【畢業(yè)學(xué)位論文】（Word原稿）基于單片機(jī)的輸液滴速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-電氣自動(dòng)化

電氣自動(dòng)化 畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目： 基于單片機(jī)的輸液滴速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本任務(wù)及要求： 以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)一個(gè)液體點(diǎn)滴速度監(jiān)測(cè)與控制的系統(tǒng)，能檢測(cè)點(diǎn)滴速度，控制點(diǎn)滴速度，并能發(fā)出報(bào)警信號(hào)。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。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是完成群控系統(tǒng)控制裝置的軟、硬件設(shè)計(jì)及調(diào)試。 設(shè)計(jì)包括： 1、總體方案的確定； 2、單片機(jī)的選擇； 3、各模塊電路的設(shè)計(jì)； 4、軟件設(shè)計(jì)； 5、各模塊調(diào)試； 6、編寫設(shè)計(jì)說明書等。 一、 進(jìn)度安排及完 成時(shí)間： 1、 第二周：明確課題任務(wù)及要求，搜集課題所需資料，掌握資料查閱方法，了解本課題研究現(xiàn)狀、存在問題及研究的實(shí)際意義。 2、 第三周至第四周：查閱相關(guān)資料，自學(xué)相關(guān)內(nèi)容，確定課題總體方案，明確課題任務(wù)，確定個(gè)人研究重點(diǎn)，做好文獻(xiàn)綜述、開題報(bào)告。 3、 第七周至第十周：根據(jù)自己研究的方向，確定自己的總體設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)硬件總體模塊圖及軟件模塊圖。 4、 第十一周至第十三周：完成本系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)及調(diào)試。 5、 第十四周至第十七周：整理資料，撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。 6、 第十八周答辯。 目 錄 摘 要 . 1 . 2 第 1 章 單片機(jī)及多單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng) . 1 片機(jī)的概述 . 1 片機(jī)的特點(diǎn)與應(yīng)用 . 1 片機(jī)的基本組成 . 3 片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳功能 . 3 片機(jī)最小系統(tǒng)構(gòu)成 . 5 單片機(jī)控制系統(tǒng)的概述 . 7 片機(jī)在輸液點(diǎn)滴的研究現(xiàn)狀 . 8 課題的主要內(nèi)容及發(fā)展前景 . 9 題的主要內(nèi)容 . 9 題的發(fā)展現(xiàn) 狀與前景展望 . 9 第 2 章 系統(tǒng)方案確定 . 11 統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 . 11 統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案 . 12 統(tǒng)各模塊方案選擇 . 12 片機(jī)型號(hào)的選擇 . 12 滴速度檢測(cè)和液面檢測(cè)方案的論證與比較 . 13 速控制方案的論證與比較 . 13 機(jī)控制算法的選擇 . 14 盤、顯示及聲光報(bào)警部分 . 15 從站協(xié)議部分 . 15 第 3 章 硬件設(shè)計(jì) . 16 統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) . 16 站及通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì) . 17 站硬件電路設(shè)計(jì) . 17 信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì) . 20 站電路設(shè)計(jì) . 21 速檢測(cè)與液面檢測(cè)電路設(shè)計(jì) . 21 盤顯示電路設(shè)計(jì) . 22 進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 警電路和通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 站軟件設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 站總體流程設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 盤顯示程序設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 報(bào)警程序設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 從站通訊 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 站軟件設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 統(tǒng)定義和總體流程 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 速和液面判斷及報(bào)警 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 速控制程序設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 盤及顯示程序設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 主站通信 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試、抗干擾及制板 . 