【正文】 5s內(nèi)的滴 數(shù)乘以 12， 便可得到 1分鐘 的液滴數(shù) 。計數(shù)器最多計數(shù) 65536 次，因此不需要對計數(shù)單元進行擴展即可完成計數(shù)需求。置 T0定時初值為50ms，循環(huán) 100 次即可完成 5s 定時。 滴速的采集程序設(shè)計分為兩部分：即定時程序和計數(shù)程序。 設(shè)計中，選用定時器 T0進行定時， T1作為計數(shù)器。而用計時法所測的信號周期數(shù)據(jù)，還需要求倒數(shù)運算才能得到信號頻率，而求倒數(shù)運算對于中小型數(shù)字集成電路來書很難實現(xiàn)，因此計時法不適合本系統(tǒng)要求。 首先把被測信號通過二分頻，獲得一個高電平時間，是一個信號周期 T的方波 信號，然后用一個周期 T1的高頻方波信號作為計數(shù)脈沖，在一個信號周期 T的范圍內(nèi)對 T1信號進行計數(shù)。為了減小相對誤差，可以通過增大 T 的方法來降低測量誤差。 設(shè)在 T時間，計數(shù)器的精確計數(shù)值應(yīng)為 N，根據(jù)計數(shù)器的計數(shù)特性可知 N1 的絕對誤差是 N1=N+1， N1 的相對誤差為δ =（ N1N） /N=1/N。改變時間 T即可改變測量頻率范圍。 對頻率的測量有兩種方法：計數(shù)法和計時法，即測頻法和測周期法。主程序流程圖如圖 52： 開始 初始化 檢測液 滴信號 檢測液位信號 計算速度 顯示速度 延時消抖 本次值 =上次值？ 報警 返回 N Y 再次檢測 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 圖 42主程序流程圖 滴速檢測子程序 設(shè)計 滴速的檢測對單片機來說是對外部 脈沖信號進行頻率計數(shù)。 系統(tǒng)軟件流程圖如圖 51： 圖 41 系統(tǒng)軟件流程圖 主程序 設(shè)計 在主程序中首先對系統(tǒng)進行初始化，規(guī)定相關(guān)過程的入口地址等。以這種方式的編程，不僅簡化了編程者的任務(wù)，還使得程序的調(diào)試變得更加容易。 圖 325 為 MAX485 典型工作電路，圖 326為 MAX485 與單片機接口電路 ： 圖 325 MAX485典型工作電路 圖 326 MAX485與單片機接口電路 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 第 4章 軟件系統(tǒng)設(shè)計 一個單片機控制系統(tǒng)，硬件電路是它的骨架，但是 只有硬件 系統(tǒng) 是不能工作的，系統(tǒng) 想要正常工作還需要軟件系統(tǒng)的支持。只需要一個信號控制 MAX485 的接收和發(fā)送即可。 圖 324 MAX485引腳圖和結(jié)構(gòu)圖 MAX485 引腳 說明： RO 和 DI 端分別為接收器的輸出和驅(qū)動器的輸入端，與單片機連接時只需分別與單片機的 RXD和 TXD 相連即可； /RE 和 DE 端分別為接收和發(fā)送的使能端，當 /RE 為邏輯 0時，器件處于接收狀態(tài)；當 DE為邏輯 1時，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因為 MAX485 工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機的一個管腳控制這兩個引腳即可； A端和 B 端分別為接收和發(fā)送的差分信號端 ,當 A引腳的電平高于 B時，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為 1；當 A 的電平低于 B 端時，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為 0。 MAX485 采用單一電源 +5V工作，額定電流為 300μ A，采用半雙工通訊方式。通信接口芯片采用 MAX485， MAX485 芯片的結(jié)構(gòu)和引腳都非常簡單，內(nèi)部含有一個驅(qū)動器和接收器。 主機 (上位機 )和從機 (下位機 )間的信息交換方式采用串行通信方式。 單片機與 PC機通信系統(tǒng)設(shè)計 通信電路可以將 32個輸液從站與主站的主機 (PC機 )連接起來構(gòu)成輸液監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)輸液的遙控。 通信方案的選擇 因 RS485 接口具有良好的抗噪聲干擾性，長的傳輸距離和多站能力等上述優(yōu)點就使其成為首選的串行接口 。而 RS485 接口在總線上是允許連接多達 128 個收發(fā)器。 （ 3） RS485 接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗共模干能力增強，即抗噪聲干擾性好。接口信號電平比 RS232C 降低了，就不易損壞接口電路的芯片，且該電平與 TTL 電平兼容，可方便與 TTL 電路連接。 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 （ 4） 傳輸距離有限，最大傳輸距離標準值為 50 英尺，實際上也只能用在 50 米左右。 （ 2） 傳輸速率較低，在異步 傳輸時，波特率為 20Kbps。傳輸電纜長度由 RS232C 標準規(guī)定在碼元畸變小于 4%的情況 下， 傳輸電纜長度應(yīng)為 50英尺，其實這個 4%的碼元畸變是很保守的， 在實際應(yīng)用中，約有 99%的用戶是按碼元畸變 1020%的范圍工作的，所以實際使用中最大距離會遠超過 50 英尺 。 