【畢業(yè)學位論文】（Word原稿）基于單片機的輸液滴速控制系統(tǒng)設計-電氣自動化

電氣自動化 畢業(yè)設計 題 目： 基于單片機的輸液滴速控制系統(tǒng)設計 本任務及要求： 以單片機為核心，設計一個液體點滴速度監(jiān)測與控制的系統(tǒng)，能檢測點滴速度，控制點滴速度，并能發(fā)出報警信號。系統(tǒng)采用主站控制從站的有線監(jiān)控系統(tǒng)方式實現(xiàn)醫(yī)療輸液過程的群控。設計的主要內(nèi)容是完成群控系統(tǒng)控制裝置的軟、硬件設計及調(diào)試。 設計包括： 1、總體方案的確定； 2、單片機的選擇； 3、各模塊電路的設計； 4、軟件設計； 5、各模塊調(diào)試； 6、編寫設計說明書等。 一、 進度安排及完 成時間： 1、 第二周：明確課題任務及要求，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際意義。 2、 第三周至第四周：查閱相關資料，自學相關內(nèi)容，確定課題總體方案，明確課題任務，確定個人研究重點，做好文獻綜述、開題報告。 3、 第七周至第十周：根據(jù)自己研究的方向，確定自己的總體設計方案，設計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、硬件設計及調(diào)試。 5、 第十四周至第十七周：整理資料，撰寫畢業(yè)設計論文。 6、 第十八周答辯。 目 錄 摘 要 . 1 . 2 第 1 章 單片機及多單片機應用系統(tǒng) . 1 片機的概述 . 1 片機的特點與應用 . 1 片機的基本組成 . 3 片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳功能 . 3 片機最小系統(tǒng)構(gòu)成 . 5 單片機控制系統(tǒng)的概述 . 7 片機在輸液點滴的研究現(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)設計要求 . 11 統(tǒng)設計總體方案 . 12 統(tǒng)各模塊方案選擇 . 12 片機型號的選擇 . 12 滴速度檢測和液面檢測方案的論證與比較 . 13 速控制方案的論證與比較 . 13 機控制算法的選擇 . 14 盤、顯示及聲光報警部分 . 15 從站協(xié)議部分 . 15 第 3 章 硬件設計 . 16 統(tǒng)硬件設計 . 16 站及通信網(wǎng)絡的設計 . 17 站硬件電路設計 . 17 信網(wǎng)絡設計 . 20 站電路設計 . 21 速檢測與液面檢測電路設計 . 21 盤顯示電路設計 . 22 進電機驅(qū)動電路設計 . 錯誤 !未定義書簽。 警電路和通訊網(wǎng)絡設計 . 錯誤 !未定義書簽。 第 4 章 軟件設計 . 錯誤 !未定義書簽。 站軟件設計 . 錯誤 !未定義書簽。 站總體流程設計 . 錯誤 !未定義書簽。 盤顯示程序設計 . 錯誤 !未定義書簽。 報警程序設計 . 錯誤 !未定義書簽。 從站通訊 . 錯誤 !未定義書簽。 站軟件設計 . 錯誤 !未定義書簽。 統(tǒng)定義和總體流程 . 錯誤 !未定義書簽。 速和液面判斷及報警 . 錯誤 !未定義書簽。 速控制程序設計 . 錯誤 !未定義書簽。 盤及顯示程序設計 . 錯誤 !未定義書簽。 主站通信 . 錯誤 !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 . 錯誤 !未定義書簽。 片機應用系統(tǒng)中常見的干擾現(xiàn)象及影響 . 錯誤 !未定義書簽。 用硬件抗干擾與保護措施 . 錯誤 !未定義書簽。 件抗干擾 . 錯誤 !未定義書簽。 設計 . 錯誤 !未定義書簽。 結(jié)束語 . 錯誤 !未定義書簽。 參考文獻 . 27 致 謝 . 28 附 錄 . 錯誤 !未定義書簽。 附錄 A 主站程序 . 錯誤 !未定義書簽。 附錄 B 從站程序 . 錯誤 !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 基于單片機的輸液滴速控制系統(tǒng)的設計 摘 要： 近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應用系統(tǒng)中，單片機往往是作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應用對象特點的軟件結(jié)合，以作完善。 本系統(tǒng)以 片機為核心，輔以步進電機驅(qū)動、鍵盤、 示、 示、光電傳感器數(shù)據(jù)采集等外圍電路組成，實現(xiàn)了一個主站控制多個從站的有線液體點滴速度監(jiān)控系統(tǒng)。