收到了該輸液數(shù)據(jù)之后，就將它保存到了數(shù)據(jù)庫，然后經(jīng)過調(diào)用監(jiān)控的模塊，把各個輸液狀態(tài)顯示到用戶界面上，管理者就可清晰的知道各輸液情況，若輸液過程中發(fā)生異常，系統(tǒng)就會發(fā)出聲光報警。系統(tǒng)硬件和軟件要作統(tǒng)一規(guī)劃 ,一種功能既可以由軟件實現(xiàn) ,又可 以由硬件實現(xiàn) ,要根據(jù)系統(tǒng)的實時性和性能價格比進(jìn)行綜合確定 ,智能輸液監(jiān)控系統(tǒng)可分為軟件設(shè)計、硬件設(shè)計兩大部分 ,硬件設(shè)計主要包括用在病人端的發(fā)送板和用在護(hù)士端 的接收板 ,軟件設(shè)計包括下位機及在護(hù)士端的上位機軟件程序兩大部分。 單片機的選型 AT89S52是一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K在系統(tǒng)可編程 Flash存儲器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指MCU MCU MCU MCU MCU MCU PTR8000 PTR8000 PTR8000 從站 PTR8000 主站 MCU PC機 泰山學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 11 令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash,256 字節(jié) RAM,32 位 I/O 口線，看門狗定時器 ,2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16位定時器 /計數(shù)器，一個 6向量 2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口 ,片內(nèi)晶振及時鐘電路 ,另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、 串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下 ， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單 片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 主要 的功能如下 ： MCS51 指令系統(tǒng) 可以兼容 8k 可反復(fù)擦寫 (1000 次） ISP Flash ROM 工作電壓 32個雙向 I/O 口 256x8bit 內(nèi)部 RAM256x8bit 內(nèi)部 RAM 256x8bit 內(nèi)部 RAM 全雙工 UART 串行中斷口線 時鐘頻率 033MHz 2 個外部中斷源 2個外部中斷源 2 個外部中斷源 中斷喚醒省電模式 3 級加密位 靈活的 ISP字節(jié)和分頁編程 看門狗（ WDT）電路 雙數(shù)據(jù)寄存器指針軟件設(shè)置空閑和 省電功能 以下圖 5 為引腳圖： 泰山學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 12 E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10A T 8 9 S 5 2 圖 5 AT89S52的引腳圖 因為內(nèi)置軟件看門狗便宜和易于推廣，可免除外部看門狗芯片，以降低成本，而且也容易掌握，和工業(yè)的 80C51 指令和引腳兼容，片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程也靈活方便，故而選擇 AT89S52 作為下位機的微處理器。 VCC:電源 GND:地 P0口： P0 端口是 8 位雙向的漏極開路的 I/O 口。當(dāng)作輸出口用時，每位可以驅(qū)動8個 TTL 型的邏輯電平。當(dāng)我們對 P0 口寫入 “ 1”時，此引腳就用作高阻抗輸入來使用。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器的時候， P0 端口會作為 低 8位的地址 /數(shù)據(jù)來使用。