數(shù)字式醫(yī)用輸液狀態(tài)光電檢測(cè)及點(diǎn)滴速監(jiān)控裝置設(shè)計(jì)

1、摘 要輸液裝置是醫(yī)療器械中一種被廣泛使用且非常重要的一次性消耗器材，在傳統(tǒng)的輸液過程中，通常是由人工設(shè)置輸液點(diǎn)滴的速度，也是依靠人工來監(jiān)測(cè)輸液瓶中液位高度等輸液的狀態(tài)。這種人工的方式既費(fèi)時(shí)費(fèi)工，也存在著非常大的安全隱患，因而設(shè)計(jì)一種數(shù)字式醫(yī)用輸液狀態(tài)光電檢測(cè)及點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置就有著非常迫切的現(xiàn)實(shí)意義。就數(shù)字式醫(yī)用輸液狀態(tài)光電檢測(cè)及點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置的問題而言，整個(gè)裝置通過采用 AT89S52單片機(jī)主控模塊，行列按鍵及對(duì)射式光電傳感器的輸入模塊，以及控制儲(chǔ)液瓶移動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元和LCD顯示單元及光電報(bào)警單元一同構(gòu)成的輸出模塊，三個(gè)模塊相結(jié)合的方案。采取硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)及模擬仿真的方法。硬件電

2、路設(shè)計(jì)采用對(duì)射式光電傳感器紅外檢測(cè)采集液滴數(shù)據(jù)，以及檢測(cè)儲(chǔ)液瓶?jī)?nèi)剩余液量并報(bào)警。通過鍵盤輸入控制設(shè)置點(diǎn)滴速度，步進(jìn)式電動(dòng)機(jī)控制吊瓶移動(dòng)改變點(diǎn)滴滴速，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制藥液的滴速滴注，由 LCD顯示檢測(cè)滴速值。軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)主控程序、點(diǎn)滴速度測(cè)量程序、電機(jī)控制程序、LCD顯示程序、報(bào)警程序以及輸入鍵盤程序幾大部分的設(shè)計(jì)。在模擬仿真方面，運(yùn)用Proteus 和 Keil 軟件進(jìn)行了軟件仿真設(shè)計(jì)，更具科學(xué)性可將理論運(yùn)用于醫(yī)療實(shí)際,將更有助于臨床的實(shí)際應(yīng)用。關(guān)鍵詞：點(diǎn)滴監(jiān)控；光電傳感器；AT89S52單片機(jī)；步進(jìn)電機(jī)ABSTRACTWith the development and appl

3、ication of information technology and microelectronics technology, in medical and health field a concomitant information revolution is underway. In medical and health field, according to the needs of the infusion flow control, this paper presents a kind of control device based on single-chip technol

4、ogy of liquid dropping speed monitoring scheme. The device is mainly in order to overcome the manual monitoring liquid level and liquid flow, the consumption of energy is too large, the efficiency is too low, the disadvantages, the device in theory and practical application has important value, and

5、to the field of medical health is more important.On problems of digital medical transfusion status of photoelectric detection and drop speed monitoring device, through the use of its core is AT89C51 microcontroller, is based on the input composition and the reflective photoelectric sensor in the mat

6、rix keyboard keys system. The output is in intelligent control bottle moving stepper motor, LED digital tube and bee sound alarm circuit composed of. Take the hardware design and the software design and simulation, is used in hardware circuit of infrared reflective photoelectric sensor detection col

7、lecting droplet data, and detection of the liquid storage bottle residual liquid and alarm. Through the keyboard input control set of dropping speed, step motor control the bottle move to change for control the Drip drip speed MCU drive gear motor drives the spiral pressing mechanism control liquid

8、drip infusion, and LED digital tube display dripping speed of detection value. System software mainly includes MCU control procedures, Disu detection procedures, dripping speed display program, dripping speed control procedures, alarm program is made up of the following parts. In the simulation, the

9、 use of Proteus and keil software simulation software design, more scientific the theory is applied in the actual medical further expansion, in order to make it more intelligent, automation, the above, hypogynous machine (Master / slave) way into digital medical infusion monitor network. Will be mor