電機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)時間。主站使用 示，用戶界面友好。 關鍵字： 單片機 ； 驅(qū)動 ； 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 單片機及多單片機應用系統(tǒng) 片機的概述 單片機，也稱單片微型計算機，是微型計算機家族中的一員，它以獨特的結(jié)構(gòu)和超群的優(yōu)點，深得各個領域的青睞，應用十分之泛，近年來發(fā)展極其迅速。世界上的各個半導體廠商都抓住這個機會，推出自己的產(chǎn)品，一時間單片機如雨后春筍般蓬勃發(fā)展和流行起來。 3 在近 30 年的時間里，電子計算機的發(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)模集成電路四個階段，尤其是隨著大規(guī)模集成電路技術的飛躍發(fā)展， 20 世紀70 年代初誕生的單片機微型計算機，使得計算機應用日益廣泛。而單片機的問世，更進一步推動了計算機應用技術的發(fā)展，使計算機應用滲透到各行各業(yè)，達到了前所未有的普及程度。 1 片機的特點與應用 一、單片機的特點： （）重量輕、耗電少、價格低、電源單一。 （）抗干擾能力強、可靠性高。芯片本身是按工業(yè)測控環(huán)境設計的，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；許多信號通道均 在 一塊芯片內(nèi)。 （）集成度限制， 片內(nèi)存儲器容量較小。一般 于 8于 256個 字節(jié)，但可在外部擴展，通常 分別擴展至 64 （）面向控制，控制功能強，運行速度快。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，單片機的邏輯控制功能及運行速度均高于同一檔次的其它微處理器。 （）開發(fā)應用方便，研制周期短。片內(nèi)具有計算機正常運行所必須的部件，芯片外部有許多供擴展用 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)模的計算機應用系統(tǒng)。 2 二、單片機的應用 單片機具有體積小、使用靈活、成本低、易于產(chǎn)品化、抗干擾能力強、可在各種惡劣的條件下工作等特點。特別是它強大的面向控制的能力、使它在工業(yè)控制、智能儀表、 2 外設控制、家用電器、機器人、軍事裝置等方面得到廣泛應用。 2 （ 1） 單片機在智能儀表中的應用 在各類儀器儀表中，引入單片機使得儀器儀表數(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、智能電度表、微機多功能 試等等。 （ 2） 單片機在工業(yè)測控 中的應用。 用單片機可以構(gòu)成各種工業(yè)測控系統(tǒng)、自適應控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等，例如片機控制電鍍生產(chǎn)線、溫度人工氣候控制、報警系統(tǒng)控制、 T 和單片機組成的二級計算機控制系統(tǒng)等。 （ 3） 單片機在計算機網(wǎng)絡與通信技術中的應用 列單片機具有通信接口，為單片機在計算機網(wǎng)絡與通信設備中的應用提供了良好的條件，例如 列單片機控制的串行自動呼叫應答系統(tǒng)、列車無線通信系統(tǒng)、 片機無線遙控系統(tǒng)等。 （ 4） 單片機在日常生活及家電中的應用 單片機越來越廣泛應用于日常生 活的智能電器產(chǎn)品以及家電中。例如電子秤、銀行計息電腦、電腦縫紉機、心率監(jiān)護控制、彩色電視機、電冰箱控制、洗衣機控制等等。 （ 5） 單片機與 著網(wǎng)絡技術的發(fā)展， 經(jīng)成為信息社會的重要組成部分， 術已經(jīng)深入到日常生活中和工作中。 術得以迅速發(fā)展，其主要推動力之一是標準成熟的 業(yè)。無論是 的硬件平臺，還是軟件操作系統(tǒng)，都要求高度標準化，上網(wǎng)方式也大同小異。而對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，但由于單片機芯片品種繁多，其 結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)也各不相同，因此，它不能像 那樣通過標準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備信息。 1 由此可見，單片機與 緊密結(jié)合將為單片機應用系統(tǒng)的發(fā)展開創(chuàng)另一片天地。 機電一體化是機械工業(yè)發(fā)展的方向。