【正文】 包括單片機(jī)主控程序、點(diǎn)滴速度測(cè)量程序、電機(jī)控制程序、LCD顯示程序、報(bào)警程序以及輸入鍵盤程序幾大部分的設(shè)計(jì)。硬件電路設(shè)計(jì)采用對(duì)射式光電傳感器紅外檢測(cè)采集液滴數(shù)據(jù)，以及檢測(cè)儲(chǔ)液瓶?jī)?nèi)剩余液量并報(bào)警。就數(shù)字式醫(yī)用輸液狀態(tài)光電檢測(cè)及點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置的問題而言，整個(gè)裝置通過采用 AT89S52單片機(jī)主控模塊，行列按鍵及對(duì)射式光電傳感器的輸入模塊，以及控制儲(chǔ)液瓶移動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元和LCD顯示單元及光電報(bào)警單元一同構(gòu)成的輸出模塊，三個(gè)模塊相結(jié)合的方案。摘 要輸液裝置是醫(yī)療器械中一種被廣泛使用且非常重要的一次性消耗器材，在傳統(tǒng)的輸液過程中，通常是由人工設(shè)置輸液點(diǎn)滴的速度，也是依靠人工來監(jiān)測(cè)輸液瓶中液位高度等輸液的狀態(tài)。這種人工的方式既費(fèi)時(shí)費(fèi)工，也存在著非常大的安全隱患，因而設(shè)計(jì)一種數(shù)字式醫(yī)用輸液狀態(tài)光電檢測(cè)及點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置就有著非常迫切的現(xiàn)實(shí)意義。采取硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)及模擬仿真的方法。通過鍵盤輸入控制設(shè)置點(diǎn)滴速度，步進(jìn)式電動(dòng)機(jī)控制吊瓶移動(dòng)改變點(diǎn)滴滴速，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制藥液的滴速滴注，由 LCD顯示檢測(cè)滴速值。在模擬仿真方面，運(yùn)用Proteus 和 Keil 軟件進(jìn)行了軟件仿真設(shè)計(jì)，更具科學(xué)性可將理論運(yùn)用于醫(yī)療實(shí)際,將更有助于臨床的實(shí)際應(yīng)用。 photoelectric sensor。 stepping motor目 錄1緒論 1 課題背景 1 課題意義 12總體方案設(shè)計(jì) 3 技術(shù)要求 3 系統(tǒng)總體框圖 3 系統(tǒng)方案論證與比較 4 控制方案的比較與選取 4 點(diǎn)滴速度檢測(cè)方案的比較與選取 5 液位監(jiān)測(cè)與報(bào)警方案比較與選取 6 點(diǎn)滴速度控制方案的比較與選取 6 電機(jī)的比較與選擇 7 滴速與鍵盤顯示方案的選取 73系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 9 AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng) 9 中央處理單元 9 振蕩電路 10 復(fù)位單元電路 10 點(diǎn)滴信號(hào)處理單元 11 點(diǎn)滴信號(hào)檢測(cè)單元 1濾波、整形單元 12 液位檢測(cè)單元 12 13 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元 14 15 LCD顯示單元 164系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) 17 17 18 20 電機(jī)控制原理 20 21 23 輸入鍵盤模塊程序設(shè)計(jì) 23 LCD顯示模塊程序設(shè)計(jì) 275系統(tǒng)仿真 28 程序編譯 28 仿真結(jié)果 30 點(diǎn)滴速度檢測(cè)仿真 30 點(diǎn)滴速度控制仿真 326總結(jié)及展望 34 總結(jié) 34 展望 34 心得體會(huì) 35致 謝 36參考文獻(xiàn) 37附錄 程序清單 38III1緒論 課題背景點(diǎn)滴是醫(yī)學(xué)上經(jīng)常使用的治療方法。