【正文】 ，這對(duì)特護(hù)病人和對(duì)輸液速度有較嚴(yán)格要求的病人是不方便的。液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控器的應(yīng)用有助于減輕醫(yī)護(hù)人員的工作強(qiáng)度，提高安全性、精確性和工作效率。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，費(fèi)用低，所以對(duì)液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控器的研究設(shè)計(jì)十分有意義。是單片機(jī)技術(shù)的一個(gè)很綜合的應(yīng)用，因此可以通過(guò)該設(shè)計(jì)課題進(jìn)一步掌握單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)，從而將理論知識(shí)和實(shí)踐能力有個(gè)更好的結(jié)合，達(dá)到本科階段綜合能力的培養(yǎng)和提高。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題1）如何正確的監(jiān)測(cè)藥物剩余量。3）如何實(shí)現(xiàn)滴速的控制。系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與論證第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與論證 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)的輸液監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)大體可以分為以下幾個(gè)部分：滴速測(cè)量部分，儲(chǔ)液液面檢測(cè)及剩余時(shí)間計(jì)算部分，鍵盤(pán)顯示部分，電機(jī)系統(tǒng)控制（點(diǎn)滴速度控制）部分。 總體結(jié)構(gòu)框圖 點(diǎn)滴速度測(cè)量電路方案的選擇及論證點(diǎn)滴速度測(cè)量在整體設(shè)計(jì)中占有極其重要的位置，它既是本系統(tǒng)的基礎(chǔ)，也是系統(tǒng)反饋所要控制的最終回歸點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)在市場(chǎng)上采取的設(shè)計(jì)方法及電子控制測(cè)量方面的原理可有以下幾種方案：方案一 ：電感式傳感器測(cè)量輸液點(diǎn)滴速度。當(dāng)液滴滴下時(shí)電感量發(fā)生變化，通過(guò)LC振蕩電路后輸出變化的頻率值，經(jīng)過(guò)F/V變換電路及電壓比較后輸出TTL電平信號(hào)來(lái)檢測(cè)點(diǎn)滴速度。方案二：采用反射式紅外光電傳感器。但是由于水滴的表面不規(guī)則且較小，反射信號(hào)強(qiáng)弱，且不穩(wěn)定反射式要求液滴下落時(shí)要和傳感器保持精確的夾角，當(dāng)輸液器上下移動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生晃動(dòng)，從而產(chǎn)生較強(qiáng)的干擾。該方案的基本原理是在點(diǎn)滴落下時(shí)阻擋了接收管接收紅外線，產(chǎn)生高電平的脈沖信號(hào)。紅外傳感器尺寸小，質(zhì)量輕的優(yōu)點(diǎn)，也使得其方便安裝在滴斗上；同時(shí)也不需要復(fù)雜的輔助電路，電路十分簡(jiǎn)單，性能也較穩(wěn)定。此方案較容易實(shí)現(xiàn)。因?yàn)槔梅瓷涫郊t外傳感器很難進(jìn)行對(duì)水的判斷，而利用對(duì)射式紅外傳感器，雖然水對(duì)紅外的遮擋比較弱，但相對(duì)反射來(lái)說(shuō)又會(huì)強(qiáng)一點(diǎn)。 液面檢測(cè)電路方案的選擇及論證題目要求是在儲(chǔ)液瓶中的液滴剩余時(shí)間在5分鐘時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，但由具體不同時(shí)間的低速不同，所以剩余時(shí)間的測(cè)量需要結(jié)合滴速和剩余液滴的體積來(lái)計(jì)算出來(lái)。假設(shè)20滴藥液一毫升，假設(shè)滴速是40滴/min，十毫升處就要報(bào)警。方案一：跟滴速測(cè)量模塊一樣，也采用紅外對(duì)管發(fā)射接收。方案二：采用稱(chēng)重傳感器檢測(cè)。綜合比較上述二種方案，對(duì)射式紅外傳感器成本低，安裝方便，只需將傳感器固定在輸液瓶外瓶壁上即可，不需要精確計(jì)算輸液瓶液面高度值。 通過(guò)電機(jī)控制滴速電路的方案論證本設(shè)計(jì)采用自適應(yīng)修正控制規(guī)律，經(jīng)典控制理論及構(gòu)造的控制系統(tǒng)是面對(duì)可知的控制對(duì)象，其控制系統(tǒng)是相對(duì)穩(wěn)定的反饋控制系統(tǒng)，但大量的被控對(duì)象和控制系統(tǒng)本身參數(shù)都是不穩(wěn)定的。具體有兩種方案：方案一：通過(guò)調(diào)整滴瓶的高度H。這種方法原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，被大多數(shù)設(shè)計(jì)者所采納。人工輸液是采用控制輸液軟管的松緊來(lái)控制滴速的，而這樣的系統(tǒng)比控制輸液軟管的松緊在控制實(shí)現(xiàn)上更為容易，180cm的高度便可以實(shí)現(xiàn)速度20150(滴/分)的調(diào)節(jié)。