畢業(yè)論文液體點滴速度監(jiān)測與控制系統(tǒng)設計

1、畢業(yè)論文 液體點滴速度監(jiān)測與控制系統(tǒng)設計摘要 目前醫(yī)院使用的點滴輸液裝置是將液體容器掛在一定的高度上，利用勢能差將液體輸入到病人的體內(nèi)（圖1），通過軟管口徑的壓緊和放松來控制點滴速度。有經(jīng)驗的醫(yī)護人員可以根據(jù)藥劑的特性對點滴速進行控制，但是一般的病人卻無法做到，控制不好還有一定的危險性。在一些大醫(yī)院一個護士常常需要負責十幾個、甚至幾十個床位的液體點滴,很容易出現(xiàn)混亂局面,導致工作效率降低。為了提高醫(yī)院本身的管理水平和工作效率,減輕醫(yī)護人員的勞動強度，對于可以進行自助式護理的病人來說，需要一種可以由病人自己操作，自動定時、定量向病人進行輸液的裝置；而對于醫(yī)護人員來說，需要一種可以對所有的病人進行

2、統(tǒng)一監(jiān)控的智能監(jiān)控裝置。本設計就是針對以上問題而做的智能型液體點滴速度監(jiān)控裝置。設計要求為能有以下幾種功能： （1） 檢測輸液點滴速度（2） 檢測輸液點滴高度（3） 控制點滴速度（4） 顯示點滴速度（5） 能設置點滴速度 【關鍵詞】：勢能差、軟管口徑、勞動強度、智能監(jiān)控裝置。 目錄第一章 系統(tǒng)方案選擇與論證11.1 題目要求11.1.1 基本要求11.1.2 發(fā)揮部分11.1.3 說明21.2 系統(tǒng)基本方案21.2.1 系統(tǒng)各個模塊的選擇與論證31.2.2 系統(tǒng)最終方案確定4第二章 系統(tǒng)的硬件設計與實現(xiàn)52.1系統(tǒng)硬件的基本組成部分52.2主要單元電路設計52.2.1.點滴速度測量電路設計52

3、.2. 2 儲液檢測電路62.2.3 點滴速度控制電路設計72.2. 4 鍵盤顯示電路9第三章系統(tǒng)的軟件設計103.1檢測點滴速度子程序113.2儲液檢測子程序113.3點滴速度控制子程序123.4鍵盤顯示子程序123.5系統(tǒng)的主程序設計14附錄 程序清單16致謝26第一章 系統(tǒng)方案選擇與論證1.1 題目要求設計并制作一個液體點滴速度監(jiān)測與控制裝置。1.1.1 基本要求（1）在漏斗處檢測點滴速度，并制作一個數(shù)顯裝置，能動態(tài)顯示點滴速度（滴/分）。（2）通過改變h2控制點滴速度，也可以通過控制輸液軟管夾頭的松緊等其他方式來控制點滴速度。點滴速度可用鍵盤設定并顯示，設定范圍為20150（滴/分），

4、控制誤差范圍為設定值±10%±1滴。（3）調(diào)整時間3min（從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h1降到警戒值（23cm）時，能發(fā)出報警信號。1.1.2 發(fā)揮部分設計并制作一個有主站控制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，其他從站為模擬從站（僅要求制作一個模擬從站）。（1） 主站功能：a 具有定點和巡回檢測兩種方式。b 可以顯示從站傳過來的從站號和點滴速度。c 在巡回檢測時，主站能任意設定要查詢的從站數(shù)量、從站號和各個從站的點滴速度。d 能收到從站發(fā)出來的報警信號后，能聲光報警并能顯示相應的

5、從站號；可以手動方式解除報警狀態(tài)。（2） 從站功能：a 能夠輸出從站號、點滴速度和報警信號；從站號和點滴速度可以任意設定。b 接收主站設定的點滴速度信息并顯示。c 對異常情況進行報警。（3） 主站和從站家的通信方式不限，通信協(xié)議自定，但應該盡量減少信號傳輸線的數(shù)量。（4） 其他。1.1.3 說明（1）控制電機類型不限，其安裝位置與安裝方式自定。（2）儲液瓶用醫(yī)用250ml注射頁玻璃瓶（瓶中為無色透明液體）。（3）受液瓶用1.25l的飲料瓶。（4）點滴器采用針柄顏色為深藍色的醫(yī)用一次性輸液器（滴管滴出20點水相當 與1ml±0.1ml）.（5）賽區(qū)測試時，僅提供醫(yī)用移動式點滴支架，其高