當(dāng)輸完藥液后，如果不及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的處理，病人的血液就會(huì)因輸液空管受到外界大氣壓而使其倒吸入輸液管中，如果這樣時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)使扎針處血管腫脹，或者造成血液體外感染。因而時(shí)常會(huì)使病人有不好的情緒，情節(jié)嚴(yán)重的還會(huì)投訴，醫(yī)護(hù)人員對(duì)此又無可奈何。課題很大程度上推動(dòng)了醫(yī)院現(xiàn)代化，信息化的進(jìn)程。點(diǎn)滴信號(hào)自動(dòng)化采集和有效便捷的傳送也是信號(hào)處理的必要過程，醫(yī)療人員經(jīng)常需要檢測(cè)和掌控液體的儲(chǔ)存量或液位，如人工腎機(jī)的透析儲(chǔ)液瓶里面的剩余藥液儲(chǔ)存量、自動(dòng)化洗胃機(jī)器中用來沖洗胃部的液體儲(chǔ)液量、中醫(yī)用到的藥品沐浴機(jī)器中煎藥鍋中的液位、靜脈注射輸液液體量檢測(cè)等等。所以通過對(duì)這些液體儲(chǔ)存量的監(jiān)控與了解，醫(yī)護(hù)人員便可以隨時(shí)發(fā)現(xiàn)液體剩余量，就可以在存儲(chǔ)瓶中剩余液體缺少時(shí)，及時(shí)自動(dòng)或者進(jìn)行人工添加或者采取其他有效措施，以及時(shí)保持醫(yī)療設(shè)施的安全有效持久的運(yùn)行。而在醫(yī)學(xué)中，一直采用穿刺靜脈的辦法將藥液直接從靜脈注入身體內(nèi)部，這種點(diǎn)滴方法稱為靜脈式點(diǎn)滴輸液。所以我們?cè)O(shè)計(jì)點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置，該裝置監(jiān)控輸液點(diǎn)滴數(shù)，當(dāng)儲(chǔ)液瓶中剩余量低于預(yù)定值、輸液點(diǎn)滴速度過高或過低時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，提醒護(hù)理人員立即加以處理。它在醫(yī)學(xué)應(yīng)用上具有很大的使用性價(jià)值。促使醫(yī)院向信息化、網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化、智能化方向快速有效全面的發(fā)展，使醫(yī)院的生活管理工作更加健全有序。2總體方案設(shè)計(jì) 技術(shù)要求設(shè)計(jì)并制作一個(gè)數(shù)字式醫(yī)用輸液狀態(tài)光電檢測(cè)及點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置，示意圖如圖1所示。（2）通過改變h2控制點(diǎn)滴速度，如圖1所示；也可以通過控制輸液軟管夾頭的松緊程度等其它方法來控制點(diǎn)滴速度。（3）調(diào)整時(shí)間≤3分鐘（從改變?cè)O(shè)定值起到點(diǎn)滴速度基本穩(wěn)定，能人工讀出數(shù)據(jù)為止）。 圖1 液體點(diǎn)滴速度監(jiān)測(cè)與控制裝置圖 系統(tǒng)總體框圖根據(jù)本論文的功能具體要求，本裝置的硬件設(shè)計(jì)主要由以下幾個(gè)部分組成:由AT89C51單片機(jī)，點(diǎn)滴信號(hào)處理單元，液位檢測(cè)單元，聲光報(bào)警單元，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元，LCD顯示單元及鍵盤單元組成。信號(hào)的比較，濾波，整形單元?jiǎng)t完成了對(duì)整形脈沖和轉(zhuǎn)換A/D這兩個(gè)步驟，進(jìn)而把采集到的模擬信號(hào)變?yōu)榭芍庇^理解的數(shù)字信號(hào)。聲光報(bào)警單元用來發(fā)出并傳遞報(bào)警信號(hào)。LCD顯示單元通過收到單片機(jī)發(fā)出的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)液體點(diǎn)滴速度的顯示。圖2 系統(tǒng)總體框圖 系統(tǒng)方案論證與比較 控制方案的比較與選取方案一：此方案是使用傳統(tǒng)方式，模擬電路控制方案，雖然其特點(diǎn)是電路不復(fù)雜，便于實(shí)行。