26 統(tǒng)調(diào)試 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常見的干擾現(xiàn)象及影響 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 用硬件抗干擾與保護(hù)措施 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 件抗干擾 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 結(jié)束語 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 參考文獻(xiàn) . 27 致 謝 . 28 附 錄 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 附錄 A 主站程序 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 附錄 B 從站程序 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 附錄 C 主站硬件電路總圖 . 33 附錄 D 從站硬件電路總圖 . 34 附表 E 3D 效果圖 . 35 1 基于單片機(jī)的輸液滴速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘 要： 近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月益更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來使用，僅單片機(jī)方面知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，以作完善。 本系統(tǒng)以 片機(jī)為核心，輔以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、鍵盤、 示、 示、光電傳感器數(shù)據(jù)采集等外圍電路組成，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)主站控制多個(gè)從站的有線液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控系統(tǒng)。電機(jī)控制使用了模糊控制的控制算法，可以有效的減小超調(diào)量和靜態(tài)誤 差，縮短調(diào)節(jié)時(shí)間。主站使用 示，用戶界面友好。 關(guān)鍵字： 單片機(jī) ； 驅(qū)動(dòng) ； 鍵盤 ； 光電傳感器 摘 要 2 of on at of in of is is it to to at In in as a is of s to in to do is to a of a a as by of on of of 1 第 1 章 單片機(jī)及多單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng) 片機(jī)的概述 單片機(jī)，也稱單片微型計(jì)算機(jī)，是微型計(jì)算機(jī)家族中的一員，它以獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和超群的優(yōu)點(diǎn)，深得各個(gè)領(lǐng)域的青睞，應(yīng)用十分之泛，近年來發(fā)展極其迅速。世界上的各個(gè)半導(dǎo)體廠商都抓住這個(gè)機(jī)會(huì)，推出自己的產(chǎn)品，一時(shí)間單片機(jī)如雨后春筍般蓬勃發(fā)展和流行起來。 3 在近 30 年的時(shí)間里，電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了從電子管、晶體管、中小大體集成電路到大規(guī)模集成電路四個(gè)階段，尤其是隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛躍發(fā)展， 20 世紀(jì)70 年代初誕生的單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)，使得計(jì)算機(jī)應(yīng)用日益廣泛。而單片機(jī)的問世，更進(jìn)一步推動(dòng)了計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，使計(jì)算機(jī)應(yīng)用滲透到各行各業(yè)，達(dá)到了前所未有的普及程度。 1 片機(jī)的特點(diǎn)與應(yīng)用 一、單片機(jī)的特點(diǎn)： （）重量輕、耗電少、價(jià)格低、電源單一。 （）抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高。