【正文】 的微控制器系列。該公司的技術(shù)優(yōu)勢在于Flash存儲(chǔ)器技術(shù)和高質(zhì)高可靠性生產(chǎn)技術(shù)。2. TI公司的MSP430單片機(jī)采用馮諾依曼架構(gòu)，通過通用存儲(chǔ)器地址總線（MAB）與存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)總線（MDB）將 16 位 RISC CPU、多種外設(shè)以及高度靈活的時(shí)鐘系統(tǒng)進(jìn)行完美結(jié)合。所有 MSP430 外設(shè)都只需最少量的軟件服務(wù)。這些卓越的硬件特性使我們能夠集中利用 CPU 資源，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)應(yīng)用所要求特性，而不必花費(fèi)大量時(shí)間用于基本的數(shù)據(jù)處理。主要應(yīng)用范圍：計(jì)量設(shè)備、便攜式儀表、智能傳感系統(tǒng)宏晶科技，中國大陸本土的第一個(gè)MCU的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)公司，成立幾年來迅速成為中國大陸本土MCU領(lǐng)航者，已成長為全球最大的8051單片機(jī)設(shè)計(jì)公司。 本課題單片機(jī)選用本課題選用國產(chǎn)單片機(jī)，宏晶科技有限公司的STC10F04XE單片機(jī)。STC10F04XE單片機(jī)是宏晶科技有限公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)械周期(1)單片機(jī)，是高速/低功耗/超低價(jià)/強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快812倍。 點(diǎn)滴速度檢測傳感器分析與選用 適合檢測點(diǎn)滴速度的傳感器，達(dá)到精度要求和穩(wěn)定性，選用紅外傳感器比較合適。人眼可見的波長為380nm78mm，發(fā)射波長為780nm1mm的長射線稱為紅外線，紅外線光電傳感器，它是利用被檢測物體對紅外光束的遮光或反射，由同步回路選通電路而檢測物體的有無，其物體不限于金屬，對所有能反射光線的物體均可檢測，而且檢測距離可近可遠(yuǎn)，根據(jù)具體情況選擇自己合適的傳感器即可，圖11為不同波長的光的分布情況。當(dāng)被檢測物體經(jīng)過發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時(shí)，光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號。直接反射式光電傳感器直接反射式光電開關(guān)是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當(dāng)有被檢測物體經(jīng)過時(shí)，將光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號。槽式光電傳感器槽式光電開關(guān)通常是標(biāo)準(zhǔn)的U字型結(jié)構(gòu)其發(fā)射器和接收器分別位于U型槽的兩邊，并形成一個(gè)光軸，當(dāng)被檢測物體經(jīng)過U型槽且阻斷光軸時(shí)，光電開關(guān)就產(chǎn)生了檢測到的開關(guān)量信號。反射板反射式光電傳感器反射板反射式光電開關(guān)亦是集發(fā)射器與接收器于一體，光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)過反射板，反射回接收器，當(dāng)被檢測物體經(jīng)過且完全阻斷光線時(shí)，光電開關(guān)就產(chǎn)生了檢測開關(guān)信號。光纖是光電傳感器的“眼”的延伸。由于沒有電流在光纖中，因此沒有安全措施也能在易爆或強(qiáng)電磁場（高壓設(shè)備，電焊設(shè)備）存在的趨于正常工作。 傳感器的選用l 傳感器的選用原則傳感器千差萬別，即便對于相同種類的測定量也可采用不同工作原理的傳感器，因此根據(jù)需要選用最適宜的傳感器。當(dāng)傳感器確定之后，與之相配套的測量方法和測量電路也就可以確定了。l 根據(jù)測量對象與測量環(huán)境確定傳感器的類型要進(jìn)行一個(gè)具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。在考慮上述問題之后，就能確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標(biāo)。根據(jù)傳感器的特性分析得出，紅外傳感器是比較好的選擇。所以需要選用一個(gè)最佳的方案。在受液瓶下加一壓力傳感器，通過感知其壓力大小來判斷是否有液滴落下。將一液位傳感器置于受液瓶中，根據(jù)液位傳感器感受到的液位起伏來檢測是否有點(diǎn)滴落下。即：直射式光電傳感器。當(dāng)有液滴落下時(shí)，光纖傳感器感知滴斗壁是否產(chǎn)生特定抖動(dòng)，從而判定是否有液滴落下。