在這種情況下， P0 端口就具有內(nèi)部的上拉電阻了。在我們用 flash 進(jìn)行編程時， P0 端口會接收發(fā)送到的指令字節(jié)；在校驗程序的時候，會輸出指令字節(jié)的。我們知道在程序校驗時，需要合適的外部上拉電阻。 P1口： P1 端口是雙向的 有 內(nèi)置的上拉電阻 8位 I/O 口， P1口上的輸出 端的 緩沖器可以 同時 驅(qū)動四個 TTL型的邏輯電平進(jìn)行工作。當(dāng)我們對 P1 口寫入 “ 1” 的時候，其內(nèi)部的上拉電阻就會 拉高 端口 ，該端口就可以當(dāng)作 輸入口來使用了。 當(dāng) 作為輸入使用時，在內(nèi)部電阻 作用下 外部被放 低的引腳，將會輸出 IIL 型電流。此 外，泰山學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 13 會作為 計數(shù)器 /定時器 2的外部計數(shù) 的 輸入 端口 ， 會作為 計數(shù)器 /計時器2 觸發(fā)的 輸入 端口。當(dāng)我們對 flash 校驗 和編程 的時候， P1 端口會接到 低 8 位的地址字節(jié)。 P1引腳 第二功能 如 表 2 所示 ： 表 2 P1引腳的第二功能 T2 用作定時器 /計數(shù)器 T2 的外部 的 計數(shù)輸入 端口 和時鐘的輸出 端口 T2EX 用作定時器 /計數(shù)器 T2 的 重載 /捕捉觸發(fā) 的 信號與方向控制 MOSI 系統(tǒng)編程時用 MISO 系統(tǒng)編程時用 SCK 系統(tǒng)編程時用 P2 口： P2 端口是 雙向的具有內(nèi)部的上拉電阻的 8 位的 I/O 端口， P2 口上的輸出緩沖器可以驅(qū)動四個 TTL 型的邏輯電平。當(dāng)我們對 P2 端口寫入 “ 1”的時候，其內(nèi)部的上拉電阻就會把端口拉高，此時就當(dāng)作輸入口來使用了。當(dāng)該端口被當(dāng)作輸入口來使用時，在外部被拉低的引腳在內(nèi)部電阻的作用下，將輸出 IIL 型電流。在訪問外部的程序存儲器時， P2 端口會送出高 8位的地址，用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器時也是這樣。此時， P2 端口會使用很強內(nèi)部上拉來發(fā)送“ 1”。在使用8位的地址來訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的時候， P2端口會輸出 P2 鎖存器中的內(nèi)容。當(dāng)在用 flash 編程和校驗的時候， P2 端口會依據(jù)接收到的高 8 位地址字節(jié)和控制信號來工作。 P3 口： P3 是雙向的具有內(nèi)部的上拉電阻的 8 位的 I/O 端口， P3 上的輸出緩沖器可以驅(qū)動四個 TTL 型的邏輯電平工作。當(dāng)我們對 P3 口寫入 “ 1”的時候，其內(nèi)部的上拉電阻就會把端口拉高，該端口就可以當(dāng)作輸入口來使用。當(dāng)其當(dāng)作輸入口使用時，在外部被拉低的引腳在內(nèi)部電阻的作用下，將會輸出 IIL 型電流。 P3 端口也可以作為 AT89S52 的特殊功能來使用。另外，在我們進(jìn)行 flash 編程驗的時候， P3端口也會接收控制信號。 圖 6 為最小系統(tǒng)圖： 泰山學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 14 E A /V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10A T 8 9 S 5 2D1L E D1 16R 1 A470R210KV C CV C CC310uF12MC R Y S T A LC215PC115PG N DG N D5V5V 圖 6 AT89S52最小系統(tǒng)電路圖 鍵盤設(shè)計 根據(jù)要求需要 兩個按鈕，具體電路如下 : R11KR21KV C CG N DP 2 .0P 2 .1 圖 7 鍵盤電路圖 鍵盤由一組按一定規(guī)則來排列的按鍵所組成的。實際上，一個按鍵就是一個起作用的開關(guān)元件。