6、度約為1.8m,也可以自帶支架；測試所需其他設備自備。（6）滴速夾在測試開始后不允許調(diào)節(jié)。（7）發(fā)揮部分第（2）項從站功能中，c中的異常情況自行確定。1.2 系統(tǒng)基本方案根據(jù)題目要求系統(tǒng)可以分為以下幾個模塊：點滴速度測量模塊，儲液液面檢測模塊，鍵盤顯示模塊，電機系統(tǒng)控制（點滴速度控制）模塊。系統(tǒng)的基本框圖如圖1.2.1所示。 圖1.2.1系統(tǒng)基本框圖1.2.1 系統(tǒng)各個模塊的選擇與論證（1） 點滴速度測量方案一 ：采用電感式傳感器測量點滴速度。在輸液器的漏斗外圍繞線圈作為敏感元件。當液滴滴下是電感量發(fā)生變化，通過lc振蕩電路后輸出變化的頻率值，經(jīng)過f/v變換電路及電壓比較后輸出ttl電平信號來

7、檢測點滴速度。此方案測量精度比較高，但是外圍電路比較復雜。方案二：采用紅外對管發(fā)射接收。采用斷續(xù)式的工作方式，在點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。為了提高抗干擾能力，可以采用兩對紅外傳感器一發(fā)一收，而不是只用一只傳感器以反射式狀態(tài)工作。紅外傳感器有以下優(yōu)點：尺寸小，質(zhì)量輕，安裝在滴斗上較簡單；對輔助電路要求少，在近距可以用直流發(fā)射，電路簡單，性能穩(wěn)定。此方案簡單，較容易實現(xiàn)。（2） 儲液檢測電路題目要求是在儲液瓶中的液位低于23cm時發(fā)出報警信號。在此是關鍵如何檢測到液位的高度，報警較易實現(xiàn)。檢測液位有多種方法。方案一：同點滴速度測量模塊，仍然采用紅外對管發(fā)射接收。根據(jù)該

8、接收管收到的光強的大小來判斷液位是否達到警戒水位。方案二：采用稱重傳感器檢測。利用稱重傳感器檢測總質(zhì)量，并與實際測量中當液體液面達到設定位置時的總質(zhì)量相比較，根據(jù)液體體積與質(zhì)量的關系，當測量總質(zhì)量與設定值相等時發(fā)出報警。方案三：用測定電容的方法來檢測。在瓶壁上用兩塊薄金屬箔包裹構造出一個電容。根據(jù)電容中的介質(zhì)不同，可以確定是否達到警戒水位。此數(shù)據(jù)可以由實驗中得出。（3） 電機控制系統(tǒng)（點滴速度控制）模塊利用電機來控制調(diào)節(jié)點滴的速度有兩種方案：方案一：通過改變滴斗到受液瓶的高度h2來調(diào)節(jié)點滴的速度。由電動機帶動儲液瓶使儲液瓶上升或下降改變滴斗到受液瓶的高度h2，從而調(diào)節(jié)點滴速度。此種調(diào)節(jié)方法簡單

9、，容易實現(xiàn)。方案二：通過控制滴速夾的松緊來控制點滴的速度。不過滴速夾用于大范圍的調(diào)節(jié)滴速，難以控制，適用于粗調(diào)。（4） 鍵盤顯示單元根據(jù)題目條件，滴速的大小要由人工設定的。滴速的設定值與調(diào)整值都可以在鍵盤上顯示。對于其顯示有以下的兩種方案：方案一：采用液晶顯示屏和通用矩陣鍵盤。液晶顯示屏（lcd）具有功耗小、輕薄短小無輻射危險，平面直角顯示以及影象穩(wěn)定不閃爍，可視面積大，畫面效果好，抗干擾能力強等特點。但由于只需顯示三位溫度值，信息量比較少，且由于液晶是以點陣的模式顯示各種符號，需要利用控制芯片創(chuàng)建字符庫，編程工作量大，控制器資源占用較多，其成本也偏高。方案二：采用三位led七段數(shù)碼管顯示點滴