方案二將傳感器置于液體中不可取。方案四采用光纖傳感器，測量精度較高，但是光纖傳感器的成本較高。故選用方案三。 機(jī)械傳動(dòng)動(dòng)力傳動(dòng)，電機(jī)必不可少，要達(dá)到精確的控制有舵機(jī)、步進(jìn)電機(jī)。目前在高檔遙控玩具，如航模，包括飛機(jī)模型，潛艇模型；遙控機(jī)器人中已經(jīng)使用得比較普遍。 其工作原理是：控制信號由接收機(jī)的通道進(jìn)入信號調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。最后，電壓差的正負(fù)輸出到電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片決定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)然我們可以不用去了解它的具體工作原理，知道它的控制原理就夠了。(2)步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一, 廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。對于控制輸液點(diǎn)滴流速方面，考慮到穩(wěn)定性和精確性，優(yōu)先選用步進(jìn)電機(jī)。能手動(dòng)設(shè)置點(diǎn)滴流速，范圍0～100滴每分鐘，誤差不差過2滴。h1h2電動(dòng)機(jī)滑輪點(diǎn)滴移動(dòng)支架儲(chǔ)液瓶受液瓶滴斗滴速夾如圖16方案二 凸輪方案 如圖17，凸輪擠壓輸液管調(diào)節(jié)滴速。繩索膠布固定鐵釘固定電機(jī)傳動(dòng)如圖18 若是使用方案一，由于點(diǎn)滴的變化范圍較大，導(dǎo)致導(dǎo)管的高低變化較大，不易操作、波動(dòng)大且危險(xiǎn)；方案二對電機(jī)的扭矩要求較高，步進(jìn)電機(jī)不足以提供這樣大的力矩；方案三考慮的因素較多，繩索的彈性、工作面的固定、操作繁瑣等。在多方查找資料中，我們發(fā)現(xiàn)一種醫(yī)療領(lǐng)域廣泛使用的輸液儀器輸液泵。它體積小，重量輕，定量準(zhǔn)確，使用方便，輸液管安裝方便。工作時(shí)，由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)凸滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使滑塊按一定順序和運(yùn)動(dòng)規(guī)律上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，像波一樣依次擠壓輸液管，使輸液管中的液體以一定的速度定向流動(dòng)。輸液時(shí)不希望產(chǎn)生脈動(dòng)，要求泵的線性度好。如圖19 指狀蠕動(dòng)泵結(jié)構(gòu)示意圖(2)盤狀蠕動(dòng)泵盤狀蠕動(dòng)泵的結(jié)構(gòu)示意圖如圖111，這種人蠕動(dòng)泵具有圓弧內(nèi)周面的泵殼，有一中心輪，中心輪的邊緣呈軸對稱分布安裝著一定量的可轉(zhuǎn)動(dòng)擠壓輪，輸液管夾在擠壓輪和泵殼的圓弧形內(nèi)周面之間。幾個(gè)擠壓輪沿著中心輪順序擠壓輸液管，是液體以一定的方向流動(dòng)。(2)可精確測定和控制輸液量。(4)能對氣泡、空液、漏液、心率異常和輸液管阻塞等異常情況進(jìn)行報(bào)警，并自動(dòng)切斷輸液通路。 在考慮實(shí)際的操作性和現(xiàn)有的材料上，最后選用指狀蠕動(dòng)泵。同時(shí)對顯示器的要求要顯示清晰、直觀、準(zhǔn)確。數(shù)碼管液晶熒光管圖111 顯示的種類但是考慮到此次設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)和可實(shí)現(xiàn)性。第二章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 硬件的總體設(shè)計(jì) 硬件的總體設(shè)計(jì)原理框圖傳感器檢測信號整形單片機(jī)數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)處理報(bào)警按鍵/指示控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸液泵圖21 硬件的總體設(shè)計(jì)原理框圖自動(dòng)點(diǎn)滴控制器以STC10F04XE單片機(jī)為核心，由數(shù)碼管電路、傳感器檢測電路、報(bào)警電路、驅(qū)動(dòng)電路等部分組成。當(dāng)液體點(diǎn)滴速度超過所設(shè)定的極限速度時(shí)或液位異常時(shí)，報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警信號，提示醫(yī)護(hù)人員目前的輸液狀況異常。