【正文】 73839VCC40* AT89C52 圖 38 AT89C52引腳圖 （ 1）電源 電源 VCC（引腳號 40）：芯片電源，接 +5V?？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。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，片內振蕩器及時鐘電路。因此在偏心輪和拉繩機械結構中采用了拉繩結構。 圖 37 四相八拍脈沖信號波形 電機正反轉的環(huán)形脈沖分配表如下： 表 31環(huán)形脈沖分配表 正轉環(huán)形脈沖分配表 反轉環(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。單片機產(chǎn)生四相四拍脈沖信號的波形如下圖 3－ 6。 電路原理圖如圖 3－ 5。本系統(tǒng)中使用步進電機來控制的高度，以控制點滴速度。電路原理如圖 34。矩陣的行線和列線分別通過兩并行接口和 CPU通信。 11 鍵盤控制電路 用 AT89SC52的并行口 P1接 4X4矩陣鍵盤，以 － ，以 － 出線。 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。電路如圖 33。 R7是電位器，調節(jié)標準電壓。這樣，就完成了信 號的轉換。低于標準電壓的，比較器輸出 0電壓（低電壓）。因此需要使用電壓比較器將不標準的脈沖信號轉化為標準的脈沖信號。電路如圖 32。在此 Av=1+500/22=23。放大器是由集成運算放大器 LM324構成的同向交流放大器。 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。紅外線經(jīng)過外界物體產(chǎn)生反射，然后由接收管接收。 紅外光電傳感器主要由紅外發(fā)射和紅外接收管組成。 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化為單片機可以辨別的電信號。 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、自動調速、 液晶顯示屏 顯示及報警功能等各項任務。 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化為控制器可以辨別的電信號。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。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。 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。 （ 4）顯示采用 液晶顯示屏。 （ 2）儲液檢測電路采用軟件方式設置。 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。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。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。這樣的方法雖然直觀 ,但存在很多的缺點。 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。但此方法對機械設備的要求高 ,不容易安裝。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。 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節(jié)點滴的速度。 綜合考慮，一方面調節(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。 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。用單片機控制達林管使之工作在占空比可調的開關狀態(tài)，精確調整電機轉速，減小因慣性，速度，步距角過大而引起的調整誤差，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換，延長了控制的時間，并且步距角為 9176。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。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。 方案二：采用三位 LED七段數(shù)碼管顯示點滴數(shù)目。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。 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。 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。因此，選擇方案三，軟件方式。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。這樣就不需要硬件的儲液瓶液面檢測電路，而由軟件控制。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 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。 液瓶液面檢測 方案 一 ：采用金屬電極檢測儲液瓶液面信號。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。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。 綜合比較上面方案，方案一利用透射原理來檢測點滴速度時，由于儲液瓶是透明玻璃 5 瓶，從光源發(fā)射出來的光大部分反射，透射光比較微弱，這樣檢測信號產(chǎn)生誤差較大，同時電路需要對微弱信號進行處理，這樣放大 電路的放大倍數(shù)就要很高。