【正文】 ign an automatic system of a major site controlling sixteen subordinate sites. The major site mainly controls the sixteen subordinate ones and gives alarm and shows the information that subordinate sites feedback. The subordinate sites mainly check the speed of liquid droplet and control the speed and also control whether the liquid surface achieves the cordon, moreover, can give alarm if there abnormal phenomenon. I adopt the keyboard indicators circuit of 8279 chip to set and show the speed of droplet. I also use PM electrical machinery to regulate the speed of droplet. The system uses the MCU to design a monitoring and controlling apparatus of liquid drop speed. The apparatus consists of liquid drop speed testing system, liquid drop speed controlling system, LED display system, MCU system, the keyboard and alarming system. And it uses the principle of the water39。 RS485 munication system 。 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)概述???????????? ????? 2 167。 技術(shù)要求???????????? ?????? ???? 5 167。 從機(jī)各模塊圖的設(shè)計(jì)?????????? ?? ????? 5 167。 點(diǎn)滴速度測量??????????? ?????? 5 167。 液體點(diǎn)滴速度的控制???????????? ?? 6 167。 設(shè)定滴速與鍵盤 顯示??????????? ??? 7 167。 從站各模塊的硬件設(shè)計(jì)???????????? ???? 9 167。 液面檢測和報(bào)警??????????? ???? 10 167。 鍵盤顯示???????????? ?????? 11 167。 主從站通信電路的實(shí)現(xiàn)????????????? ??? 14 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) ……… ………………………………………… 16 167。 從機(jī)模塊圖?????????? ??????? 16 167。 滴速測量程序??????????? ????? 19 167。 鍵盤控制程序?????????? ?????? 21 167。 測試設(shè)備????????????? ????????? 30 167。這就需要根據(jù)所輸藥劑的特性對滴速進(jìn)行嚴(yán)格控制，但這對于 一般病人來說難以自助，所以就需要一種自動的可以定時檢測的智能型液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置。系統(tǒng)采用主站控制從站的有線監(jiān)控系統(tǒng)方式實(shí)現(xiàn)醫(yī)療輸液過程的群控。包括： 單片機(jī)的選擇； 總體方案的確定； 各模塊電路的設(shè)計(jì)； 軟件設(shè)計(jì)；各模塊調(diào)試； 編寫設(shè)計(jì)說明書等。檢測液體點(diǎn)滴速度可用光電耦合傳感器或者紅外線傳感器。鍵盤顯示部分采用普通的按鍵鍵盤和七段 LED數(shù)碼顯示管，也有采用簡單液晶顯示器。通訊方式可以采用 RS－ 232 或 RS－ 485 的方式。 本文共分五章。最后附有結(jié)束語、致謝、參考文獻(xiàn)及附錄。 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)概述 一塊單片機(jī)芯片就是一臺計(jì)算機(jī)。使起具有很多顯著的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，因此在各個領(lǐng)域中都得到的迅猛的發(fā)展。 單片機(jī)通常由 CPU、存儲器（包括 RAM 和 ROM）、 I/O 接口、定時 /計(jì)數(shù)器、中斷控制功能等均集成在一塊芯片上，片內(nèi)各功能部件通過內(nèi)部總線相互連接起來。 群控系統(tǒng)概述 隨著多微機(jī)系統(tǒng)的 應(yīng)用和微機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，通信功能越來越顯得重要。因此，通信既包括計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間，也包括計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)的信息交換。 