方案二：通過采用AT89S52單片機(jī)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)此控制方案，可用編寫程序的方式，去完成這種麻煩的算法和繁瑣的控制。通過上述兩種方案的比較，決定采用方案二。這樣就是要對(duì)落下的液滴落下時(shí)的計(jì)數(shù)有很高的要求，可以考慮到以下幾種方案。由于外部光源會(huì)造成極大的干擾，對(duì)于光敏三極管的運(yùn)行狀態(tài)方面。即使采用超強(qiáng)亮度發(fā)光管可以解緩此類干擾，但此時(shí)卻會(huì)造成了很大的功率損失。方案二：不調(diào)制的紅外對(duì)射傳感器。方案三：脈沖調(diào)制的紅外對(duì)射傳感器。同時(shí)紅外對(duì)射管的發(fā)射口半徑不大，又是單光源單光束發(fā)射的方式，液滴在紅外線相對(duì)正交處下落，形成信號(hào)非常強(qiáng)烈的脈沖，便于檢測(cè)到，易于再次處理。而且紅外發(fā)射管的平均電流決定紅外發(fā)射管的最大工作電流，那么采用調(diào)制信號(hào)并且信號(hào)的占空比合理的話，可以使電流瞬間會(huì)變得很大，極大程度上的提高了信號(hào)噪聲比，改善了系統(tǒng)的抗干擾能力。此方案采用調(diào)制脈沖發(fā)射方式，將超聲波發(fā)射器與接收器兩者正對(duì)的固定于滴斗外壁的兩側(cè)，當(dāng)液滴滴落到發(fā)射器和接受器兩者之間時(shí)，暫時(shí)擋住接收器接收信號(hào)，使其產(chǎn)生一個(gè)低電平的脈沖信號(hào)，在接收傳感器接收一個(gè)信號(hào)并且進(jìn)行解調(diào)，并檢測(cè)出相應(yīng)的脈沖信號(hào)，送至AT89S52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)一次。但超聲波傳感器裝置在調(diào)試過程十分麻煩，再者一般的超聲波傳感器，相對(duì)液體來說體積太大，假使液滴垂直落下，但此時(shí)所能擋住的超聲波信號(hào)也是十分有限的，這樣即便接收到了一定的電信號(hào)也是極其微弱的信號(hào)，斷續(xù)的信號(hào)，有很大的局限性。所以分析思考后，發(fā)現(xiàn)操作性有待考慮。 液位監(jiān)測(cè)與報(bào)警方案比較與選取課題基本要求里寫道，在儲(chǔ)液瓶?jī)?nèi)液位降至2—3cm時(shí)，就要能發(fā)出報(bào)警信號(hào)。而檢測(cè)液位高度卻存在很多種方案：方案一：電極法 方法就是往輸液瓶?jī)?nèi)插入兩根性能不同的電極，利用藥物的導(dǎo)電性能是否變化來檢測(cè)判斷瓶?jī)?nèi)液體藥物是否用完，更進(jìn)而去確定液位高度。其次還有電極在消毒方面也存在問題。方案三：液面檢測(cè)法 通過采用將光電傳感器固定在輸液瓶上的方式，利用液位下降到低于設(shè)計(jì)要求給定的高度時(shí)，對(duì)光的反射或折射情況的變化來判斷藥液輸完與否的方法，此方法有一定的可操作及適應(yīng)性。這個(gè)方案簡(jiǎn)單有效，實(shí)現(xiàn)比較容易，操作方便。超聲波發(fā)生器具有非接觸點(diǎn)且功能穩(wěn)定、安全有保障的優(yōu)點(diǎn)，具有實(shí)用價(jià)值，但是由于超聲波發(fā)射及接收器，成本高及安裝工作復(fù)雜繁瑣，也限制了超聲回波技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用與普及。 點(diǎn)滴速度控制方案的比較與選取為了實(shí)現(xiàn)對(duì)液體點(diǎn)滴速度的控制，依照設(shè)計(jì)的要求，可以使用下面兩種方案：方案一：通過掌控輸液軟管夾頭松緊程度實(shí)現(xiàn)對(duì)輸液軟管截面的大小的控制，從而達(dá)到掌控點(diǎn)滴速度的目的。同時(shí)在滴速夾的松緊調(diào)節(jié)過程中，還存在很多實(shí)際不確定因素，例如輸液管粘度與液體粘度等等，都為非線性控制量，移動(dòng)距離，移動(dòng)阻力等物理參數(shù)，都相對(duì)難于計(jì)算處理，用電機(jī)方式實(shí)施起來較為困難。