芯片本身是按工業(yè)測(cè)控環(huán)境設(shè)計(jì)的，其抗工業(yè)噪聲干擾優(yōu)于一般的通用 序指令及常數(shù)、表格固化在 ，不易被破壞；許多信號(hào)通道均 在 一塊芯片內(nèi)。 （）集成度限制， 片內(nèi)存儲(chǔ)器容量較小。一般 于 8于 256個(gè) 字節(jié)，但可在外部擴(kuò)展，通常 分別擴(kuò)展至 64 （）面向控制，控制功能強(qiáng)，運(yùn)行速度快。其結(jié)構(gòu)組成與指令系統(tǒng)都著重滿足工控要求。指令系統(tǒng)中均有極其豐富的條件轉(zhuǎn)移指令， I/O 口的邏輯操作及位處理功能。一般來說，單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的其它微處理器。 （）開發(fā)應(yīng)用方便，研制周期短。片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必須的部件，芯片外部有許多供擴(kuò)展用 的 三總線 以 及并行、串行輸入 /輸出管腳，很容易構(gòu)成各規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 2 二、單片機(jī)的應(yīng)用 單片機(jī)具有體積小、使用靈活、成本低、易于產(chǎn)品化、抗干擾能力強(qiáng)、可在各種惡劣的條件下工作等特點(diǎn)。特別是它強(qiáng)大的面向控制的能力、使它在工業(yè)控制、智能儀表、 2 外設(shè)控制、家用電器、機(jī)器人、軍事裝置等方面得到廣泛應(yīng)用。 2 （ 1） 單片機(jī)在智能儀表中的應(yīng)用 在各類儀器儀表中，引入單片機(jī)使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化功能大大提高，例如精密數(shù)字溫度計(jì)、智能電度表、微機(jī)多功能 試等等。 （ 2） 單片機(jī)在工業(yè)測(cè)控 中的應(yīng)用。 用單片機(jī)可以構(gòu)成各種工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等，例如片機(jī)控制電鍍生產(chǎn)線、溫度人工氣候控制、報(bào)警系統(tǒng)控制、 T 和單片機(jī)組成的二級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等。 （ 3） 單片機(jī)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)中的應(yīng)用 列單片機(jī)具有通信接口，為單片機(jī)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信設(shè)備中的應(yīng)用提供了良好的條件，例如 列單片機(jī)控制的串行自動(dòng)呼叫應(yīng)答系統(tǒng)、列車無線通信系統(tǒng)、 片機(jī)無線遙控系統(tǒng)等。 （ 4） 單片機(jī)在日常生活及家電中的應(yīng)用 單片機(jī)越來越廣泛應(yīng)用于日常生 活的智能電器產(chǎn)品以及家電中。例如電子秤、銀行計(jì)息電腦、電腦縫紉機(jī)、心率監(jiān)護(hù)控制、彩色電視機(jī)、電冰箱控制、洗衣機(jī)控制等等。 （ 5） 單片機(jī)與 著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展， 經(jīng)成為信息社會(huì)的重要組成部分， 術(shù)已經(jīng)深入到日常生活中和工作中。 術(shù)得以迅速發(fā)展，其主要推動(dòng)力之一是標(biāo)準(zhǔn)成熟的 業(yè)。無論是 的硬件平臺(tái)，還是軟件操作系統(tǒng)，都要求高度標(biāo)準(zhǔn)化，上網(wǎng)方式也大同小異。而對(duì)于各類家用電器和智能裝置，情況就不同了，它們的心臟多是單片機(jī)，但由于單片機(jī)芯片品種繁多，其 結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)也各不相同，因此，它不能像 那樣通過標(biāo)準(zhǔn)的硬件接口和接口軟件直接接到 果能夠?qū)⒏黝愔悄苎b置或家用電器與 接起來，一方面可充分利用 源，另一方面還可獲得一些電子設(shè)備信息。 1 由此可見，單片機(jī)與 緊密結(jié)合將為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展開創(chuàng)另一片天地。 機(jī)電一體化是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的方向。它是通過機(jī)械技術(shù)與微電子技術(shù)、信息技術(shù)緊密結(jié)合而成的一個(gè)新的學(xué)科領(lǐng)域。這種結(jié)合形成一種技術(shù)趨勢(shì)，涌現(xiàn)了嶄 新的產(chǎn)品及先進(jìn)的制造技術(shù)，因而使 整個(gè)機(jī)械、儀表、控制的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生根本變化。機(jī)電一體化產(chǎn)品是指 機(jī)械微電子技術(shù)、機(jī)電轉(zhuǎn)換技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)于一體，具有智能化特征的機(jī)電產(chǎn)品。采用單片機(jī)作為機(jī) 電 產(chǎn)品的控制器，可充分發(fā)揮其體積小、功能強(qiáng)、可靠性高、價(jià)格低、安裝靈活方便等優(yōu)點(diǎn)，提高產(chǎn)品的自動(dòng)化、智能化水平。 