【正文】 感器。如圖 212所示 AT89C52 單片機外圍電路 輸入信號采集單元 步進電機及驅(qū)動 液滴顯示單元 聲光報警單元 剩余液位檢測 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 18 圖 212 點滴檢測電路 液位檢測單元 同速度檢測部分一樣，本文也曾提了兩種實現(xiàn)方法，即有損檢測和無損檢測。雖然吊瓶壁厚度和外直徑都比滴斗大得多，但在增大了紅外發(fā)射功率后，通過有水和無水儲液瓶接收信號差異還是可以達(dá)到 30到 40mv,這說明紅外無損探測對于越限報警電路來說也是可行的。紅外對夾管在滴管兩邊一個發(fā)射管發(fā)出的紅外光被一頭的接收管所接收 。同理當(dāng)液面低于所檢測液面時，使得接收管接收信號變?nèi)酢? 圖 213 液面檢測原理 為了驗證以上的理論分析，專門用示波器記錄了多次這樣的脈沖如圖 214所示。為此，采取黑色覆蓋物包裹在對管周圍，既可以很好地吸收水滴反射和折射的紅外光，而且能盡量減小干擾。但是不能太高，不然無法精確測量出脈沖來。 充分考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，本單元硬件抗干擾由單穩(wěn)態(tài)電路構(gòu)成，通過改變電阻電容參數(shù)，消除雙脈沖干擾。其中一數(shù)碼管顯示最便宜，而且它的配置靈活，與單片機接口簡單，廣泛應(yīng)用于單片機系統(tǒng)中。它由若干個發(fā)光二極管組成的，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一個點或一個筆畫發(fā)亮，控制不同組合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符如表 27所示。 這種顯示器有共陽極和共陰極兩種 ， 共陰極數(shù)碼管公共端接地 （如圖 217） ，共陽極數(shù)碼管公共端接電源 （如圖 218） 。 表 27 顯示字符 脈沖 U4gnd1dis7out3Rd4co5th6TR2vcc8U3220KR7R91KR8VCCGNDVCC104C7104C8測量液位電路 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 20 顯示字符 共陽極字碼 共陰極字碼 dp g f e d c b a 0 C0H 3FH 1 1 0 0 0 0 0 0 1 F9H 06H 1 1 1 1 1 0 0 1 2 A4H 5BH 1 0 1 0 0 1 0 0 3 B0H 4FH 1 0 1 1 0 0 0 0 4 99H 66H 1 0 0 1 1 0 0 1 5 92H 6DH 1 0 0 1 0 0 1 0 6 82H 7DH 1 0 0 0 0 0 1 0 7 F8H 07H 1 1 1 1 1 0 0 0 8 80H 7FH 1 0 0 0 0 0 0 0 9 90H 6FH 1 0 0 1 0 0 0 0 A 88H 77H 1 0 0 0 1 0 0 0 B 83H 7CH 1 0 0 0 0 0 1 1 C C6H 39H 1 1 0 0 0 1 1 0 D A1H 5EH 1 0 1 0 0 0 0 1 E 86H 79H 1 0 0 0 0 1 1 0 F 8EH 71H 1 0 0 0 1 1 1 0 P 8CH 73H 1 0 0 0 1 1 0 0 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 21 U C1H 3EH 1 1 0 0 0 0 0 1 L C7H 38H 1 1 0 0 0 1 1 1 H 89H 76H 1 0 0 0 1 0 0 1 滅 00H FFH 0 0 0 0 0 0 0 0 發(fā)光二極管（ LED）是一種由磷化鎵（ GaP）等半導(dǎo)體材料制成的，能直接將電能轉(zhuǎn)變成光能的發(fā)光顯示器件。 7段數(shù)碼管每段的驅(qū)動電流和其他單個 LED發(fā)光二極管一樣，一般為 5～ 10mA；正向電壓隨發(fā)光材料不同表現(xiàn)為 ~。 1. 