10、數(shù)目。按鍵采用單列三按鍵。數(shù)碼管具有：低能耗、低損耗、低壓、壽命長、耐老化，對外界環(huán)境要求較低。同時數(shù)碼管采用bcd編碼顯示數(shù)字，程序編譯容易，資源占用較少。1.2.2 系統(tǒng)最終方案確定根據(jù)以上方案的論證分析，結(jié)合器件與設備等因素，系統(tǒng)各模塊方案確定如下：（1）點滴速度測量采用紅外對管發(fā)射接收方式。（2）儲液檢測電路仍然采納紅外對管發(fā)射接收裝置。（3）點滴速度控制是利用電動機正反轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)儲液瓶的高度來實現(xiàn)的。（4）鍵盤顯示用的是單列三按鍵數(shù)碼來顯示的。 第二章 系統(tǒng)的硬件設計與實現(xiàn)2.1系統(tǒng)硬件的基本組成部分本題目中運用了檢測技術、自動控制技術和電子技術。系統(tǒng)可以分為傳感器檢測部分和控制部分。

11、傳感器檢測部分：系統(tǒng)利用紅外對管發(fā)射接收即光點傳感器將檢測到的信號轉(zhuǎn)化為控制器可以辨別的電信號。傳感器檢測電路包括2個單元電路：點滴速度測量電路、儲液檢測電路。智能控制部分：系統(tǒng)中控制器件根據(jù)有傳感器變換輸出的電信號進行邏輯判斷，控制點滴的速度及數(shù)碼管的顯示，完成了點滴裝置的自動檢測、自動調(diào)速、數(shù)碼顯示及報警功能等各項任務。開控制部分主要包括3個電路：單片機控制電路、電動機的驅(qū)動電路、數(shù)碼管的動態(tài)顯示電路。2.2主要單元電路設計2.2.1.點滴速度測量電路設計采用紅外對管發(fā)射接收測量點滴速度，其電路原理圖如圖2.1.1.所示。 圖2.2.1.1點滴速度測量電路由電路圖可以看到，接收管與發(fā)射管正

12、相對，無液滴滴下時，接收管收到信號，輸出低電平；有液滴滴下時，下落的水滴對紅外光有較強的漫反射、吸收及一定的發(fā)散作用，導致接收光強的較大改變，接收管不能收到較強的信號，產(chǎn)生一個較長的脈動，但是波形不是太好，需要經(jīng)過一級施密特觸發(fā)器整形，輸出一個正向的脈沖信號送給單片機中斷口，據(jù)此就可以正確的測出液滴的滴數(shù)，即點滴的速度（滴/分）。 2.2. 2 儲液檢測電路儲液檢測電路圖仍然是和點滴速度測量電路一樣，只是所接單片機的接口不同。其電路圖如2.1.2.圖所示。該電路圖的原理和點滴雕塑度檢測電路的原理是一樣的。由于紅外光在水中和空氣中的吸收系數(shù)不同，從而通過空氣和水后的光強也是不同的。其報警信號也是

13、由儲液信號來決定的。當儲液的液面的高度為23cm后，會由紅外對管發(fā)射接收產(chǎn)生檢測信號，即為報警信號。 圖2.2 2.儲液檢測電路 2.2.3 點滴速度控制電路設計系統(tǒng)將點滴速度采集信號和儲液信號進行處理后，在相應的單片機的i/o控制口輸出對應的控制信號來驅(qū)動電動機的正反轉(zhuǎn)，從而進行精確的控制。圖2.2.3.所示的電路為電動機的速度采集電路。在電動機上安裝一個連桿，連桿的另一頭接s1開關，每當電動機旋轉(zhuǎn)一周，四s1開關閉合一次，則通過單片機的p3.2口就可以送入一個計數(shù)信號。在單位時間內(nèi)觀察計數(shù)值即可的到電動機的轉(zhuǎn)速。 圖2. 2.3電機的轉(zhuǎn)速采集電路 點滴的控制其實是靠單片機檢測滴速，得到一個

14、反饋量，輸出一定信號驅(qū)動電動機，控制電動機的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，進而帶動儲液瓶的上升或下降來調(diào)節(jié)滴斗的高度即控制點滴的速度。電動機驅(qū)動電路就如圖2.2. 4示。圖2.2. 4路采用的是h型的開關驅(qū)動電路。整個的電路可以分為兩級：第一級接單片機的i/o口，用射級跟隨電路加大電流的驅(qū)動能力；第三級才是驅(qū)動電路。當p3.0為高電平時，q5導通，q3，q7導通，電動機兩端的電壓為+5v，電動機正轉(zhuǎn)；當p3.1為高電平時，q6導通，q4，q8導通，電動機兩端的電壓為-5v，電動機反轉(zhuǎn)。 圖2.2.4電動機驅(qū)動電路本電路采用的是h型的開關驅(qū)動電路。整個的電路可以分為兩級：第一級接單片機的i/o口，用射級跟隨電路加