它是通過機械技術與微電子技術、信息技術緊密結(jié)合而成的一個新的學科領域。這種結(jié)合形成一種技術趨勢，涌現(xiàn)了嶄 新的產(chǎn)品及先進的制造技術，因而使 整個機械、儀表、控制的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生根本變化。機電一體化產(chǎn)品是指 機械微電子技術、機電轉(zhuǎn)換技術、自動控制技術與計算機于一體，具有智能化特征的機電產(chǎn)品。采用單片機作為機 電 產(chǎn)品的控制器，可充分發(fā)揮其體積小、功能強、可靠性高、價格低、安裝靈活方便等優(yōu)點，提高產(chǎn)品的自動化、智能化水平。 2 3 圖 片機內(nèi)部結(jié)構(gòu) 片機的基本組成 片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳功能 一、 片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 片機的功能 框圖如圖 示。在一塊小芯片上集成了一個微型計算機的各個部分，其核心部分是中央處理器 由運算器和控制器兩大部分組成。運算器用來完成算術運算、邏輯運算和進行位操作，由算術邏輯單元（ 位處理器、累加器 存器 B、暫存器 組成。 控制器是用來統(tǒng)一指揮和控制計算機進行工作的部件，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 器 P 2 口 驅(qū) 動 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 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 器 P 3 口 驅(qū) 動 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 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 片機的管腳功能 采用 造工藝的 片機都采用 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。 時鐘信號腳 9 腳 ),8 腳 ):外部時鐘信號腳。 控制線 1） 腳 ):當作 用時，為復位輸入端；當作為 用時，當 作備用電源。 2） 31 腳）： 訪問內(nèi)部或外部程序儲存器的選擇號。對片內(nèi) 入 21V 編程電壓。 3） 30 腳）：當訪問外部儲存器時， 號的負跳變將 上的低 8 位送入地址鎖存器，不訪問外部儲存器時， 仍以固定的振蕩頻率的 1/6 速率輸出正脈沖信號。當對片內(nèi) 程時，該管腳 于輸入編程脈沖。 4） 29 腳）：外部程序存儲器讀選通信號。 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 8 個 載。 2)（ 1 8 腳）：具有內(nèi)部上位電阻的 8 位準雙向 I/O 口，可驅(qū)動 4 個 3） （ 21 28 腳）： 8 位具有內(nèi)部上位電阻的準雙向 I/O 口，在接收外部存儲器時， 作為地址高 8 位。能驅(qū)動 4 個 載。 5 4） （ 10 17 腳）： 8 位具有內(nèi)部上位電阻的準雙向 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 /計 數(shù)器 0 外部事件計數(shù)輸入端。 定時 /計數(shù)器 1 外部事件計數(shù)輸入端。 :外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號，低電平有效。 :外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號，低電平有效。 片機最小系統(tǒng)構(gòu)成 單片機最小系統(tǒng)是指單片機能夠工作所必需的外部電路，這些電路包括晶振電路、復位電路、外部程序存儲器以及數(shù)據(jù)存儲器等。下面以典型 片機為代表介紹最小系統(tǒng)的各個部分。 一、 單片機晶振電路 片機內(nèi)部有一個用于構(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)成一個自激振蕩器，這種方式形成的時鐘信號稱為內(nèi)部時鐘方式，如圖 示；圖 示為外部時鐘方式。 1 a) b) 圖 a) 外部時鐘方式 b) 內(nèi)部時鐘方式 二、 單片機復位電路 1） 單片機復位后的狀態(tài) 無論是 還是 單片機，振蕩器處于運行狀態(tài)時，如果在單片機的 腳保持 2 個機器周期（ 24 個振蕩周期）的高電平，則單片機內(nèi)部執(zhí)行復位操 6 作，以后每個周期執(zhí)行一次，直至 變低。