靜態(tài)顯示 所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示某一字符時，相應(yīng)段的發(fā)光二極管恒定地尋能可截止。對于 51單片機，可以在并行口上擴展多片鎖存 74LS573作為靜態(tài)顯示器接口。 圖 216 7段數(shù)碼管內(nèi)部字段 LED和引腳分布 圖 217 共陽極 圖 218 共陰極 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 22 所謂動態(tài)顯示就是一位一位地輪流點亮各位顯示器（掃描），對于顯示器的每一位而言，每隔一段時間點亮一次。顯示器亮度既與點亮?xí)r的導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點亮?xí)r間和間隔時間的比例有關(guān)。若顯示器的位數(shù)不大于 8位，則控制顯示器公共極電位只需一個 8位 I/O口（稱為掃描口或字位口），控 制各位 LED顯示器所顯示的字形也需要一個 8位口（稱為數(shù)據(jù)口或字形口）。 綜合以上考慮，由于溫度顯示為精確到小數(shù)點后兩位，故只需 4個數(shù)碼管，又考慮到CPU工作效率與電源效率，本畢業(yè)設(shè)計采用靜態(tài)顯示，為共陽極顯示。當(dāng)傳感器檢測到液位低于預(yù)設(shè)值或傳感器檢測不到有液滴下落時，單片機控制蜂鳴器和報警燈工作，發(fā)出聲光報警。所以在支架的頂部安裝一個紅外探測器，如檢測到輸液瓶上升到支架頂部，則發(fā)出信號，通知單片機控制電機停轉(zhuǎn)，同時發(fā)出聲光報警。由于 其精度高、體積 小、控制方便靈 活，因此在智能儀表和位置控制得到了廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計移永磁步進電機為例介紹步進電動機控制器的設(shè)計。以永磁式步進電動機為例，介紹步進電動機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。斷電時有定位轉(zhuǎn)矩，消耗功率低；轉(zhuǎn)子的級數(shù)與釘子的級數(shù)相同，所以步矩角較大，啟動和運行頻率較低，并需要正負(fù)脈沖信號。永磁式步進電動機有四相： A、 B、 C、 D。人機接口只是增加了 3個按鍵，按鍵的功能在程序流程圖中給出了。 圖 222 步進電機及驅(qū)動電路 單片機 。 ULN2021：驅(qū)動步進電機。 供電單元 任何電氣設(shè)備的使用均離不開供電系統(tǒng)，在整個單片機系統(tǒng)設(shè)計中，電源的設(shè)計是必須考慮的。本設(shè)計中由于系統(tǒng)所選用的單片機是 AT89C52,它的標(biāo)準(zhǔn)工作電壓為 +5V，采集所用的發(fā)光二極管和光敏三極管等電路它們的工作電壓都是 +5V,因此在本設(shè)計中采用單電源方案 (如圖 223)，單電源方案的優(yōu)點是電路簡單，工作可靠。 主控模塊設(shè)計 主控模塊是軟件設(shè)計的核心，在工作的時候首先對數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和串口部分進行初始化，然后協(xié)調(diào)各子模塊進行工作。單片機外圍電路中使用頻率為 ，需將定時LED 顯示 開始 SFR 初始化 由 EEPROM 讀取預(yù)設(shè)值 是否有異常 聲光報警 掃描外設(shè)端口 自動控制滴速 電動機正反轉(zhuǎn) 結(jié)束 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 26 器 1的初始值設(shè)定為 248（ 0E8）。流程圖如圖 32 圖 32 主控程序 點滴速度測量模塊設(shè)計 點滴速度可以有以 下兩種方法進行測量 。這種算法用于除法操作，而且當(dāng)點滴速度較快時，測量誤差較大，因為測量單位點滴時間的誤差會被 60秒這樣大的時間單位放大。方式二：以單位時間記錄點滴數(shù)。但是此法在點滴速度恒定的情況下，可以采用多個單位時間求平均值，從而求得單 位時間的平均點滴數(shù)，這樣可以得到比較好的精度。以點滴為單位，同時記錄單位時間內(nèi)的點滴數(shù)，通過對多個點滴測量計算出點滴速度。