串行接口所直接面向的并不是某個具體的通信設(shè)備，而是一種串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn)。 RS232 接口標(biāo)準(zhǔn)適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在 0~2021b/s 范圍內(nèi)的通信。由于通信設(shè)備廠商都生產(chǎn)與 RS232 制式兼容的通信設(shè)備，因此，它作為一種標(biāo)準(zhǔn)，目前已在微機(jī)串行通信接口中廣泛采用。所謂近距離是指傳輸距離小于 15米的通信。故所使用的信號線較多。若在雙方 MODEM 之間采用普通電話交換線進(jìn)行通信，則還要增加 RI（ 22 號線）和 DTR（ 20 號線）兩個信號線進(jìn)行聯(lián)絡(luò)。最簡單的情況，在通信中根本不要 RS232 的控制聯(lián)絡(luò)信號，只需使用 3根線（發(fā)送線 TXD、接受線 RXD、信號地線 SG）便可實(shí)現(xiàn)全雙工異步串行通信。所謂平衡方式，是 指雙端發(fā)送和雙端接收，所以傳送信號要用兩條線 AA′和 BB′，發(fā)送端和接收端分別采用平衡發(fā)送器和差動接收器，如下圖 所示。很明顯，這種方式和 RS232 采用單端接收器和單端發(fā)送器，只用一條信號線傳送信息，并且根據(jù)該信號線上電平相對于公共的信號地電平的大小來決定邏輯“ 1”和“ 0”是不相同的。它通過平衡發(fā)送器把邏輯電平變換成電位差 ，完成始端的信息傳送；通過差動接收器，把電位差變成邏輯電平，實(shí)現(xiàn)終端的信息接受。因此最大傳輸速率可達(dá)10Mb/s（傳送 15 米時）。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電路中只許有 1 個發(fā)送器，可有多個接收器該標(biāo)準(zhǔn)允許驅(qū)動器輸出為177。 6V，接收器輸入電平可以低到177。 RS485 和 RS422 標(biāo)準(zhǔn)一樣，也是一種平衡傳輸方式的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，它和 RS422兼容，并且擴(kuò)展了 RS422 的功能。所以它可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)對多點(diǎn)的通信。題目要求 設(shè)計(jì)并制作一個由主站控制 16 個從站的有線監(jiān)控系統(tǒng)，這就要求主站與 16 個從站之間要采用某種方式，從而實(shí)現(xiàn)主站對 16 個從站的群控，而群控的 具體做法就是對通訊方式的選擇以及具體的軟件編程，這里我們通訊方式采用抗干擾能力較強(qiáng)的 RS485通信協(xié)議。由于可以多點(diǎn)對多點(diǎn)通信，故能實(shí)現(xiàn)題目要求的主站對多個從站的群控，從而滿足題目的要求。 技術(shù)要求 對本課題設(shè)計(jì)中，利用單片機(jī)設(shè)計(jì)一個智能化的醫(yī)用點(diǎn)滴速度監(jiān)控和控制系統(tǒng)。另外可實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信，即 一個主機(jī)站控制多個從機(jī)站和主、從機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。點(diǎn)滴的速度可以由鍵盤來設(shè)定，同時當(dāng)瓶內(nèi)的水位低于警戒線（ 2cm~3cm）以下時系統(tǒng)能自動報(bào)警。 系統(tǒng)總體模塊圖 根據(jù)題目的要求，我們可將液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置的主要功能歸納為以下幾個方面：滴速檢測與控制，液面檢測與報(bào)警以及主從機(jī)的通信等，具體模塊如圖 所示： 圖 總體模 167。 單片機(jī)的選擇 主 機(jī) 從機(jī) 1 鍵盤顯示 控制滴速 滴速檢測與報(bào)警 從機(jī) 16 液面檢測與報(bào)警 陳鑫浩：基于單片機(jī)的醫(yī)用點(diǎn)滴速度監(jiān)控系統(tǒng) 第 6 頁 共 48 頁 本系統(tǒng)主從兩站均采用 AT89C51 單片機(jī)進(jìn)行控制，此單片機(jī)特點(diǎn)是性價(jià)比高。 點(diǎn)滴速度測量 對點(diǎn)滴速度的檢測大致原理是記錄在一段時間內(nèi)滴下的野地?cái)?shù)量，用單片機(jī)定時器計(jì)時，這樣關(guān)鍵是要對落下的野地準(zhǔn)確計(jì)數(shù) 。采用斷續(xù)式工作方式，在點(diǎn)滴落下時阻擋了接收管接收紅外線，產(chǎn)生高電平的脈沖信號?？紤]到環(huán)境光干擾主要是直流分量，如果采用帶有 交流分量的調(diào)制信號，則可以大幅度減少外界干擾。這個方案有效簡單，容易實(shí)現(xiàn)。 167。這里關(guān)鍵是如何檢測到液面高度，而發(fā)出報(bào)警信號則較容易實(shí)現(xiàn)。