l 自動(dòng)點(diǎn)滴控制器的功能要求能手動(dòng)設(shè)置點(diǎn)滴流速，范圍0～100滴每分鐘，誤差不差過2滴。l 自動(dòng)點(diǎn)滴控制器的工作過程自動(dòng)點(diǎn)滴控制器工作過程第一: 接通電源，發(fā)光二極管開始點(diǎn)亮第二：液滴通過傳感器，傳感器工作，進(jìn)行信號輸出。第四：將計(jì)數(shù)后的結(jié)果送至數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。第六：改變當(dāng)前低速時(shí)，使用按鍵選擇控制功能，單片機(jī)接收信號驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)帶動(dòng)輸液泵從而控制滴速達(dá)到需要滴速。l 自動(dòng)點(diǎn)滴控制器的性能特點(diǎn) 性能可靠、精確度高、性價(jià)比高、操作方便。STC10F04XE單片機(jī)實(shí)物圖：圖22 STC10F04XE單片機(jī)實(shí)物圖 STC10F04XE單片機(jī)的功能介紹l STC10F04XE單片機(jī)引腳圖，如下圖： 圖23 STC10F04XE單片機(jī)引腳圖l STC10F04XE主要性能：（1）高速:1個(gè)時(shí)鐘周期/機(jī)器周期/增強(qiáng)型8051內(nèi)核、速度比普通8051快8～12倍；（2）寬電壓:～,～(STC11/10L系列)；（3）低功耗設(shè)計(jì):空閑模式(可由任意一個(gè)中斷喚醒)；（4）低功耗設(shè)計(jì):掉電模式(可由任意一個(gè)外部中斷喚醒,可支持下降沿/低電平和遠(yuǎn)程喚醒,STC11xx系列還可通過內(nèi)部專用掉電喚醒定時(shí)器喚醒)；（5）工作頻率:0～35MHz,相當(dāng)于普通8051:0～420MHz；（6）時(shí)鐘:外部晶體或內(nèi)部RC振蕩器可選,在ISP下載編程用戶程序時(shí)設(shè)置；（7）1/2/3/4/5/6/8/16/32/52/62K字節(jié)片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器,擦寫次數(shù)10萬次以上；（8）1280/256字節(jié)片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；（9）芯片內(nèi)EEPROM功能,擦寫次數(shù)10萬次以上；（10）ISP / IAP,在系統(tǒng)可編程/在應(yīng)用可編程,無需編程器/仿真器；（11）2個(gè)16位定時(shí)器,兼容普通8051的定時(shí)器T0/T1；（12）1個(gè)獨(dú)立波特率發(fā)生器(故無需T2做波特率發(fā)生器)；（13）可編程時(shí)鐘輸出功能,；（14）硬件看門狗(WDT)；（15）全雙工異步串行口(UART),兼容普通8051,可作為2個(gè)串口(串口可在P3與P1口之間自由切換)；（16）先進(jìn)的指令集結(jié)構(gòu),兼容普通8051指令集，有硬件乘法/除法指令；（17）通用I/O口(36/40個(gè)),復(fù)位后為: 準(zhǔn)雙向口/弱上拉(普通8051傳統(tǒng)I/O口)。如下圖24：XTAL2XTAL1圖 24 單片機(jī)的時(shí)鐘電路l 單片機(jī)的復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位電路，如圖25。電容充電的瞬間，是導(dǎo)通，在設(shè)個(gè)瞬間，電流通過電容器，然后想電阻方向放點(diǎn)，此時(shí)，電容的“”端就能有一個(gè)很高的電勢，在高于3V的情況下，均可認(rèn)為是高電平。通常會(huì)把單片機(jī)復(fù)位引腳的高電平時(shí)間控制得長點(diǎn)，通常達(dá)到ms級別。 紅外傳感器電路設(shè)計(jì)傳感器檢測電路主要由紅外發(fā)光二極管、紅外接收三極管和一個(gè)LM393比較器組成。有液滴低落下時(shí)，下落中的水滴對紅外光有較強(qiáng)的漫反射、吸收及一定的散射作用，導(dǎo)致接收光強(qiáng)的較大改變。實(shí)現(xiàn)原理框圖如圖27所示：單片機(jī)發(fā)射接收脈沖信號轉(zhuǎn)換電路LM393光敏三極管紅外發(fā)光二極管圖27 紅外光電傳感器原理框圖 紅外發(fā)光二極管 紅外發(fā)光二極管實(shí)物圖如圖28圖28紅外發(fā)光二極管實(shí)物圖，光電控制以及光電耦合的紅外光源，采用環(huán)氧樹脂全包封，根據(jù)性能參數(shù)進(jìn)行液體點(diǎn)滴速度檢測電路設(shè)計(jì)。A）≤50結(jié)電容（PF）≤100反響耐壓（v）≥5截止頻率≥1下面介紹紅外發(fā)光二極管的特性曲線，從而確定二極管正常工作時(shí)正向電壓，發(fā)光波長，工作電流。（1） 正向伏安特性曲線如圖29從正向伏安特性曲線可以看出，正向電壓小于1V時(shí)，正向電流幾乎不變化，等于零，當(dāng)正向電壓大