通俗來說，鍵盤就是一組按規(guī)則來排列的開關(guān)。我們知道按鍵按其結(jié)構(gòu)原理來分成兩類，一類為觸點式的開關(guān)按鍵 [14]，比如機械式的開關(guān)、導(dǎo)電橡膠式的開關(guān)等；一類為無觸點的開關(guān)按鍵，比如電氣式的按鍵，磁感應(yīng)的泰山學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 15 按鍵等。就其特點而言，前者的造價低廉，后者的壽命較長。因此在微機系統(tǒng)里最常用的是觸點式的開關(guān)按鍵，本文設(shè)計的系統(tǒng)也 不例外。 按照接口原理，鍵盤可以分為編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤兩大類。這兩種鍵盤的區(qū)別之處是識別鍵符以及給出鍵碼的方法。編碼式鍵盤主要通過硬件實現(xiàn)了對鍵的識別，非編碼式鍵盤是由軟件控制實現(xiàn)了鍵盤定義和識別功能。全編碼式鍵盤可以通過硬件邏輯來提供與鍵相對應(yīng)的編碼，另外還具有去除抖動與多、竄鍵保護(hù)的電路，這類鍵盤的使用較方便，但是需要的硬件較多，價格也較貴，一般的以單片機為核心的應(yīng)用系統(tǒng)就很少采用。非編碼式鍵盤只是簡單提供了行列矩陣，其它的工作都是由軟件來完成。其經(jīng)濟(jì)性強，廣泛地應(yīng)用在單片機的系統(tǒng)中 [15]，本 文所設(shè)計的系統(tǒng)便是如此。 本文所設(shè)計的系統(tǒng)使用了機械式觸點按鍵開關(guān)，其功能是將機械觸點的通斷轉(zhuǎn)變成電氣方面邏輯關(guān)系。就是說，它可以提供標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯的電平，以便可以同通用數(shù)字系統(tǒng)邏輯電平互容。機械式的按鍵在按下或者放開時，在機械彈性的作用下，通常會伴隨一定時間內(nèi)觸點的機械抖動 ，而后觸點才可以穩(wěn)定下來。開關(guān)機械特性會直接影響抖動時間，一般是 5 10ms。按鍵的通斷狀態(tài)由觸點 在其 抖動期間內(nèi)檢測出來，這樣可能會導(dǎo)致出現(xiàn)判斷錯誤。即按鍵在一次按完 或者放開期間被誤解為多次的操作，此種情況是絕對不允許發(fā)生的。為了避免 觸點 機械抖動產(chǎn) 生 檢測誤判，就必須采取除抖動的措施，可以從硬、軟件兩個方面進(jìn)行考慮。當(dāng)鍵數(shù)少時，可以采 用硬件除抖， 當(dāng)檢測到了該鍵被釋放后， 在去按另外的按鍵。 本文的鍵盤的控制程序具備以下的功能 :（ 1）檢測是否有按鍵按下，并且采 取相應(yīng)的硬件或者軟件措施，來消除按鍵的機械觸點產(chǎn)生的抖動的影響。 （ 2） 具有固定可靠 邏輯方面的處理方 法。 而 每 一 次只對一個按鍵進(jìn)行處理，在此期間對于何種按鍵操作對 此系統(tǒng)都不會產(chǎn)生影響，并且無論每 次的按鍵時間是多長，系統(tǒng)只完成 一次按鍵 操作 的程序 功能 。 （ 3）準(zhǔn)確無誤地輸出按鍵的值（或 者鍵號），來 達(dá)到跳轉(zhuǎn)指令的要求。本文的系統(tǒng)因其所使用的按鍵比較少，所以采用了兩個按鈕 的鍵盤。列線應(yīng)分別連接在按鍵開關(guān)兩端，行線要由上拉的電阻接在 +5V 上。泰山學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 16 當(dāng)按鍵未按下時，行線會處在高電平的狀態(tài)下；當(dāng)按鍵按下時，行線和列線將會導(dǎo)通，此時，行線的電平將會由與此線相連接的列線的電平來決定。 這就是來識別按鍵是否按下的關(guān)鍵。按鍵是否按下均影響該鍵所在行、列線的電平，各按鍵間都會相互影響，因此，必須將行線、列線信號配合 起來適當(dāng)?shù)靥幚恚拍艽_定閉合鍵的位置。 數(shù)碼顯示電路 按照相關(guān)的規(guī)定，輸液時液速的正常范圍應(yīng)該是每分鐘 30 到 150 滴 ,所以本系統(tǒng)的數(shù)碼管選擇了三位 , LED 顯示模塊使用了 74HC164 驅(qū)動共陰數(shù)碼管。 74HC164是 8 位 的 邊沿 觸發(fā)