10、e helpful to the clinical application.Keywords: spot monitoring; photoelectric sensor; AT89S52 MCU; stepping motor目 錄1緒論11.1 課題背景11.2 課題意義12總體方案設(shè)計(jì)32.1 技術(shù)要求32.2 系統(tǒng)總體框圖32.3 系統(tǒng)方案論證與比較42.3.1 控制方案的比較與選取42.3.2 點(diǎn)滴速度檢測(cè)方案的比較與選取52.3.3 液位監(jiān)測(cè)與報(bào)警方案比較與選取62.3.4 點(diǎn)滴速度控制方案的比較與選取62.3.5 電機(jī)的比較與選擇72.3.6 滴速與鍵盤顯示方案的選取73系統(tǒng)的硬

11、件設(shè)計(jì)93.1 AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)93.1.1 中央處理單元93.1.2 振蕩電路103.1.3 復(fù)位單元電路103.2 點(diǎn)滴信號(hào)處理單元113.2.1 點(diǎn)滴信號(hào)檢測(cè)單元113.2.2點(diǎn)滴信號(hào)的比較、濾波、整形單元123.3 液位檢測(cè)單元123.4聲光報(bào)警單元133.5 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元143.6鍵盤單元153.7 LCD顯示單元164系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)174.1主控程序設(shè)計(jì)174.2點(diǎn)滴速度測(cè)量程序設(shè)計(jì)184.3電機(jī)控制程序設(shè)計(jì)204.3.1 電機(jī)控制原理204.3.2點(diǎn)滴速度控制程序設(shè)計(jì)214.4報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì)234.5 輸入鍵盤模塊程序設(shè)計(jì)234.6 LCD顯示模塊程序設(shè)計(jì)275

12、系統(tǒng)仿真285.1 程序編譯285.2 仿真結(jié)果305.2.1 點(diǎn)滴速度檢測(cè)仿真305.2.2 點(diǎn)滴速度控制仿真326總結(jié)及展望346.1 總結(jié)346.2 展望346.3 心得體會(huì)35致 謝36參考文獻(xiàn)37附錄 程序清單381緒論1.1 課題背景點(diǎn)滴是醫(yī)學(xué)上經(jīng)常使用的治療方法。在病人點(diǎn)滴的過程中，時(shí)常因?yàn)椴∪松眢w狀態(tài)差或者護(hù)理人員工作繁忙而無法關(guān)注到點(diǎn)滴的全過程，進(jìn)而要專門請(qǐng)人監(jiān)視護(hù)理，增加了醫(yī)護(hù)人員的工作負(fù)擔(dān)，也不便于病房管理。當(dāng)輸完藥液后，如果不及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的處理，病人的血液就會(huì)因輸液空管受到外界大氣壓而使其倒吸入輸液管中，如果這樣時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)使扎針處血管腫脹，或者造成血液體外感染。若處理過

13、早，那么醫(yī)用液體還沒有完全輸完就摘輸液瓶取輸液針管，就會(huì)造成藥品的浪費(fèi)。因而時(shí)常會(huì)使病人有不好的情緒，情節(jié)嚴(yán)重的還會(huì)投訴，醫(yī)護(hù)人員對(duì)此又無可奈何。本課題就是針對(duì)于以上問題，通過采用聲光報(bào)警監(jiān)控的方式方法，達(dá)到醫(yī)院輸液情況的實(shí)時(shí)有效監(jiān)測(cè)的目的，并通過單片機(jī)與LCD顯示器來實(shí)現(xiàn)點(diǎn)滴速度數(shù)據(jù)的及時(shí)顯示和存儲(chǔ)的要求，以及完成在危急狀況下的報(bào)警任務(wù)。課題很大程度上推動(dòng)了醫(yī)院現(xiàn)代化，信息化的進(jìn)程。1.2 課題意義在點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置系統(tǒng)中，點(diǎn)滴信號(hào)提取是點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置中不可或缺的一步。點(diǎn)滴信號(hào)自動(dòng)化采集和有效便捷的傳送也是信號(hào)處理的必要過程，醫(yī)療人員經(jīng)常需要檢測(cè)和掌控液體的儲(chǔ)存量或液位，如人工腎機(jī)的透析儲(chǔ)