15、大電流的驅(qū)動能力；第三級才是驅(qū)動電路。當p3.0為高電平時，q5導通，q3，q7導通，電動機兩端的電壓為+5v，電動機正轉(zhuǎn)；當p3.1為高電平時，q6導通，q4，q8導通，電動機兩端的電壓為-5v，電動機反轉(zhuǎn)。點滴控制靠單片機檢測滴速，得到一個反饋量，輸出一定信號控制電機上升或下降調(diào)節(jié)滴斗的高度。2.2. 4 鍵盤顯示電路由于本系統(tǒng)中采用動態(tài)顯示方式驅(qū)動3個七段數(shù)碼管，來顯示點滴的速度。數(shù)碼管采用共陰極，由于at89c52單片機每個i/o的拉電流只有12ma。所以在位碼和段碼都加上了反向驅(qū)動器。鍵盤采用按鍵開關經(jīng)上拉電阻分別接p1.0、p1.1、p1.2口上，起到確定、上調(diào)和下調(diào)作用。每按上調(diào)

16、和下調(diào)鍵，設定速度值增1減1。單片機xtal2、xtal1接12mhz晶振，提供系統(tǒng)時鐘基值。另reset接上電復位按鍵。原理圖如圖2.2.5示。 圖2.2.5鍵盤顯示電路第三章系統(tǒng)的軟件設計系統(tǒng)的軟件設計采用匯編語言，對單片機進行編程來實現(xiàn)各項功能。主程序?qū)δK進行初始化，接收從傳感器傳來的信號，并對此信號進行處理，輸出調(diào)整信號控制電動機的轉(zhuǎn)動，掃描鍵盤進行動態(tài)顯示。用的是循環(huán)查詢方式，來顯示和控制點滴的速度。3.1檢測點滴速度子程序檢測點滴速度子程序主要是用與系統(tǒng)信號的采集。經(jīng)過光電傳感器采集，后由施密特觸發(fā)器整形，輸出到單片機的端口送入單片機內(nèi)部。檢測點滴速度子程序如圖3.1.1所示。圖

17、3.1.1檢測點滴速度子程序3.2儲液檢測子程序本程序主要是用于測量儲液瓶內(nèi)部的液位高度的，當液位低于23cm時，發(fā)出報警信號。如果液位的高度不在此區(qū)間內(nèi)，則點滴的速度照常采集，并送入單片機內(nèi)部。其儲液子程序流程圖如圖3.2.1所示。圖3.2.1儲液子程序流程圖3.3點滴速度控制子程序根據(jù)題目的設計要求，首先讀出6秒內(nèi)的點滴的數(shù)目（將一分種平均劃分成十分），進而得到當前的點滴的速度。根據(jù)其設定的速度值與當前的點滴的速度的誤差來確定電動機的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，即控制儲液瓶的位置的高低，進一步影響下一個6秒內(nèi)的點滴的速度，如此的循環(huán)往復。其點滴速度的電動機控制程序流程圖如3.3.1所示。 圖3.3.1點滴

18、速度的電動機控制程序流程圖3.4鍵盤顯示子程序鍵盤及顯示字程序主要是用于判斷速度有沒有調(diào)整的動向和點滴速度的顯示（包括當前值和設定值）。其程序流程圖如3.4.1所示。 圖3.4.1系統(tǒng)鍵盤顯示子程序 3.5系統(tǒng)的主程序設計圖3.5.1系統(tǒng)主程序流程圖 參考文獻：1 單片機應用開發(fā)實用子程序. 邊春元等 編著. 人民郵電出版社. 20052 全國大學生電子設計大賽培訓系列教程. 高吉祥 主編.電子工業(yè)出版社.20073 單片微型計算機原理及應用. 張毅坤等 編著. 西安電子科技大學出版社.19984 微型計算機接口技術 . 王兆月等 編著. 機械工業(yè)出版社 .20065 全國大學生電子設計競賽獲