為保證單片機可靠復位，設計復位電路時要考慮 上升時間的振蕩器建立時間，通常使 持續(xù) 20上的高電平。復位后單片機從程序存儲器的地址 0000H 處開始運行，內(nèi)部寄存器的狀態(tài)如表 表 位后單片機寄存器狀態(tài) 專用寄存器 復位狀態(tài) 專用寄存器 復位狀態(tài) 000H 0H 0H 0H B 00H 0H 專用寄存器 復位狀態(tài) 專用寄存器 復位狀態(tài) 0H 0H 7H 0H 000H 0H 0H 0000B 0H 0000B 0H 0H 0H 0000B 0H 復位后， 高電平，內(nèi)部 受復位的影響，此時內(nèi)部 狀態(tài)不確定。 2） 單片機復位電路 如圖 1示分別為單片機的幾種復位電路 。 a) b) 7 c) 圖 1.4 a)上電復位 b)按鍵電平復位 c)按鍵 脈沖復位 上電復位如圖 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 蕩器建立時間不超過 10圖中的時間常數(shù)（ 2 F，上電復位 電路就能保證在上電開機時完成復位操作。上電復位所需要的最短時間是振蕩器建立時間加上 2 個機器周期。在這段時間內(nèi)， 的電平應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位電路，在實際應用系統(tǒng)中，有些外圍芯片 也需要復位電路，如果這些復位電平與單片機的要求一致，則可以與相連。 為了防止干擾竄入復位端，引起內(nèi)部某些寄存器錯誤復位，可在 腳上接一個去耦電容。 在應用系統(tǒng)中，為了保證復位電路可靠地工作，常將 路在接施密特電路后，再接入單片機復位端和外圍電路復位端，如圖 示。系統(tǒng)有多個復位端時，能保證可靠地同步復位。 1 單片機控制系統(tǒng)的概述 隨著人類社會的不斷進步，工程科學技術在推動人類文明的進步中一直起著發(fā)動機的作用。隨著科學技術的不斷更新 ，單片機控制系統(tǒng)在各個領域中的應用日趨廣泛，不但使得更多的單片機控制系統(tǒng)投入生產(chǎn)設備，大大的提高了勞動生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動條件。在工業(yè)控制領域，多機控制系統(tǒng)很多，如大型檢測監(jiān)控系統(tǒng)、機器人控制系統(tǒng)、水利工程、橋梁工程等。單個單片 機 在這些應用場合往往只負責一小部分系統(tǒng)和控制和檢測，對于整個系統(tǒng)的檢測和各個子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制則由功能更為強大的單片機的或 者 工業(yè) 來完成。 單片機雖然有著強勁的功能，但在要求快速響應、實時性強、控制量多的場合（如 8 電梯群控系統(tǒng)等），單個單片機是很難勝任的，雖然此時可以選用高性 能處理器，但綜合考慮其性價比，多單片機控制系統(tǒng)更為突出。多單片機控制系統(tǒng)就是指由多個單片機或者 與多個單片機構(gòu)成的更為復雜的控制系統(tǒng)，其間構(gòu)成多為分布式等，多個單片機通過網(wǎng)絡協(xié)議連接成主從式或者對等式等。在性能更為強大的基礎上能完成的任務更復雜、應用場合更多、人機界面更完善，在此等應用場合，多單片機控制系統(tǒng)顯示出了優(yōu)越性。 單片機以高可靠性、高性價比、小小體積等而廣泛應用工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能化儀表等實時控制系統(tǒng)中。但其內(nèi)存小，指令系統(tǒng)簡單，在人機 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 機混合控制系統(tǒng)就能將一系列的參數(shù)有機的結(jié)合起來。 與單片機構(gòu)成的控制系統(tǒng)是典型的多機控制系統(tǒng)，它可分兩類：一類是 一類是 與多個單片機構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)。 在工業(yè)控制系統(tǒng)中，一般較為復雜一點的應用系統(tǒng)多采用 作為上位機，其價格不但昂貴而且對于小型系統(tǒng)也不適合，因此基于此種問題，我們不妨采用單片機作為上位 機 ，簡易鍵盤輸入， 碼管作顯示， 控制單元。這樣不但可以將單片機的優(yōu)點不互補，而且其體積小，成 本 低，使用方便，作為多機控制的另一個領域。 現(xiàn)場總線 在工業(yè)控制甚至民用領域中應用最為廣泛，可靠而簡單的連接降低了分布線的成本，靈活而功能強大的協(xié)議又為系統(tǒng)模塊設計提供了保證。