14、液瓶里面的剩余藥液儲(chǔ)存量、自動(dòng)化洗胃機(jī)器中用來沖洗胃部的液體儲(chǔ)液量、中醫(yī)用到的藥品沐浴機(jī)器中煎藥鍋中的液位、靜脈注射輸液液體量檢測(cè)等等。假如對(duì)于儀器或機(jī)器中液體儲(chǔ)存量缺少監(jiān)測(cè)，那么在液體儲(chǔ)存量，不加控制情況下，很大可能會(huì)給病患帶來人身傷害，情況更嚴(yán)重的會(huì)危及其生命。所以通過對(duì)這些液體儲(chǔ)存量的監(jiān)控與了解，醫(yī)護(hù)人員便可以隨時(shí)發(fā)現(xiàn)液體剩余量，就可以在存儲(chǔ)瓶中剩余液體缺少時(shí)，及時(shí)自動(dòng)或者進(jìn)行人工添加或者采取其他有效措施，以及時(shí)保持醫(yī)療設(shè)施的安全有效持久的運(yùn)行。因此，怎樣更好更快地對(duì)醫(yī)療液位進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè)，長(zhǎng)久以來是醫(yī)學(xué)工程人員思考較多的課題之一。而在醫(yī)學(xué)中，一直采用穿刺靜脈的辦法將藥液直接從靜脈注入身

15、體內(nèi)部，這種點(diǎn)滴方法稱為靜脈式點(diǎn)滴輸液。可是一直以來沒有快捷并高效的監(jiān)控裝置，對(duì)已輸液量或剩余液量等的監(jiān)控，從而需要專人護(hù)理，加重了護(hù)理人員的工作負(fù)擔(dān)，也不便于病房的綜合集中化管理。所以我們?cè)O(shè)計(jì)點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置，該裝置監(jiān)控輸液點(diǎn)滴數(shù)，當(dāng)儲(chǔ)液瓶中剩余量低于預(yù)定值、輸液點(diǎn)滴速度過高或過低時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，提醒護(hù)理人員立即加以處理?？梢院芎玫挠行Э焖俚奶幚砩鲜鰡栴}。它在醫(yī)學(xué)應(yīng)用上具有很大的使用性價(jià)值。本裝置的成功將大大降低了醫(yī)務(wù)人員的工作量，同時(shí)緩解病人自己的包袱。促使醫(yī)院向信息化、網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化、智能化方向快速有效全面的發(fā)展，使醫(yī)院的生活管理工作更加健全有序。此次設(shè)計(jì)的數(shù)字式醫(yī)用輸液狀態(tài)光電檢

16、測(cè)及點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置，是使用了目前市面上成本較低的，性價(jià)比高的AT89S52單片機(jī)和紅外光電對(duì)射傳感器，它針對(duì)性強(qiáng)、操作方便、使用簡(jiǎn)單、成本低廉、便于推廣等特點(diǎn)。2總體方案設(shè)計(jì)2.1 技術(shù)要求設(shè)計(jì)并制作一個(gè)數(shù)字式醫(yī)用輸液狀態(tài)光電檢測(cè)及點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置，示意圖如圖1所示。h1h2電動(dòng)機(jī)滑輪點(diǎn)滴移動(dòng)支架儲(chǔ)液瓶瓶受液瓶滴斗滴速夾（1）在滴斗處檢測(cè)點(diǎn)滴速度，并制作一個(gè)數(shù)顯裝置，能動(dòng)態(tài)顯示點(diǎn)滴速度（滴/分）。（2）通過改變h2控制點(diǎn)滴速度，如圖1所示；也可以通過控制輸液軟管夾頭的松緊程度等其它方法來控制點(diǎn)滴速度。點(diǎn)滴速度可用鍵盤輸入并顯示，設(shè)定范圍為20150(滴/分)，控制誤差范圍為設(shè)定值10%1滴。