19、獎作品選編2003 北京理工大學出版社20056 嚴天峰89c51單片機i/o口模擬串行通信的實現(xiàn)方法電子世界2001.2 p347 王關健 單片機智能溫控電路電子世界2001.11 p28 8 吳義彬繼電器用戶實用手冊第一版 國防工業(yè)出版社 楊其芳 1992.6出版 第二章選用導則p38p405 吳義彬繼電器用戶實用手冊第一版 國防工業(yè)出版社 楊其芳 1992.6出版 第七章基本應用電路原理p94p959 楊蔭彪特種半導體器件及其應用第一版 電子工業(yè)出版社 王昌喜1991出版 第十二章半導體光敏器件p143p15310 楊蔭彪特種半導體器件及其應用第一版 電子工業(yè)出版社王昌喜1991出版 第

20、十章半導體發(fā)光器件p97p9911 談文心運放及模擬集成電路第一版 國防工業(yè)出版社 劉本鴻 1986出版 第二章集成運算放大器的應用p58p61 附錄附錄1 主要元器件清單 元 件 數(shù)量at89s51 1個555 3個紅外對射光電二極管 3個7404 2片d1207 2個a928a 2個按鍵 4個排阻1×1k 1個晶振電路 1k數(shù)碼管 3個 附錄 程序清單系統(tǒng)的設計的如件程序清單如下：sddd data 30hmc1 data 31hmc2 data 32hmc3 data 33hmc4 data 34hmc5 data 35hmc6 data 36hmc7 data 37hmc8

21、data 38hmc9 data 39hmc10 data 3ahcjdd data 40hxs1 data 41hxs2 data 42hxs3 data 43hk_enter bit p1.0k_jia bit p1.1k_jian bit p1.2 org 0000hljmp mainorg 0013hlcall int1org 001bhlcall t1 org 0100hmain:mov sp,#60h ;給堆棧指針賦初值mov tmod,#14h ;定時器1在模式1下工作、計數(shù)器0工作在模式0mov tl1,#0b0h ;定時器每50ms產(chǎn)生一次溢出mov th1,#3ch set

22、b et1 ;使能定時器1中斷setb it1;邊沿觸發(fā)setb ex1;開外部中斷1setb ea ;使能總中斷setb tr1 ;開始計時mov tl0,#00hmov th0,#00hsetb tr0 ;開始計數(shù)mov r5,#0ahmov r6,#0ffhmov r7,#78hmov r0,# mc1clr p1.7 mov sddd,#64hmov cjdd,#78hmov mc1,#78hmov mc2,#00hmov mc3,#00hmov mc4,#00hmov mc5,#00hmov mc6,#00hmov mc7,#00hmov mc8,#00hmov mc9,#00hmo

23、v mc10,#00h loop:mov a,mc1add a,mc2add a,mc3add a,mc4add a,mc5add a,mc6add a,mc7add a,mc8add a,mc9add a,mc10mov cjdd,alcall jpclmov r2,cjddlcall sjcl;數(shù)據(jù)處理程序 lcall display;調(diào)用數(shù)碼管顯示子程序lcall dianjiajmp loop t1:push pswpush accdjnz r7,tc1mov r7,#78hmov r0,tl0inc r0mov tl0,#00hmov th0,#00hcjne r0,#3bh,tc1

24、mov r0,# mc1tc1:mov tl1,#0b0h mov th1,#3chpop accpop pswreti int1:push pswpush accsetb p1.7pop accpop pswreti jpcl:jb k_enter,quitlcall k_delayjb k_enter,quitloop2:mov r2,sdddlcall sjcllcall displayjb k_jia,quit1lcall k_delayjb k_jia,quit1lcall jiaquit1:jb k_jian,quit0lcall k_delayjb k_jian,quit0lca

25、ll jianquit0:djnz r5,loop2mov r5,#0ahdjnz r6,loop2quit:mov r5,#0ahmov r6,#0ffhret jia:mov a,sdddinc amov sddd,acjne a,#96h,tc2mov sddd,#14htc2:mov r5,#00ahmov r6,#0ffhretjian:mov a,sddddec amov sddd,acjne a,#14h,tc3mov sddd,#96htc3:mov r5,#0ahmov r6,#0ffh ret k_delay:setb psw.4setb psw.3mov r5,#0c8hjoop1: mov r4,#0ffhjoop2: djnz r4,joop2 djnz r5,joop1clr psw.4clr psw.3 retsjcl:mov a,r2mov b,#64hdiv abmov xs1,amov a,#0ahxch a,bdiv abmov xs2,amov xs3,bret dianji:clr cmov a,cjddcjne a,sddd,loop3 clr p1.6clr p1.5ajmp tc4loop3:jc loop4subb a,sdddcjne a,#05h,loop5ajmp tc4loop5:jc tc4clr p1.6setb p