在定時器 COUNT=1中的5個相鄰脈沖信號點（設(shè)起始脈沖點是 x,此時對應(yīng)的計數(shù)器 COUNT值是 n1，第 5個脈沖點是 x+5,此時對應(yīng)的計數(shù)器 COUNT值是 n2）這樣就能計算出 5個脈沖點所需要的時間為： t=（ n2n1） X200us,進而得到相鄰脈沖信號時間間隔的平均值 T=t/5,這樣就可以得到點滴速度： v=60s/T=1500/（ n2n1）。根據(jù)前面的分析，輸液過程中滴下的液滴數(shù)量是通過程序 INT0所傳過來的信號邊緣進行檢測計數(shù)的，在程序中利用對 R4加 1來實現(xiàn)對液滴計數(shù)。因此，就通過判斷 3s內(nèi) R4的值是否變化，來判斷在這 3s的時間間隔中是否有液滴滴下，當(dāng) R4的值有變化時就說明 3s內(nèi)有液滴滴下；當(dāng) R4的值沒有變化 時就說明 3s內(nèi)沒有液滴滴下，給報警標(biāo)志位置 1，并把單片機的 1和 0，使它們分別驅(qū)動蜂鳴器和發(fā)光二極管進行聲光報警。 是 是 中 斷 K3 按鍵是否按下 液滴速度顯示 K1 按鍵是否按下 K2 按鍵是否按下 電動機正轉(zhuǎn) 電動機反轉(zhuǎn) 是 數(shù)碼管顯示 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 28 ，這時中斷前的一滴液滴后也沒有液滴滴下它和第一種情況的當(dāng)輸液成功完成時相同，這時 R4的值也不會變化，也報警。 當(dāng)出現(xiàn)以上幾種情況時單片機的 ，蜂鳴器進入工作狀態(tài)開始鳴叫，提醒病人輸液以輸完或有意外發(fā)生。程序流程圖如圖 34 圖 34 報警軟件設(shè)計 定時、中斷入口 判斷 3 秒內(nèi)是否有液滴 數(shù)據(jù)處理 外部中斷1 返回 外部中斷 1 報警 外部中斷 1 報警 有 無 有 無 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 29 第 4 章 綜合 PCB 制作 硬件的調(diào)試主要 體現(xiàn)在傳感器調(diào)制信號的確定，只有選擇占空比合適的調(diào)制信號才能保證紅外管發(fā)出的信號透過滴過滴斗檢測到水滴，經(jīng)過反復(fù)調(diào)試，確定占空比在 1:5左右效果最佳。 通過原理圖的設(shè)計，可畫出 PCB圖 41 圖 41 PCB圖 仿真調(diào)試 本系統(tǒng)的軟件部分，全部采用 C 語言編寫，除去語法錯誤和邏輯錯誤后，通過直接下載到單片機來具體調(diào)試，采用了自上而下的調(diào)試方法，即先單 獨調(diào)試好每一項功能，然后再連接成一個完整的系統(tǒng)調(diào)試，這樣保證了軟件編寫的正確性和可行性。 把源程序全部錄入后，先粗略的檢查一遍，主要改正明顯的各種錯誤，這樣可以減少之后的修改工作量。然后點擊 Project菜單下的 Built Target 命令然后再進行編 譯、連接，形成目標(biāo)文件。 編譯、連接時，如果程序存在語法有錯，則不會通過編譯，并在下面的信息窗口給出相應(yīng)的出錯提示信息，其中錯誤是一定得改正的，警告可以忽略，當(dāng)然沒有警告是最好的。修改后再編譯、連接，繼續(xù)進行調(diào)試，這個過程可能會重復(fù)多次。它運行于Windows操作系統(tǒng)上 ， 可以仿真分析 ， 各種模擬器件。該軟件的特點是。具有模擬電路仿真。單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)仿真。鍵盤和 lcd系統(tǒng)仿真的共嫩那個，目前具有支持的單片機的類型有 68000系列、 8051系列、 avr系列 .pic12系列 .pic16系列 .Z80系列 .hc11系列以及各種外圍芯片。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速，單步，設(shè)置斷點。寄存器。同時支持第三方軟件。具有強大的原理圖繪制功能。 將編寫好的 keil程序加載到 PROTEUS ISIS中，仿真，驗證原理