17、（3）調(diào)整時(shí)間3分鐘（從改變?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)h1降到警戒值（23cm）時(shí)，能發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 圖1 液體點(diǎn)滴速度監(jiān)測(cè)與控制裝置圖2.2 系統(tǒng)總體框圖根據(jù)本論文的功能具體要求，本裝置的硬件設(shè)計(jì)主要由以下幾個(gè)部分組成:由AT89C51單片機(jī)，點(diǎn)滴信號(hào)處理單元，液位檢測(cè)單元，聲光報(bào)警單元，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元，LCD顯示單元及鍵盤單元組成。點(diǎn)滴信號(hào)處理單元又分為點(diǎn)滴信號(hào)檢測(cè)單元，點(diǎn)滴信號(hào)比較，濾波，整形單元，其中信號(hào)檢測(cè)單元完成點(diǎn)滴信號(hào)的采集;信號(hào)的比較，濾波，整形單元?jiǎng)t完成了對(duì)整形脈沖和轉(zhuǎn)換A/D這兩個(gè)步驟，進(jìn)而把采集到的模擬信號(hào)變?yōu)榭芍庇^理解的數(shù)字信號(hào)。液位檢

18、測(cè)單元，檢測(cè)液位是否降到要求所在位置，是則為傳遞信號(hào)于聲光報(bào)警單元。聲光報(bào)警單元用來發(fā)出并傳遞報(bào)警信號(hào)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和控制，達(dá)到控制儲(chǔ)液瓶高度，從而達(dá)到點(diǎn)滴速度控制的目的。LCD顯示單元通過收到單片機(jī)發(fā)出的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)液體點(diǎn)滴速度的顯示。鍵盤單元，則可以設(shè)定或修改點(diǎn)滴速度。圖2 系統(tǒng)總體框圖2.3 系統(tǒng)方案論證與比較2.3.1 控制方案的比較與選取方案一：此方案是使用傳統(tǒng)方式，模擬電路控制方案，雖然其特點(diǎn)是電路不復(fù)雜，便于實(shí)行?？墒峭ㄟ^模擬電路的方案，但很難把精度做高，也不易于達(dá)到設(shè)計(jì)裝置要求中的鍵盤輸入和實(shí)時(shí)顯示點(diǎn)滴速度這兩個(gè)環(huán)節(jié)的目的。方案二：通過采用AT89S52

19、單片機(jī)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)此控制方案，可用編寫程序的方式，去完成這種麻煩的算法和繁瑣的控制。此方案更加簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)了裝置要求中的鍵盤輸入和實(shí)時(shí)點(diǎn)滴速度設(shè)定等功能需求。通過上述兩種方案的比較，決定采用方案二。2.3.2 點(diǎn)滴速度檢測(cè)方案的比較與選取對(duì)點(diǎn)滴速度的檢測(cè)，其根本原理是通過記下在一段時(shí)間內(nèi)滴下的液滴數(shù)量，用AT89S52單片機(jī)內(nèi)部自帶的定時(shí)器與計(jì)數(shù)器，進(jìn)行計(jì)時(shí)與計(jì)數(shù)處理。這樣就是要對(duì)落下的液滴落下時(shí)的計(jì)數(shù)有很高的要求，可以考慮到以下幾種方案。方案一：發(fā)光二極管與光敏三極管傳感器組成的檢測(cè)電路。由于外部光源會(huì)造成極大的干擾，對(duì)于光敏三極管的運(yùn)行狀態(tài)方面。一旦外界光在強(qiáng)度方面有了變化，將會(huì)直接造成光敏三

20、極管，對(duì)液滴進(jìn)行誤判斷。即使采用超強(qiáng)亮度發(fā)光管可以解緩此類干擾，但此時(shí)卻會(huì)造成了很大的功率損失。所以方案一不可采取。方案二：不調(diào)制的紅外對(duì)射傳感器。由于對(duì)發(fā)光管采用直流電壓進(jìn)行直接供電，但是平均功率存在范圍限制，那就要保持發(fā)光管工作電流不能高于元件的額定值的問題，并且克服透壁照射的困難問題以及傳感器容易受到外部光源等干擾的問題，所以此方案不予考慮。方案三：脈沖調(diào)制的紅外對(duì)射傳感器。使用斷續(xù)式工作方式，通過接收管被滴落的液滴暫時(shí)的擋住了，阻斷了紅外線信號(hào)短暫的采集，從而產(chǎn)生高電平的脈沖式信號(hào)。同時(shí)紅外對(duì)射管的發(fā)射口半徑不大，又是單光源單光束發(fā)射的方式，液滴在紅外線相對(duì)正交處下落，形成信號(hào)非常強(qiáng)烈