在滴斗處用紅外系統(tǒng)來(lái)測(cè)量水滴的速度。 輸液模擬示意圖方案二：像人工輸液一樣，控制滴管夾子的松緊來(lái)控制滴速。 控制用電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)的選擇與比較方案一：采用直流電機(jī)由于直流電機(jī)上電即轉(zhuǎn)動(dòng)，掉電后慣性較大，停機(jī)時(shí)還會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度后才可停下來(lái)。方案二：采用步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)是一種用電脈沖進(jìn)行控制，將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移或線位移的電動(dòng)機(jī)。用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)，控制信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，不再需要數(shù)／模轉(zhuǎn)換，具有快速啟／停能力，可在一剎那間實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)或停止，且步距角降低小，延時(shí)短，定位準(zhǔn)確，精度高，可操作性強(qiáng)。 顯示器接口電路方案選擇論證設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中提到，滴速的大小要由人工來(lái)設(shè)定。針對(duì)本設(shè)計(jì)的顯示具體有以下的兩種方案：方案一：采用 (LCD)液晶顯示屏。本設(shè)計(jì)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(diǎn)陣的模式顯示各種符號(hào)，需要利用控制芯片創(chuàng)建字符庫(kù)，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。數(shù)碼管具有低能耗、低損耗、低壓、壽命長(zhǎng)、耐老化，對(duì)外界環(huán)境要求較低等特性。綜合比較以上兩種方案，結(jié)合本設(shè)計(jì)的要求可知采用方案二較為合適。單片機(jī)控制系統(tǒng)中，往往只需要幾個(gè)功能鍵。矩陣式鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是在按鍵設(shè)置在行線和列線的交叉點(diǎn)上，鍵兩端分別接于行線和列線上。MCS—51無(wú)論是在教學(xué)，工業(yè)控制，儀器儀表，信息通信，還是在交通，航運(yùn)，家用電器領(lǐng)域，都取得大量的應(yīng)用成果。ATMEL公司所生產(chǎn)的89系列單片機(jī)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。隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展。ATMEL把自身先進(jìn)的FLASH存儲(chǔ)技術(shù)和80C31核相結(jié)合，從而生產(chǎn)出了FLASH單片機(jī)AT89C51系列。由于它內(nèi)部含有大量的FLASH存儲(chǔ)器，所以，在產(chǎn)品開(kāi)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(yīng)用，也是目前取代傳統(tǒng)的MCS—51系列單片機(jī)的主流單片機(jī)之一。監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，系統(tǒng)中有一些功能無(wú)法集成到芯片內(nèi)部，如晶振，復(fù)位電路等，需在片外加相應(yīng)的輔助電路。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(fù)位電路等。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)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(jià)廉的方案。 6個(gè)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(shí)鐘電路2 AT89C51管腳圖： AT89C51管腳圖3 AT89C51引腳功能P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。P1口：P1口是一個(gè)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(mén)電流。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。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(shí)器0外部輸入） T1（記時(shí)器1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）4 芯片擦除整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來(lái)完成。此外，AT89C51設(shè)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。