2 3 圖 片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 片機(jī)的基本組成 片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳功能 一、 片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 片機(jī)的功能 框圖如圖 示。在一塊小芯片上集成了一個(gè)微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)部分，其核心部分是中央處理器 由運(yùn)算器和控制器兩大部分組成。運(yùn)算器用來完成算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和進(jìn)行位操作，由算術(shù)邏輯單元（ 位處理器、累加器 存器 B、暫存器 組成。 控制器是用來統(tǒng)一指揮和控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行工作的部件，它由控制邏輯、內(nèi)部振蕩電路 令寄存器及其譯碼器、程序計(jì)數(shù)器 其增量器、程序地址寄存器、程序狀態(tài)字寄存器 址寄存器、數(shù)據(jù)指針 棧指針 組成。 P 0 口 驅(qū) 動(dòng) 器 P 2 口 驅(qū) 動(dòng) 器P 0 口 鎖 存 器 P 2 口 鎖 存 器R O M（ E P R O M ）4 K 8程 序 地 址寄 存 器緩 沖 器程 序 計(jì) 數(shù)器 （ P C ）P 器D P T 寄 存器A C P 2 T M P 1A L 與控 制S 器P 1 口 鎖 存 器P 1 口 驅(qū) 動(dòng) 器 P 3 口 驅(qū) 動(dòng) 器P 3 口 鎖 存 器R C A P 2 O N S C O N T M O D T C O 0 T L 0 T H 1T L 1T 2 C O N T H 2 T L 2R C A P 2 U F I 中 斷串 行 口 定 時(shí) 器B 寄 存 器 P 2 . 0 P 2 . 7P 1 . 0 P 1 . 7 P 3 . 0 P 3 . 7P 0 . 0 P 0 . 7 片機(jī)的管腳功能 采用 造工藝的 片機(jī)都采用 40 管腳雙列直插式封裝；而采用造工藝的 800采用 40 腳雙列式直插式封裝外，還有用方形的封 4 裝方式。如圖 示為雙列直插式封裝單片機(jī)管腳圖。 圖 031 管腳 各管腳功能說明如下： 電源管腳 0 腳 ):接 5V； 20 腳）：接地。 時(shí)鐘信號(hào)腳 9 腳 ),8 腳 ):外部時(shí)鐘信號(hào)腳。 控制線 1） 腳 ):當(dāng)作 用時(shí)，為復(fù)位輸入端；當(dāng)作為 用時(shí)，當(dāng) 作備用電源。 2） 31 腳）： 訪問內(nèi)部或外部程序儲(chǔ)存器的選擇號(hào)。對(duì)片內(nèi) 入 21V 編程電壓。 3） 30 腳）：當(dāng)訪問外部?jī)?chǔ)存器時(shí)， 號(hào)的負(fù)跳變將 上的低 8 位送入地址鎖存器，不訪問外部?jī)?chǔ)存器時(shí)， 仍以固定的振蕩頻率的 1/6 速率輸出正脈沖信號(hào)。當(dāng)對(duì)片內(nèi) 程時(shí)，該管腳 于輸入編程脈沖。 4） 29 腳）：外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。 輸入 /輸出口線 1） （ 32 39 腳）：雙向 I/O 口，既可接地址鎖存器作低 8 位地址 I/O 口使用也可以作數(shù)據(jù) I/O 口使用。能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) 載。 2)（ 1 8 腳）：具有內(nèi)部上位電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) 3） （ 21 28 腳）： 8 位具有內(nèi)部上位電阻的準(zhǔn)雙向 I/O 口，在接收外部存儲(chǔ)器時(shí)， 作為地址高 8 位。能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) 載。 5 4） （ 10 17 腳）： 8 位具有內(nèi)部上位電阻的準(zhǔn)雙向 I/O 口，其每一位又有如下特殊功能： 串行口輸入端。 串行口輸出端。 0 :外部中斷 0 輸入端，低電平有效。 1 :外部中斷 1 輸入端，低電平有效。 定時(shí) /計(jì) 數(shù)器 0 外部事件計(jì)數(shù)輸入端。 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 外部事件計(jì)數(shù)輸入端。 :外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)，低電平有效。 :外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)，低電平有效。 片機(jī)最小系統(tǒng)構(gòu)成 單片機(jī)最小系統(tǒng)是指單片機(jī)能夠工作所必需的外部電路，這些電路包括晶振電路、復(fù)位電路、外部程序存儲(chǔ)器以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等。下面以典型 片機(jī)為代表介紹最小系統(tǒng)的各個(gè)部分。 