紅外線從液體射到空氣的界面時，如果入射角大于臨界角會發(fā)生全反射現(xiàn)象，利用這一原理，通過一組在 同一直線上的紅外發(fā)射接收管，在保持紅外發(fā)射管發(fā)射光光強(qiáng)不變和紅外發(fā)射接收管相對角度大于 100度并保持相對位置不變的情況下，檢測紅外接收管接收紅外線強(qiáng)度，如圖 示： 液面紅外接收管 紅外發(fā)射管紅外發(fā)射管 紅外接收管液面 圖 1 圖 2 圖 全反射式紅外傳感器檢測示意圖 當(dāng)液面高度高于設(shè)定高度時，大部分全反射光線不能到達(dá)紅外接收管，接收管接收到的紅外線強(qiáng)度較小如（圖 1）；當(dāng)液面高度到達(dá)設(shè)定高度時，大部分全反射光線可到達(dá)武昌理工學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 7 頁 共 48 頁 紅外接收管，接收管接收到的紅外線強(qiáng)度較大，如（圖 2）所示。 167。這種方法簡單易實(shí)現(xiàn)。 控制電機(jī)及其驅(qū)動 用步進(jìn)電機(jī)牽引儲液瓶，保證儲液瓶和滴斗之間的相對距離不變，設(shè)定最初的高度，檢測當(dāng)前滴速，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，即高度與滴速之間的關(guān)系控制電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，達(dá)到合適的高度。 167。設(shè)定點(diǎn)滴速度用 4﹡ 4 鍵盤，用于主站設(shè)定要查詢的從站數(shù)量、從站號和滴速；用于從站設(shè)定點(diǎn)滴速度和從站號。 主站鍵盤布局如下圖： 圖 主站鍵盤布局 數(shù)碼管顯示： 8_LED_DPY 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp 1 2 3 4 5 6 7 L0 L1 L2 L3 L4 L5 L6 8 L7 陳鑫浩：基于單片機(jī)的醫(yī)用點(diǎn)滴速度監(jiān)控系統(tǒng) 第 8 頁 共 48 頁 圖 數(shù)碼管顯示 說明： 4*4 鍵盤中，數(shù)字鍵用于設(shè)定從站號、點(diǎn)滴速度、從站數(shù)量，設(shè)定時采用分頻顯示。 從站鍵盤布局如下圖： 7 8 9 Set 4 5 6 Speed set 1 2 3 Enter 0 修改鍵 Cancel 圖 從站鍵盤布局 按鍵功能說明： 1） 0~9 為數(shù)字鍵，該數(shù)字鍵表示從站號或者速度； 2） Speed Set 鍵的功能： 設(shè)置點(diǎn)滴速度的功能鍵； 3） Enter 鍵功能：確認(rèn)鍵。 167。 RS485 串行通信協(xié)議采用平衡信號差電路傳輸高速信號，噪聲低，又可以多點(diǎn)之間或使用公用線通信，它比 RS232 傳輸距離長、速度快，在傳輸距離為 120 m 時傳輸速率可達(dá)到 1Mbps；如果采用較低的傳輸速率，如 9600bps，最大傳輸距離可達(dá) 1200 米，效果較好。 從站各模塊的硬件設(shè)計(jì) 167。 當(dāng)液滴通過時，紅外接收管接收到紅外線光強(qiáng)應(yīng)大于當(dāng)無液滴通過時紅外接收管接收到的紅外線光強(qiáng)。發(fā)射管限流電阻 R4 去 200 歐，電流約為 20mA，調(diào)節(jié)電位器 W2可調(diào)整門限電壓，以抑制干擾。 液面檢測及報(bào)警 紅外線從液體射到空氣的截面時如果入射角大于臨界角會發(fā)生全反射現(xiàn)象，利 用這一原理，通過一組在同一直線上的紅外發(fā)射接收管，在保持紅外發(fā)射管發(fā)射光光強(qiáng)不變和紅外發(fā)射接收管相對角度大于 100 度并保持相對位置不變的情況下，檢測紅外接收管接收紅外線的強(qiáng)度。在此裝置中，紅外接收管輸出的是電平信號而不是脈沖信號，可通過一運(yùn)算放大器 LM324 送單片機(jī)中斷處理，電路圖與滴速檢測的轉(zhuǎn)換電路類似 。 167。單片機(jī)的 P2 口分別接電機(jī)的 A、 B、 C和 D相，步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路如下圖所示： 3 2 1 U1A LM324 R4 R1 R2 R3 VCC OUT OUT 武昌理工學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 11 頁 共 48 頁 圖 步進(jìn)電機(jī)工作方式 按 A → AB → B → BC → C → CD → D → DA 次序通電為正轉(zhuǎn)， 帶動儲液瓶升高；按 D→ DC → C → CB → B → BA→ A→ AD次序通電為反轉(zhuǎn)，帶動儲液瓶下降。當(dāng)控制 A相的 P2。此方式工作需要換相 8次，轉(zhuǎn)子才轉(zhuǎn)動一個齒距角，所以步進(jìn)電機(jī)的精度比較高，通過調(diào)整脈沖周期可控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速。 在電機(jī)調(diào)速的過程中，如果設(shè)定的點(diǎn)滴速度過快，可能會使輸液瓶上升到支架頂部，則可能拉倒支架，造成危險(xiǎn)，因此，在支架的頂部也安裝一個紅外傳感器，當(dāng)輸液瓶上升到極限時，就發(fā)出報(bào)警信號，通知單片機(jī)控制電機(jī)停轉(zhuǎn)。 鍵盤顯示 按照題目要求，主從兩站需分別設(shè)置鍵盤及顯示器，這里均采用 4*4 鍵盤和八位 LED顯示器。 從站主要是通過鍵盤來設(shè)置本從站的點(diǎn)滴速度和從站號，顯示器主要用于顯示從站號和所測量的點(diǎn)滴速度。在鍵盤顯示工作方式中， SL0~SL3 輸出鍵盤列掃描和動態(tài)顯示的位掃描信號。 當(dāng)選擇外部譯碼方式時，鍵盤列（ 行）掃描線由 SL0~SL2 通過 38譯碼器譯碼提供（因輸入數(shù)據(jù)格式中只安排了 3位表示列 （行）號，