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。 單片機(jī)I/O口管腳分配由單片機(jī)外部接線可知，I/O口管腳分配情況如下：，當(dāng)輸液出現(xiàn)異常或報(bào)警鍵被按下時(shí)，驅(qū)動(dòng)報(bào)警裝置。，當(dāng)檢測(cè)到減鍵被按下，設(shè)定值加一?！?，通過(guò)輪流置一來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)向。P3口是與上位機(jī)的通信端口?！?。護(hù)士房主控電腦通信模塊max485病房下位機(jī)89c51病房下位機(jī)89c51 主從站結(jié)構(gòu)框圖晶振電路復(fù)位電路鍵盤(pán)輸入病房AT89C51顯示裝置報(bào)警裝置控制電機(jī)電源電路Max485Max485護(hù)士室AT89C51MAX232監(jiān)控電腦 控制電機(jī)模塊設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的操作部分采用的是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)沿選擇方向前進(jìn)一步，每前進(jìn)一步電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定角度。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將輸入的數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移或線位移的執(zhí)行元件,是一種多相同步電動(dòng)機(jī),由專(zhuān)用的脈沖電源供電，每輸入一個(gè)脈沖，就轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度或前進(jìn)一步，故稱(chēng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。在沒(méi)有脈沖輸入時(shí)，在繞組電源的激勵(lì)下氣隙磁場(chǎng)能使轉(zhuǎn)子保持原有位置處于定位狀態(tài)。如果在線圈中通以直流電，就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)A、B、C三個(gè)磁極的線圈依次輪流通電，則A、B、C三對(duì)磁極就依次輪流產(chǎn)生磁場(chǎng)吸引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣按A→B→C→A→B→C→A→…次序輪流通電，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就一步一步地按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)PM）和混合式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)HB）。 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)工作，控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生。例如：三相步進(jìn)電機(jī)的三拍工作方式，其各相通電順序?yàn)锳BC－A,通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制A,B,C,A相的通斷。(3)控制步進(jìn)電機(jī)的速度 如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。調(diào)整單片機(jī)發(fā)出的脈沖頻率，就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。本題設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和步數(shù)，把調(diào)節(jié)的最小絕對(duì)誤差控制在預(yù)置數(shù)M10%177。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路圖 數(shù)據(jù)采集模塊及工作原理采集部分采用紅外傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)滴斗中點(diǎn)滴的檢測(cè)。當(dāng)無(wú)點(diǎn)滴經(jīng)過(guò)紅外傳感器感應(yīng)區(qū)時(shí)，接收管導(dǎo)通，Vi輸出低電平，低于比較器的門(mén)限電壓V，V1輸出低電平。發(fā)光二極管發(fā)射的光束經(jīng)過(guò)滴液管的液滴滴落線投射到光敏三極管的感光面，在沒(méi)有液滴滴落時(shí)，光敏三極管接收到的光照度最大，產(chǎn)生的光生電流也最大。 采集裝置結(jié)構(gòu)圖 數(shù)據(jù)采集裝置輸出波形 紅外發(fā)光二極管和光敏三極管光電傳感器由發(fā)光源和受光器兩部分組成。常用的受光器有光敏三極管、光敏晶閘管和光敏集成電路等。光耦合器利用電光電兩次轉(zhuǎn)換的原理，通過(guò)光進(jìn)行輸入與輸出之間的耦合。 紅外發(fā)光二極管主要參數(shù)HG313S參數(shù)數(shù)值HG313S參數(shù)數(shù)值最大功率（mw）75發(fā)射功率(mw)2最大正向電流(mA) 50發(fā)光峰值波長(zhǎng)(nm)940正向壓降(v)≤