一、 單片機(jī)晶振電路 片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，管腳 別是反相放大器的輸入端和輸出端，由這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器，這種方式形成的時(shí)鐘信號(hào)稱為內(nèi)部時(shí)鐘方式，如圖 示；圖 示為外部時(shí)鐘方式。 1 a) b) 圖 a) 外部時(shí)鐘方式 b) 內(nèi)部時(shí)鐘方式 二、 單片機(jī)復(fù)位電路 1） 單片機(jī)復(fù)位后的狀態(tài) 無論是 還是 單片機(jī)，振蕩器處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，如果在單片機(jī)的 腳保持 2 個(gè)機(jī)器周期（ 24 個(gè)振蕩周期）的高電平，則單片機(jī)內(nèi)部執(zhí)行復(fù)位操 6 作，以后每個(gè)周期執(zhí)行一次，直至 變低。為保證單片機(jī)可靠復(fù)位，設(shè)計(jì)復(fù)位電路時(shí)要考慮 上升時(shí)間的振蕩器建立時(shí)間，通常使 持續(xù) 20上的高電平。復(fù)位后單片機(jī)從程序存儲(chǔ)器的地址 0000H 處開始運(yùn)行，內(nèi)部寄存器的狀態(tài)如表 表 位后單片機(jī)寄存器狀態(tài) 專用寄存器 復(fù)位狀態(tài) 專用寄存器 復(fù)位狀態(tài) 000H 0H 0H 0H B 00H 0H 專用寄存器 復(fù)位狀態(tài) 專用寄存器 復(fù)位狀態(tài) 0H 0H 7H 0H 000H 0H 0H 0000B 0H 0000B 0H 0H 0H 0000B 0H 復(fù)位后， 高電平，內(nèi)部 受復(fù)位的影響，此時(shí)內(nèi)部 狀態(tài)不確定。 2） 單片機(jī)復(fù)位電路 如圖 1示分別為單片機(jī)的幾種復(fù)位電路 。 a) b) 7 c) 圖 1.4 a)上電復(fù)位 b)按鍵電平復(fù)位 c)按鍵 脈沖復(fù)位 上電復(fù)位如圖 示，它是在 腳之間接入 路。上電瞬間電位與 同，隨著電容充電電流的減小， 的電位逐漸下降。只要 蕩器建立時(shí)間不超過 10圖中的時(shí)間常數(shù)（ 2 F，上電復(fù)位 電路就能保證在上電開機(jī)時(shí)完成復(fù)位操作。上電復(fù)位所需要的最短時(shí)間是振蕩器建立時(shí)間加上 2 個(gè)機(jī)器周期。在這段時(shí)間內(nèi)， 的電平應(yīng)維持高于施密特觸發(fā)器的下閥值。 圖 示為一種上電與按鍵復(fù)位電路，在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，有些外圍芯片 也需要復(fù)位電路，如果這些復(fù)位電平與單片機(jī)的要求一致，則可以與相連。 為了防止干擾竄入復(fù)位端，引起內(nèi)部某些寄存器錯(cuò)誤復(fù)位，可在 腳上接一個(gè)去耦電容。 在應(yīng)用系統(tǒng)中，為了保證復(fù)位電路可靠地工作，常將 路在接施密特電路后，再接入單片機(jī)復(fù)位端和外圍電路復(fù)位端，如圖 示。系統(tǒng)有多個(gè)復(fù)位端時(shí)，能保證可靠地同步復(fù)位。 1 單片機(jī)控制系統(tǒng)的概述 隨著人類社會(huì)的不斷進(jìn)步，工程科學(xué)技術(shù)在推動(dòng)人類文明的進(jìn)步中一直起著發(fā)動(dòng)機(jī)的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷更新 ，單片機(jī)控制系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用日趨廣泛，不但使得更多的單片機(jī)控制系統(tǒng)投入生產(chǎn)設(shè)備，大大的提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動(dòng)條件。在工業(yè)控制領(lǐng)域，多機(jī)控制系統(tǒng)很多，如大型檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)、機(jī)器人控制系統(tǒng)、水利工程、橋梁工程等。單個(gè)單片 機(jī) 在這些應(yīng)用場(chǎng)合往往只負(fù)責(zé)一小部分系統(tǒng)和控制和檢測(cè)，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)和各個(gè)子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制則由功能更為強(qiáng)大的單片機(jī)的或 者 工業(yè) 來完成。 單片機(jī)雖然有著強(qiáng)勁的功能，但在要求快速響應(yīng)、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、控制量多的場(chǎng)合（如 8 電梯群控系統(tǒng)等），單個(gè)單片機(jī)是很難勝任的，雖然此時(shí)可以選用高性 能處理器，但綜合考慮其性價(jià)比，多單片機(jī)控制系統(tǒng)更為突出。多單片機(jī)控制系統(tǒng)就是指由多個(gè)單片機(jī)或者 與多個(gè)單片機(jī)構(gòu)成的更為復(fù)雜的控制系統(tǒng)，其間構(gòu)成多為分布式等，多個(gè)單片機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議連接成主從式或者對(duì)等式等。