一些設(shè)備與 PC 機連接的 RS232C 接口 ， 因為不使用對方的傳送控制信號 ， 只需三條接口線 ，即“發(fā)送數(shù)據(jù)”、 “接收數(shù)據(jù)”和“信號地 ”。即要求接收器能識別低至 +3V 的信號作為邏輯“ 0”，高到 3V的信號作為邏輯“ 1”。即：邏輯“ 1”， 5— 15V；邏輯“ 0” ， +5— +15V。 接口的信號內(nèi)容 ， 實際上 RS232C 的 25 條引線中有許多是很少使用的，在計算機與 終端通訊中一般只使用 39 條引線。它是在 1970 年由美國電子工業(yè)協(xié)會（ EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計算機終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的準 則 。 RS232 和 RS485 是目前最常用的兩種串行通信總線。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本 低，特別是在遠程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。 同時，當報警發(fā)生時，設(shè)計采用手動按鍵停止報警的 方式，按鍵設(shè)置在從機，只有醫(yī)護人員來到從機才能停止報警，提高了醫(yī)護人員處理事件的及時性。 顯示電路見圖 322： 圖 322 顯示電路 電路 按鍵電路 設(shè)計 在輸液過程中 難免會 出現(xiàn)突發(fā)性事 件 ， 所以系統(tǒng)設(shè)計了一個緊急呼叫鍵。 0時，三極管導通。 兩位位選端由 。數(shù)碼管的動態(tài)顯示相對于靜態(tài)顯示來說，動態(tài)顯示占用的 I/O 端口 少，電路簡單， 選擇數(shù)碼管的動態(tài)顯示方式 。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為 1～ 2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣 的，能夠節(jié)省大量的 I/O 端口，而且功耗更低。 圖 320為 數(shù)碼管靜態(tài)顯示接法： 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 圖 320 數(shù)碼管靜態(tài)顯示接法 （ 2） 動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的 8 個顯示筆劃 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的 I/O線控制，當單片機輸出字形碼時 ，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通 COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的 I/O 端口進行驅(qū)動，或者使用如 BCD 碼二 十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。 圖 319 為 共陰 數(shù)碼管 內(nèi)部結(jié)構(gòu)： 圖 319 共陰 數(shù)碼管 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極 COM 接到地線 GND 上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時， 相應(yīng)字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 二極管的陽極接到一起形成公共陽極 (COM)的數(shù)碼管。 7段 LED數(shù)碼管，則在一定形狀的絕緣材料上，利用單只 LED組合排列成“ 8”字型的數(shù)碼管，分別引出它們的電極，點亮相應(yīng)的點劃來顯示出 09的數(shù)字。由于 LED 數(shù)碼管顯示亮度高，顯示效果清晰醒目，這里選用 LED數(shù)碼管進行顯示。閃光報警在硬件連接上非常簡單，可利用 AT89C51 的 I/O 口直接驅(qū)動發(fā)光二極管實現(xiàn)，如圖 315： 圖 315 閃光報警電路 顯示電路設(shè)計 顯示電路主要完成對輸液過 程中滴速的實時顯示 。 閃光報警是最簡單，也是最常用的一種報警方式。壓電式蜂鳴器結(jié)構(gòu)簡單、耗電少、更適合于單片機系統(tǒng)的應(yīng)用。在實際的應(yīng)用系統(tǒng)中，經(jīng)常將閃光報警和單頻音報警結(jié)合起來使用，以便更好的引起醫(yī)護人員的注意。 為了防止輸液器的漏斗傾斜引起水滴的偏移，導致不正常的檢測，可用兩三枚紅外發(fā)射管和一枚紅外接收管組成如圖 311 所示，將該傳感器套在輸液器的漏斗上，確保液滴的檢測無誤。 圖 311 滴速檢測原理圖 紅外發(fā)射管發(fā)射的光束經(jīng)過茂菲氏管的液滴滴落線投射到紅外接受管的感光面，在沒有液滴滴落時，紅外接收管接收到的光照度最大，產(chǎn)生的光生電流也最大；當有液滴滴落時，由于液滴的光學特性，使光束發(fā)散，投射到紅外接收管上的光照度將 下降，從而使光生電流下降，由于不同類型的藥液 （ 透明、半透明和不透明 ） 液滴的光學特性不同，形成不同幅度的負脈沖，只要檢測紅外接收管的輸出電流脈沖，就可以探測出有無液滴的通過。