目前，將現(xiàn)場總線與以單片機為核心的多個物理層模塊連接應用構(gòu)成多機控制系統(tǒng)也 倍 受人們歡迎。 片機在輸液點滴的研究現(xiàn)狀 隨著科學技術的發(fā)展， 核 心的單片機控制系統(tǒng)，已經(jīng)滲透到日常生活的各個方面。相對其他領域來說，速度控制是單片機系統(tǒng)最典型，最廣泛的應用領域之一。單片機輸液滴速控制是醫(yī)院中常見的問題。輸液滴速控制針對不同的病人情況采用不同的點滴速度進行輸液控制，比如對成人 輸液 滴 速一般設在 6080 滴 /分鐘，而對兒童輸液 滴 速一般設在 3040 滴為宜。醫(yī)院中常見的輸液管雖然能進行速度調(diào)節(jié)，但調(diào)節(jié)不準確，不易控制，而且常因為疏忽大意發(fā)生血液回流現(xiàn)象，有時速度過快還會對病人造成不良反應，另外作為醫(yī)療過程，醫(yī)務人員也需要對每個病人的輸液過程進行監(jiān)控和記錄完善病人檔案，為此研究點滴速度控制就顯得非常必 要。且單片機的控制容易實現(xiàn)，控制過程也比較簡單，更能夠滿足輸液 滴速的高要求控制。目前市場上常見的點滴速度控制產(chǎn)品主要是輸液泵，此種設備控制精度高，功能也比較強大，但價格不菲，適用于輸液要求 較高的場合，而且使用前后都要進行清洗，不太方便。針對以上情況我們對系統(tǒng) 9 進行改進設計了一種方便實用、低成本的 滴速速 測控系統(tǒng)。 在輸液點滴速度控制系統(tǒng)中，廣泛應用與 8051系列兼容的單片機，滴 速 檢測和液面檢測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 擴展鍵盤或者直接利用 I/O 擴展而成。通訊協(xié)議采用串行通信方式 速控制采用步進電機提高輸液瓶高度 來控制滴速的快慢 ，步進電動機控制采用模糊控制或者 警電路同時采用蜂鳴器和發(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 本課題是以單片機為核心，設計一個液體點滴速度監(jiān)測與控制裝置，能檢測點滴速度，控制點滴速度，并能發(fā)出報警信號。系統(tǒng)采用主站控制從站的有線監(jiān)控系統(tǒng)方式實現(xiàn)醫(yī)療輸液過程的群控。設計的主要內(nèi)容是完成群控系統(tǒng)控制裝置的軟、硬件設計及調(diào)試。 二、內(nèi)容 1） 、總體方案的確定； 2） 、單片機的選擇； 3） 、各模塊電路的設計； 4） 、軟件設計；5） 、各模塊調(diào)試； 6） 、撰寫設計說明書。 題的發(fā)展現(xiàn)狀與前景展望 隨著電子技術的發(fā)展，我們在生活中的 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)應用場合。應用技術的飛速發(fā)展，使得單片機應用系統(tǒng)已經(jīng)逐漸成熟，應用也越來越廣泛，目前，單片機已經(jīng)成為 我個人認為，單片機輸液點滴速 度 控制的發(fā)展在今和未來將成為醫(yī)療設施發(fā)展的趨勢，畢竟，單片機憑著優(yōu)越的性價比，與以往的點滴滴速控制系統(tǒng)相比，其單片機價格便宜，操作易于實現(xiàn)，而且對滴速的控制要求精度也較高。再者，單片機操作多機控制系統(tǒng)，還可減輕工作人員的壓力，提高醫(yī)護人員的工作效率。在人為控制下有時候如不小心將會為安全設施帶來很大的麻煩，而且人 工控制滴速精度也很難掌握，而使用單片機設計只要在設計時考慮周到，運行起來就不會帶來這種問題了，因此，單片機滴速控制系統(tǒng)將在醫(yī)療中得到廣泛應用。醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展是順應科學技術而發(fā)展的，醫(yī)療的安全問題更離不開科學，把高科技應用到醫(yī)療事業(yè)中來是對醫(yī)療事業(yè)的一大促進與補充。 隨著現(xiàn)代信息和電子技術應用領域的不斷拓寬，越來越多的應用領域提出了各種特殊要求。例如，航空航天領域要求的小體積大系統(tǒng)，信息應用領域提出的個性化等要求， 10 都使得一般固件技術難以勝任。特別是在民用領域，重視個性化的產(chǎn)品設計概念使應用電子產(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。也將是單片機在醫(yī)療設施中展的必然趨勢。 11 圖 體滴速監(jiān)測與控制裝置 第 2 章 系統(tǒng)方案確定 統(tǒng)設計要求 本系統(tǒng)要求設計一個以單片機為核心的液體點滴速度監(jiān)測與控制裝置，檢測點滴速度、控制 點滴 速 度 ，并能發(fā)出報警信號，系統(tǒng)采用主站控制從站的有線監(jiān)控系統(tǒng)方式實現(xiàn)醫(yī)療輸液過程的群控。