方案二：通過電機(jī)和滑輪組成控制模塊，通過此控制模塊，來掌控儲(chǔ)液瓶的高度，從而完成控制液滴速度的目標(biāo)。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)工作雖然較為繁雜，但較方案一來說，可行性高，精度較好，比較實(shí)際可靠。 電機(jī)的比較與選擇首先講講常用電機(jī)的類型，常用的電機(jī)主要有以下幾種：直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩相對(duì)直流電機(jī)而言比較大，再者步進(jìn)電機(jī)價(jià)格可以接受，控制精度也高，很適合用于精確的測(cè)量中,可有效提高點(diǎn)滴速度的控制精度。綜合考慮上述各種電機(jī)的特點(diǎn)后，就實(shí)際情況而言，最終選用步進(jìn)電機(jī)。點(diǎn)滴速度的初始值與修改值都可以從鍵盤輸入傳至AT89S52單片機(jī)。液晶式顯示屏（LCD）具有無功損耗小、造型輕薄短小，不存在輻射危險(xiǎn)，可觀視面積大。方案二：采用傳統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)經(jīng)常使用的八位LED七段數(shù)碼管，顯示實(shí)時(shí)點(diǎn)滴速度，按鍵采用行列式鍵盤。同時(shí)數(shù)碼管采用BCD編碼顯示數(shù)字，程序編譯工作量相對(duì)不多，資源占用情況好。綜合以上兩個(gè)方案看，決定方案一作為此次設(shè)計(jì)的點(diǎn)滴速度與鍵盤的顯示。其中AT89S52是8位單片機(jī)中一個(gè)最實(shí)用、最典型的芯片型號(hào)之一。單片機(jī)是微型計(jì)算機(jī)其中很重要的模塊之一，是微型機(jī)技術(shù)發(fā)展到一定時(shí)代的階段的產(chǎn)物，它的全稱是單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱，單片機(jī)。因?yàn)橐陨显颍运貏e適用于現(xiàn)代控制領(lǐng)域。在其他國(guó)家叫單片式微型計(jì)算器(Single Chip MICroputer)。綜合各方面考慮，達(dá)到了這次設(shè)計(jì)的要求，所以采用AT89S52單片機(jī)，如圖所示。AY89S52內(nèi)部時(shí)鐘方式是通過利用AT89S52內(nèi)部的振蕩電路，在XTAL1和XTAL2管腳上外接定時(shí)元件，讓內(nèi)部振蕩電路運(yùn)行，自激振蕩。定時(shí)元件由晶體振蕩器和電容組成，構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，如圖所示。另一種外部時(shí)鐘方式是XTAL1接地，XTAL2接外部振蕩電源。AT89S52復(fù)位后，P0~P3口處輸出高電平，在 P0~P3口的內(nèi)容就會(huì)是FFH，初值07H寫入入棧指針SP，其余的特殊功能寄存器和程序計(jì)數(shù)器PC將會(huì)被清零。AT89S52單片機(jī)初始復(fù)位不影響AT89S52的內(nèi)部RAM的狀態(tài)，包括工作寄存器R0~R7在內(nèi)。AT89S52單片機(jī)的復(fù)位方式通常有兩種，上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位，而此次設(shè)計(jì)采用的是手動(dòng)復(fù)位方式，具體電路如圖所示。 點(diǎn)滴信號(hào)檢測(cè)單元 點(diǎn)滴信號(hào)檢測(cè)單元，由名字可以知道是用以檢測(cè)是否有液滴滴下的，傳感器方面采用紅外對(duì)射式光電傳感器，如圖6所示：圖6 點(diǎn)滴信號(hào)檢測(cè)電路 紅外對(duì)射傳感器一般是由紅外發(fā)射管和接收管組成的，它的主要作用是實(shí)現(xiàn)電信號(hào)轉(zhuǎn)化到紅外光信號(hào)再轉(zhuǎn)換電信號(hào)的功能。所以成為點(diǎn)滴信號(hào)檢測(cè)單元的首選傳感器。傳感器的功能就是將被測(cè)量的物理量化學(xué)量變化過程的信號(hào)按照一定的線性關(guān)系轉(zhuǎn)化成為適于傳輸和便于記錄的電壓或電流信號(hào)。