將紅外光發(fā)射 接收對管固定在茂菲氏管兩側(cè)，蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 紅外發(fā)光二極管發(fā)出紅外光，光線透過茂菲氏管照射到光電三極管，光電三極管將接收 到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出。 該裝置 大大減少了醫(yī)護人員的工作。該裝置為吊瓶的瓶托， 瓶托邊緣上裝有三個等長的繩子用于在支架上掛吊瓶，輸液時將吊瓶直接放入瓶托即可，無需調(diào)整探頭。 （ 3） 液位信號紅外檢測部分電路如圖 39所示 ； 圖 39 紅外檢測電路 為了保護紅外光二極管不會因為電流過大而燒掉，在發(fā)射管和接收管的兩端分別串聯(lián)一 個上拉電 R R4，起限流保護作用。同樣采用 LM 324 來構(gòu)成電壓比較電路，其中 Vg為 10kΩ的滑動變阻器，電壓比較的基值可以通過改蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 變滑動變阻器的值來進行調(diào)節(jié)。 圖 38 為 LM324管腳圖。 15 V） ，驅(qū)動功耗低，可與 TTL 邏輯電路相容。 LM324 內(nèi)含 4個獨立的高增益、頻率補償?shù)倪\算放大器，既可接單電源使用 （ 3～ 32 V） ，也可接雙電源使用 （ 177。 （ 1） 通用型低功耗集成四運放 LM324 為價格便宜的帶有真差動輸入的四運算放大器。 在紅外監(jiān)測中，當沒有液滴落下時，輸出電壓為 0 V，當有液滴落下時，液滴擋住蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 了由發(fā)光二極管發(fā)射的紅外光，使接收管的感光量受到影響，輸出一個脈沖電壓。根據(jù)接收信號強弱不同，用觸發(fā)器或比較器處理，可得到水位到達臨界線時會引起較大的電信號差異，由此判斷水位到達警戒線，單片機發(fā)出報警信號。這里的關(guān)鍵是如何檢測到液面高度，采用紅外對管實現(xiàn)。 （ 1） 發(fā)光管 選用廣州某電子公司 型號為 IR204CA 的紅外發(fā)光二極管，其實物和參數(shù)見圖 36： 圖 36 R204CA紅外發(fā)光二極管實物參數(shù)圖 （ 2）接收管選用該公司型號為 PT9286C 的紅外接收三極管，其實物和參數(shù)見圖37： 圖 37 PT9286C紅外接收三極管實物參數(shù)圖 位 檢測原理 : 將紅外光發(fā)射 接收對管固定在吊瓶兩側(cè)，紅外發(fā)光二極管發(fā)出紅外光，光線透過吊瓶照射到光電三極管，光電三極管將接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出。 4． 傳感器的選型 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 在上面四種類型的光電傳感器中，最適合液位滴速檢測的是對射型光電傳感器。 紅外線發(fā)射與接收的方式有兩種，其一是直射式，其二是反射式。正常情況下發(fā)光器發(fā)出的光收光器是找不到的。正常情況下，發(fā)光器發(fā)出的光被反光板反射回來被收光器收到 ； 一旦光路被檢測物擋住，收光器收不到光時，光電開關(guān)就動作，輸出一個開關(guān)控制信號。使用時把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測物通 過路徑的兩側(cè)，檢測物通過時阻擋光路，收光器就動作輸出一個開關(guān)控制信號。由一個發(fā)光器和一個收光器組成的光電開關(guān)就稱為對射分離式光電開關(guān)，簡稱對射式光電開關(guān)。槽形開關(guān)的檢測距離因為受整體結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米。 但當被檢測物體從槽中通過時 ，光被遮擋 ， 光電開關(guān)便動作。 ⑴ 槽型光電傳感器 把一個光 發(fā)射器和一個接收器面對面地裝在一個槽的兩側(cè)的是槽形光電。在接收器的前面，裝有光學元件如透鏡和光圈等。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 光電傳感器在一般情況下，有三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測電路。工作時集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。光敏三級管的外型與一般三極管相差不大，一般光敏三極管只引出兩個極發(fā)射極和集電極，基極不引出，管殼同樣開窗口，以便光線射入。光電流的大小與光照強度成正比，于是在負載電阻上就能得到隨光照強度變化而變化的電信 號。光敏二極管的外型與一般二極管一樣，只是它的管殼上開有一個嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入，為增加受光面積， PN 結(jié)的面積做得較大，光敏二極管工作在反向偏置的工作狀態(tài)下，并與負載電阻相串聯(lián)，當無光照時，它與普通二極管一樣，反向電流很小，稱為光敏二極管的暗電流 ； 當有光照時，載流子被激發(fā)，產(chǎn)生電子 空穴，稱為光電載流子。 所謂遮光式