在性能更為強(qiáng)大的基礎(chǔ)上能完成的任務(wù)更復(fù)雜、應(yīng)用場(chǎng)合更多、人機(jī)界面更完善，在此等應(yīng)用場(chǎng)合，多單片機(jī)控制系統(tǒng)顯示出了優(yōu)越性。 單片機(jī)以高可靠性、高性價(jià)比、小小體積等而廣泛應(yīng)用工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能化儀表等實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中。但其內(nèi)存小，指令系統(tǒng)簡(jiǎn)單，在人機(jī) 交換 數(shù)據(jù)管理等方面有一定的局限性。因此利用 與單片 機(jī)混合控制系統(tǒng)就能將一系列的參數(shù)有機(jī)的結(jié)合起來。 與單片機(jī)構(gòu)成的控制系統(tǒng)是典型的多機(jī)控制系統(tǒng)，它可分兩類：一類是 一類是 與多個(gè)單片機(jī)構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)。 在工業(yè)控制系統(tǒng)中，一般較為復(fù)雜一點(diǎn)的應(yīng)用系統(tǒng)多采用 作為上位機(jī)，其價(jià)格不但昂貴而且對(duì)于小型系統(tǒng)也不適合，因此基于此種問題，我們不妨采用單片機(jī)作為上位 機(jī) ，簡(jiǎn)易鍵盤輸入， 碼管作顯示， 控制單元。這樣不但可以將單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)不互補(bǔ)，而且其體積小，成 本 低，使用方便，作為多機(jī)控制的另一個(gè)領(lǐng)域。 現(xiàn)場(chǎng)總線 在工業(yè)控制甚至民用領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛，可靠而簡(jiǎn)單的連接降低了分布線的成本，靈活而功能強(qiáng)大的協(xié)議又為系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)提供了保證。目前，將現(xiàn)場(chǎng)總線與以單片機(jī)為核心的多個(gè)物理層模塊連接應(yīng)用構(gòu)成多機(jī)控制系統(tǒng)也 倍 受人們歡迎。 片機(jī)在輸液點(diǎn)滴的研究現(xiàn)狀 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 核 心的單片機(jī)控制系統(tǒng)，已經(jīng)滲透到日常生活的各個(gè)方面。相對(duì)其他領(lǐng)域來說，速度控制是單片機(jī)系統(tǒng)最典型，最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域之一。單片機(jī)輸液滴速控制是醫(yī)院中常見的問題。輸液滴速控制針對(duì)不同的病人情況采用不同的點(diǎn)滴速度進(jìn)行輸液控制，比如對(duì)成人 輸液 滴 速一般設(shè)在 6080 滴 /分鐘，而對(duì)兒童輸液 滴 速一般設(shè)在 3040 滴為宜。醫(yī)院中常見的輸液管雖然能進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，但調(diào)節(jié)不準(zhǔn)確，不易控制，而且常因?yàn)槭韬龃笠獍l(fā)生血液回流現(xiàn)象，有時(shí)速度過快還會(huì)對(duì)病人造成不良反應(yīng)，另外作為醫(yī)療過程，醫(yī)務(wù)人員也需要對(duì)每個(gè)病人的輸液過程進(jìn)行監(jiān)控和記錄完善病人檔案，為此研究點(diǎn)滴速度控制就顯得非常必 要。且單片機(jī)的控制容易實(shí)現(xiàn)，控制過程也比較簡(jiǎn)單，更能夠滿足輸液 滴速的高要求控制。目前市場(chǎng)上常見的點(diǎn)滴速度控制產(chǎn)品主要是輸液泵，此種設(shè)備控制精度高，功能也比較強(qiáng)大，但價(jià)格不菲，適用于輸液要求 較高的場(chǎng)合，而且使用前后都要進(jìn)行清洗，不太方便。針對(duì)以上情況我們對(duì)系統(tǒng) 9 進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)了一種方便實(shí)用、低成本的 滴速速 測(cè)控系統(tǒng)。 在輸液點(diǎn)滴速度控制系統(tǒng)中，廣泛應(yīng)用與 8051系列兼容的單片機(jī)，滴 速 檢測(cè)和液面檢測(cè)可用光電傳感器或者電容式傳感器， 顯示部分可選擇液晶顯示和數(shù)碼管顯示。鍵盤可采用 8279 擴(kuò)展鍵盤或者直接利用 I/O 擴(kuò)展而成。通訊協(xié)議采用串行通信方式 速控制采用步進(jìn)電機(jī)提高輸液瓶高度 來控制滴速的快慢 ，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制采用模糊控制或者 警電路同時(shí)采用蜂鳴器和發(fā)光二極管。 課題的主要內(nèi)容及發(fā)展前景 題的主要內(nèi)容 一、要求 本課題是以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)一個(gè)液體點(diǎn)滴速度監(jiān)測(cè)與控制裝置，能檢測(cè)點(diǎn)滴速度，控制點(diǎn)滴速度，并能發(fā)出報(bào)警信號(hào)。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。