電路集成度高，使用繼電器輸出，輸出信號標準，電路簡單。其中整形電路包括放大電路和比較電路。紅外發(fā)光二極管垂直于漏斗壁發(fā)送紅外光，紅外接收管依據(jù)接收到的紅外光信號的強弱產(chǎn)生脈沖信號，先通過放大電路的處理再通過電壓比較電路的處 理就可以得到單片機可以處理的脈沖信號。 轉 換 電 路 脈 沖 信 號光 源發(fā) 送接 收單 片 機 圖 21 光透射原理檢測電路 方案二：利用光的反射原理。實現(xiàn)框圖如圖 21。但檢測到的電壓變動比較小，所以必須加一個電壓放大電路。當沒有點滴下落的時候 ,檢測系統(tǒng)輸出一個比較低的電壓而當有點滴經(jīng)過紅外檢測電路就會產(chǎn)生一個比較高的電壓。 4 第 2 章 系統(tǒng)方案選擇與論證 各模塊方案選擇和論證 液體點滴速度 及儲液瓶液面 檢測 方案 一 ：利用光透射原理。通過鍵盤輸入控制設置點滴速度，步進式電動機控制吊瓶移動改變點滴滴速，單片機驅動減速電機帶動螺旋壓緊機構控制藥液的滴速滴注，顯示檢測滴速值。輸出系統(tǒng)以智能控制吊瓶移動的步進電機、蜂鳴報警電路共同組成。目前國內尚未完全解決輸液時的自動監(jiān)控問題。 目前醫(yī)院普遍使用的是人工監(jiān)控點滴輸液裝置器 ， 將液體容器掛在一定高度 ， 利用勢差將液體輸入病人體內 ， 用軟管夾對軟管夾緊和放松控制滴速 ， 醫(yī)護人員按藥劑特性對滴速進行控制。醫(yī)療器械是壁壘較高的行業(yè)，并且屬 于國家重點鼓勵發(fā)展的行業(yè)。 我國是世界上擁有醫(yī)院最多的國家，具有龐大的消費群體。而且輸液完成報警器的研制也成為近年來的一個熱門課題，根據(jù)前年對國家知識產(chǎn)權局專利信息的查詢，已有 67 種輸液完成報警器 專利技術，但由于各專利技術或多或少都存在著這樣或那樣的缺陷，諸 3 如安全性、可靠性、成本及可操作性等問題，致使真正轉化為產(chǎn)品的專利并不多。不過總體來說其功能也只是側重于精確輸液控制，種類較少，性能也需改進，加上不菲的價格，所以也只能是和進口輸液泵爭一點市場份額，未能在各級醫(yī)院大面積的推廣普及。但是價格普遍比較昂貴，在兩萬元人民幣左右，使大部分三級甲等以下醫(yī)院望塵莫及。輸液泵是一種多功能輸液控制器，能夠較為精確地控制輸液速度，并實現(xiàn)輸液阻塞、氣泡混入和輸液完成報警。 國內外 研究 現(xiàn)狀 國外對智能型輸液裝置的研究較早，如日本、 美國和德國等國家上世紀八十年代末就進行了智能型輸液裝置的研制。 本系統(tǒng)就是為了減少人力浪費 ,獲得良好醫(yī)療效果而設計的液體點滴速度監(jiān)控裝置 ,利用該裝置可以通過電機控制輸液管的松緊來達到控速點滴速度的目的，通過傳感系統(tǒng)來確定點滴速度和藥液輸完后的報警，通過鍵盤設置液體點滴速度。 SJK型數(shù)字輸液監(jiān)控儀性能穩(wěn)定，使用簡 便、易操作，但價格比較昂貴，應用較少。輸液泵是解決輸液速度的一種有效方法，采用動力擠壓輸液，在一定時間內輸液量是一定的，但期間點滴速度并不均勻。在藥液輸入完后，還需要由 護士及時換瓶或拔除針頭，加重了醫(yī)護人員的工作強度。對于大多數(shù)醫(yī)生來說，輸液速度的控制還是采用人工方式，醫(yī)生憑借經(jīng)驗 通過轉動輸 2 液器上的手動滑輪 來調整輸液的速度， 輸液量也是醫(yī)生用只有兩個標記的液體瓶傾倒后估計的。 目前， 我國醫(yī)療機構在進行輸液治療時，輸液速度和輸液量幾乎全部都是不準確的。標準泵和便攜泵；體外泵和可植入泵；機械泵、電子泵和重力泵；容積泵和蠕動泵。基于以上情況，設計實現(xiàn)一種智能輸液監(jiān)控系統(tǒng)，對治療過程采用自動化監(jiān)控和管理是發(fā)展的必然趨勢。為此患者家屬需要陪同病人并且不斷地觀察輸液情況，這樣容易導致交叉感染，患者也 得不到良好的休息，影響治療質量和患者康復。由于這種滴速控制是通過肉眼觀察進行估計的，需要根據(jù)經(jīng)驗來調節(jié) , 使得點滴流速不夠準確，影響了治療效果，以至危害病人健康。通過調查得知 ,目前幾乎所有醫(yī)院因 種種原因仍沒有采用輸液監(jiān)控系統(tǒng) ,而是采用傳統(tǒng)的輸液方法，即將液體容器掛在一定高度，利用液體靜壓原理與大氣壓的作用使液體下滴，將大量滅菌藥液直接滴入靜脈內，從而達到治療目的。同時，在靜脈輸液過程中，必須有人陪護，以防鼓包等事故發(fā)生，尤其對術后幾乎需要 24 小時不間斷輸液的患者的監(jiān)護，更是讓護理者身心憔悴。它不僅是一種重要的給藥途徑 ,而且還是給患者補充體液、營養(yǎng)的重要方法。 Infusion too slow will probably be enough doses or unnecessarily prolong infusion time, treatment affected and add unnecessary burden to patients and nursing. Routine clinical transfusion, generally used to hang bottle infusion, by eye observation, rely on manual clip to control the transfusion speed, not easy to precisely control infusion speed, and large workload. This system is to use single chip microputer intelligent design and production of a liquid drop speed monitoring and control device. The device consists of water droplets velocity test system, speed control system, keyboard, disp