信號(hào)轉(zhuǎn)換就是把前面由光電傳感器所采集到的光電信號(hào)轉(zhuǎn)換成為A/D轉(zhuǎn)換器能夠處理的電信號(hào)。當(dāng)有液滴滴落時(shí)，滴落的液滴到把發(fā)射管發(fā)射的紅外光處，將短暫阻擋接受管收到信號(hào)，這樣引起光敏二極管發(fā)生變化，產(chǎn)生數(shù)值極小的電流值，再通過電阻R9時(shí)，R9就把光敏二極管上的光通量轉(zhuǎn)換到R8上的電流信號(hào)，再通過放大，整形和A/D轉(zhuǎn)換，最后送入至單片機(jī)中進(jìn)行處理。、濾波、整形單元傳感器輸入輸出信號(hào)在實(shí)際應(yīng)用中可以分為兩類:一類為模擬式信號(hào)，例如濕度、溫度、速度等的測(cè)量。對(duì)于模擬量信號(hào)，在進(jìn)行調(diào)整匹配時(shí)，需要經(jīng)過放大電路的放大、調(diào)制與解調(diào)電路的調(diào)制解調(diào)、濾波電路的濾去其他多余波形、采樣保持電路的信號(hào)采樣與維持、A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路的模數(shù)之間的轉(zhuǎn)化。因此點(diǎn)滴信號(hào)是上面所說的第二類信號(hào)，數(shù)字式信號(hào)，只要進(jìn)行比較和整形即可。在點(diǎn)滴信號(hào)處理單元中所用的比較器是LM193。雖然儲(chǔ)液瓶壁厚度和外直徑都比滴斗大的多，但在增大了紅外發(fā)射功率后，通過液位高度變化，導(dǎo)致了儲(chǔ)液瓶接收信號(hào)有差異，但還是可以使電流信號(hào)可以達(dá)到30~40mV，這說明紅外傳感器對(duì)于液位檢測(cè)單元來說也是可行的。這樣，電路可以簡(jiǎn)單、易懂，便于檢測(cè)液位。當(dāng)傳感器檢測(cè)液位，顯示實(shí)時(shí)液位低于給定值或紅外光電傳感器檢測(cè)不到有液滴落下時(shí)，AT89S52單片機(jī)控制蜂鳴器報(bào)警以及發(fā)光二極管發(fā)光工作，傳遞聲光報(bào)警信息。它是利用AT89S52的I/0口控制驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管工作完成光報(bào)警的功能。它是利用蜂鳴器能發(fā)出聲音告訴人們。聲報(bào)警部分，它是利用報(bào)警器來完成的。蜂鳴器燈。蜂鳴器接通電源后，蜂鳴器里的振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過蜂鳴器里的電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)。以達(dá)到以上的聲光報(bào)警單元的功能要求。電機(jī)安裝在地面，電機(jī)的主軸上通過纏繞一根軟線，而軟線則通過連著支架頂部的滑輪并一端系在儲(chǔ)液瓶上，從而達(dá)到電機(jī)的旋轉(zhuǎn)可有效調(diào)控點(diǎn)滴裝置的高度。就本設(shè)計(jì)要求而言，通過上網(wǎng)查閱相關(guān)資料得知目前醫(yī)院使用的輸液瓶有玻璃瓶、塑料瓶、塑料袋3種，最常見的有100ml、250ml和500ml三種規(guī)格。電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片方面采用一種高電壓、大電流兩通道的直流驅(qū)動(dòng)的L298與L297,其中L297是步進(jìn)電機(jī)前級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片，由此前兩個(gè)芯片配合使用能組成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。L298有四個(gè)輸入，四個(gè)輸出；并且有兩個(gè)使能端。 圖10 L298內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖本設(shè)計(jì)因使用的按鍵較多，所以采用行列式鍵盤。（2）有健全可靠的邏輯處理方法。（3）能夠準(zhǔn)確輸出按鍵值，并符合系統(tǒng)跳轉(zhuǎn)指令的各項(xiàng)要求。圖11 鍵