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是完成群控系統(tǒng)控制裝置的軟、硬件設(shè)計(jì)及調(diào)試。 二、內(nèi)容 1） 、總體方案的確定； 2） 、單片機(jī)的選擇； 3） 、各模塊電路的設(shè)計(jì)； 4） 、軟件設(shè)計(jì)；5） 、各模塊調(diào)試； 6） 、撰寫設(shè)計(jì)說明書。 題的發(fā)展現(xiàn)狀與前景展望 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，我們?cè)谏钪械?各方面大部分都采用了人工智能代替人，特別在一些工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合。應(yīng)用技術(shù)的飛速發(fā)展，使得單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)已經(jīng)逐漸成熟，應(yīng)用也越來越廣泛，目前，單片機(jī)已經(jīng)成為 我個(gè)人認(rèn)為，單片機(jī)輸液點(diǎn)滴速 度 控制的發(fā)展在今和未來將成為醫(yī)療設(shè)施發(fā)展的趨勢(shì)，畢竟，單片機(jī)憑著優(yōu)越的性價(jià)比，與以往的點(diǎn)滴滴速控制系統(tǒng)相比，其單片機(jī)價(jià)格便宜，操作易于實(shí)現(xiàn)，而且對(duì)滴速的控制要求精度也較高。再者，單片機(jī)操作多機(jī)控制系統(tǒng)，還可減輕工作人員的壓力，提高醫(yī)護(hù)人員的工作效率。在人為控制下有時(shí)候如不小心將會(huì)為安全設(shè)施帶來很大的麻煩，而且人 工控制滴速精度也很難掌握，而使用單片機(jī)設(shè)計(jì)只要在設(shè)計(jì)時(shí)考慮周到，運(yùn)行起來就不會(huì)帶來這種問題了，因此，單片機(jī)滴速控制系統(tǒng)將在醫(yī)療中得到廣泛應(yīng)用。醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展是順應(yīng)科學(xué)技術(shù)而發(fā)展的，醫(yī)療的安全問題更離不開科學(xué)，把高科技應(yīng)用到醫(yī)療事業(yè)中來是對(duì)醫(yī)療事業(yè)的一大促進(jìn)與補(bǔ)充。 隨著現(xiàn)代信息和電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，越來越多的應(yīng)用領(lǐng)域提出了各種特殊要求。例如，航空航天領(lǐng)域要求的小體積大系統(tǒng)，信息應(yīng)用領(lǐng)域提出的個(gè)性化等要求， 10 都使得一般固件技術(shù)難以勝任。特別是在民用領(lǐng)域，重視個(gè)性化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)概念使應(yīng)用電子產(chǎn)品的更新速度極 快，而且小批量多品種的要求也越來越高。這就是提出了小批量產(chǎn)品與成本、集成化與成本、產(chǎn)品研制周期與成本等一系列的問題。也將是單片機(jī)在醫(yī)療設(shè)施中展的必然趨勢(shì)。 11 圖 體滴速監(jiān)測(cè)與控制裝置 第 2 章 系統(tǒng)方案確定 統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 本系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)一個(gè)以單片機(jī)為核心的液體點(diǎn)滴速度監(jiān)測(cè)與控制裝置，檢測(cè)點(diǎn)滴速度、控制 點(diǎn)滴 速 度 ，并能發(fā)出報(bào)警信號(hào)，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。設(shè)計(jì)主要是完成群控系統(tǒng)控制的硬、軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試。 1、基本要求： 1）在滴斗處檢測(cè) 滴速，并制作一個(gè)數(shù)顯裝置，能動(dòng)態(tài)顯示點(diǎn)滴速度（滴 /。 2）通過改變2圖 示，或通過控制輸軟管夾頭的松緊等其它方式來控制點(diǎn)滴速度。點(diǎn)滴速度可用鍵盤設(shè)定顯示，設(shè)定范圍為 20 150滴 /制誤差范圍設(shè)定值（ 10 1）滴。 3）調(diào)整時(shí)間 3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）。 4）當(dāng)123，能發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 2、其它部分 設(shè)計(jì)制作一個(gè)由主站控制 16 個(gè)從站的有線監(jiān)控系統(tǒng)。 16 個(gè)從站中 只有一個(gè)從站是按基本要求制作的一套點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置，其它從站為模擬從站（僅要求制作一個(gè)模擬從站）。 （ 1）主站功能： 站能任意設(shè)定要查詢 從 站的 數(shù)量、從站號(hào)和各從站的點(diǎn)滴速度。 聲光報(bào)警并能顯示相應(yīng)的從站號(hào)；可用手動(dòng)方式解除報(bào)警狀態(tài)。 （ 2）從站功能： 從站號(hào)、點(diǎn)滴速度和報(bào)警信號(hào)；從站號(hào)和點(diǎn)滴速度可任意設(shè)定， （ 3）主 站和從站間的通訊方式不限，通信協(xié)議自定，但應(yīng)盡量減少信號(hào)傳輸線的數(shù)量。 12 統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案 本系統(tǒng)從站以 片機(jī)為核心，輔以一些必須的外圍電路，實(shí)現(xiàn)滴速檢測(cè)和控制。而用另外一片 片機(jī)作為主站，采用 通訊協(xié)議 進(jìn)行 傳輸，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)主站控制多個(gè)從站的有線監(jiān)控 系統(tǒng)。主機(jī)采用大屏幕液晶顯示器，不但可以顯示當(dāng)前 滴速、在聲光報(bào)警后還可顯示相 應(yīng)的從機(jī)號(hào)，更嵌入時(shí)間顯示模塊，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單友好的人機(jī)界面，符合實(shí)際要求。主站鍵盤直接采用 I/O 擴(kuò)展而成，充分考慮到了操 作的便捷和簡(jiǎn)易性。外圍電路電源均由主機(jī)統(tǒng)一控制管理。監(jiān)測(cè)與點(diǎn)滴 速 度 調(diào)節(jié)構(gòu)成從站的主要功能，其主要模塊除單片機(jī)控制部分外，還有滴速檢測(cè)、滴速調(diào)節(jié)、異常報(bào)警電路、速度設(shè)定與數(shù)碼顯示等。系統(tǒng)采用光電耦合傳感器來進(jìn)行檢測(cè)滴速和液面高度產(chǎn)生中斷進(jìn)行計(jì)數(shù)，采用步進(jìn)電機(jī)升降來進(jìn)行滴速的控制，如果檢測(cè)到的滴速在要求誤差范圍內(nèi)過快或者過慢，則驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)來調(diào)節(jié)儲(chǔ)液瓶的高度或者擠壓軟管達(dá)到控制的目的。當(dāng)出現(xiàn)異常情況如儲(chǔ)液低于（ 2 3或者滴速低于或高于要求控制的范圍（ 20 150 滴/，則驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警 。顯示裝置則采用 示器，從站鍵盤采用 8279 擴(kuò)展鍵盤，另外還可加入紅外遙控鍵盤裝置，護(hù)士人員不但對(duì)從站控制方便也還為醫(yī)療人員提供方便，此系統(tǒng)暫沒有提供紅外遙控鍵盤裝置設(shè)計(jì)，如讀者有興趣，可自行設(shè)計(jì)。電機(jī)采用模糊控制算法，提高控制精度，驅(qū)動(dòng)電路由相關(guān)的驅(qū)動(dòng)芯片組成 。 統(tǒng)各模塊方案選擇 片機(jī)型號(hào)的選擇 本系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心的輸液滴速控制系統(tǒng)，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)性能優(yōu)越，價(jià)格便宜，而且功能強(qiáng)大，用戶界面友好，雖然工業(yè) 、 ，其性能雖也強(qiáng)，比如 功能強(qiáng)， 可靠性也極高，使用方便，體積小巧，但其性價(jià)比遠(yuǎn)沒有單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)高，在更多的工業(yè)控制應(yīng)用場(chǎng)合，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)突出的性價(jià)比而迎得用戶的青睞。設(shè)計(jì)這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的應(yīng)用系統(tǒng)， 司的 8051 和其它的一些公司芯片均可選用。其他一些 列兼容的芯片，如 司生產(chǎn)的 系列單片機(jī)，該單片機(jī)完全與 8031 兼容，并且還具有程序加密等功能，物美價(jià)廉，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，成為技術(shù)更加成熟的新一代單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 部含有大容量的 儲(chǔ)器，功能強(qiáng)，性價(jià)比憂，可以反復(fù)擦寫，給用戶提供了極 大的方便，所以在生產(chǎn)開發(fā)及便攜式商品中、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 列單片機(jī)的主流單片機(jī)之一。 基于上述本系統(tǒng)采用與 8031 兼容的 片機(jī)。 13 滴速度檢測(cè)和液面檢測(cè)方案的論證與比較 方案一：采用金屬電極檢測(cè)點(diǎn)滴速度信號(hào)以及儲(chǔ)液瓶液面信號(hào)。如圖 示，用藥液的導(dǎo)電特性實(shí)現(xiàn)液滴速度及儲(chǔ)液瓶液面信號(hào)的檢測(cè)，當(dāng)有液滴下落時(shí)，金屬電極接通，此時(shí)產(chǎn)生一個(gè)高信號(hào)脈沖，無液滴下落時(shí)，金屬電極斷開，由此產(chǎn)生一個(gè)高低信號(hào)脈沖，通過對(duì)高低脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，檢測(cè)液滴速 度（滴 同理，液面也可以采用金屬電極檢測(cè)，如圖 示。通常電極采用不銹鋼等耐腐蝕材料制成。