設計主要是完成群控系統(tǒng)控制的硬、軟件設計及調(diào)試。 1、基本要求： 1）在滴斗處檢測 滴速，并制作一個數(shù)顯裝置，能動態(tài)顯示點滴速度（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滴速度。點滴速度可用鍵盤設定顯示，設定范圍為 20 150滴 /制誤差范圍設定值（ 10 1）滴。 3）調(diào)整時間 3改變設定值起到點滴速度基本穩(wěn)定，能人工讀出數(shù)據(jù)為止）。 4）當123，能發(fā)出報警信號。 2、其它部分 設計制作一個由主站控制 16 個從站的有線監(jiān)控系統(tǒng)。 16 個從站中 只有一個從站是按基本要求制作的一套點滴速度監(jiān)控裝置，其它從站為模擬從站（僅要求制作一個模擬從站）。 （ 1）主站功能： 站能任意設定要查詢 從 站的 數(shù)量、從站號和各從站的點滴速度。 聲光報警并能顯示相應的從站號；可用手動方式解除報警狀態(tài)。 （ 2）從站功能： 從站號、點滴速度和報警信號；從站號和點滴速度可任意設定， （ 3）主 站和從站間的通訊方式不限，通信協(xié)議自定，但應盡量減少信號傳輸線的數(shù)量。 12 統(tǒng)設計總體方案 本系統(tǒng)從站以 片機為核心，輔以一些必須的外圍電路，實現(xiàn)滴速檢測和控制。而用另外一片 片機作為主站，采用 通訊協(xié)議 進行 傳輸，設計實現(xiàn)一個主站控制多個從站的有線監(jiān)控 系統(tǒng)。主機采用大屏幕液晶顯示器，不但可以顯示當前 滴速、在聲光報警后還可顯示相 應的從機號，更嵌入時間顯示模塊，實現(xiàn)簡單友好的人機界面，符合實際要求。主站鍵盤直接采用 I/O 擴展而成，充分考慮到了操 作的便捷和簡易性。外圍電路電源均由主機統(tǒng)一控制管理。監(jiān)測與點滴 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控制部分外，還有滴速檢測、滴速調(diào)節(jié)、異常報警電路、速度設定與數(shù)碼顯示等。系統(tǒng)采用光電耦合傳感器來進行檢測滴速和液面高度產(chǎn)生中斷進行計數(shù)，采用步進電機升降來進行滴速的控制，如果檢測到的滴速在要求誤差范圍內(nèi)過快或者過慢，則驅(qū)動步進電機來調(diào)節(jié)儲液瓶的高度或者擠壓軟管達到控制的目的。當出現(xiàn)異常情況如儲液低于（ 2 3或者滴速低于或高于要求控制的范圍（ 20 150 滴/，則驅(qū)動聲光報警電路進行報警 。顯示裝置則采用 示器，從站鍵盤采用 8279 擴展鍵盤，另外還可加入紅外遙控鍵盤裝置，護士人員不但對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計，如讀者有興趣，可自行設計。電機采用模糊控制算法，提高控制精度，驅(qū)動電路由相關的驅(qū)動芯片組成 。 統(tǒng)各模塊方案選擇 片機型號的選擇 本系統(tǒng)是以單片機為核心的輸液滴速控制系統(tǒng)，單片機應用系統(tǒng)性能優(yōu)越，價格便宜，而且功能強大，用戶界面友好，雖然工業(yè) 、 ，其性能雖也強，比如 功能強， 可靠性也極高，使用方便，體積小巧，但其性價比遠沒有單片機應用系統(tǒng)高，在更多的工業(yè)控制應用場合，單片機應用系統(tǒng)突出的性價比而迎得用戶的青睞。設計這樣一個簡單的應用系統(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，該單片機完全與 8031 兼容，并且還具有程序加密等功能，物美價廉，經(jīng)濟實用，成為技術更加成熟的新一代單片機應用系統(tǒng)。 部含有大容量的 儲器，功能強，性價比憂，可以反復擦寫，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用，也是目前取代傳統(tǒng)的 列單片機的主流單片機之一。 基于上述本系統(tǒng)采用與 8031 兼容的 片機。 13 滴速度檢測和液面檢測方案的論證與比較 方案一：采用金屬電極檢測點滴速度信號以及儲液瓶液面信號。如圖 示，用藥液的導電特性實現(xiàn)液滴速度及儲液瓶液面信號的檢測，當有液滴下落時，金屬電極接通，此時產(chǎn)生一個高信號脈沖，無液滴下落時，金屬電極斷開，由此產(chǎn)生一個高低信號脈沖，通過對高低脈沖進行計數(shù)，檢測液滴速 度（滴 同理，液面也可以采用金屬電極檢測，如圖 示。通常電極采用不銹鋼等耐腐蝕材料制成。