21、的脈沖，便于檢測(cè)到，易于再次處理。考慮到環(huán)境光主要是對(duì)直流分量類型的信號(hào)有很大的干擾，如果采用調(diào)制了的帶有交流分量的信號(hào)，則可以很大程度上減少外界光線對(duì)紅外對(duì)射傳感器的干擾。而且紅外發(fā)射管的平均電流決定紅外發(fā)射管的最大工作電流，那么采用調(diào)制信號(hào)并且信號(hào)的占空比合理的話，可以使電流瞬間會(huì)變得很大，極大程度上的提高了信號(hào)噪聲比，改善了系統(tǒng)的抗干擾能力。方案四：采用超聲波傳感器。此方案采用調(diào)制脈沖發(fā)射方式，將超聲波發(fā)射器與接收器兩者正對(duì)的固定于滴斗外壁的兩側(cè)，當(dāng)液滴滴落到發(fā)射器和接受器兩者之間時(shí)，暫時(shí)擋住接收器接收信號(hào)，使其產(chǎn)生一個(gè)低電平的脈沖信號(hào)，在接收傳感器接收一個(gè)信號(hào)并且進(jìn)行解調(diào)，并檢測(cè)出相應(yīng)

22、的脈沖信號(hào)，送至AT89S52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)一次。這樣液滴滴數(shù)與電脈沖信號(hào)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，就可以簡(jiǎn)便有效建立了，自然而然的實(shí)現(xiàn)點(diǎn)滴測(cè)速的目的。但超聲波傳感器裝置在調(diào)試過程十分麻煩，再者一般的超聲波傳感器，相對(duì)液體來說體積太大，假使液滴垂直落下，但此時(shí)所能擋住的超聲波信號(hào)也是十分有限的，這樣即便接收到了一定的電信號(hào)也是極其微弱的信號(hào)，斷續(xù)的信號(hào)，有很大的局限性。此外這方案受外界干擾太大，就滴斗壁而言，對(duì)超聲波對(duì)其反應(yīng)很是強(qiáng)列，使得信號(hào)穿透滴斗在另一側(cè)成功接收便成了問題，假如要接收到的話，就要保證超聲波信號(hào)得有一定的強(qiáng)度，就需要提供較高電壓進(jìn)行信號(hào)強(qiáng)度的維持，這對(duì)病人以及醫(yī)護(hù)人員的工作帶來極大的安

23、全隱患。所以分析思考后，發(fā)現(xiàn)操作性有待考慮。通過上述四種方案的對(duì)比思考，綜合考慮決定采用方案三。2.3.3 液位監(jiān)測(cè)與報(bào)警方案比較與選取課題基本要求里寫道，在儲(chǔ)液瓶?jī)?nèi)液位降至23cm時(shí)，就要能發(fā)出報(bào)警信號(hào)。所以怎樣快速有效精準(zhǔn)的檢測(cè)到液位高度是至關(guān)重要的，而發(fā)出報(bào)警信號(hào)則便于實(shí)現(xiàn)。而檢測(cè)液位高度卻存在很多種方案：方案一：電極法 方法就是往輸液瓶?jī)?nèi)插入兩根性能不同的電極，利用藥物的導(dǎo)電性能是否變化來檢測(cè)判斷瓶?jī)?nèi)液體藥物是否用完，更進(jìn)而去確定液位高度。毫無疑問，該方法雖然具有很低的成本，但同時(shí)也存在著很大的安全隱患，首先，藥液特性是否會(huì)因?yàn)橥姸艿接绊?，而?dǎo)致失效，這有待考究。其次還有電極在消毒

24、方面也存在問題。方案二：測(cè)重法 它是利用彈簧秤或壓力傳感器或電磁感應(yīng)開關(guān)，藥液輸完否是依據(jù)藥物輕重變化來判斷的，此方法雖然簡(jiǎn)單便捷，但在具體到減少多少質(zhì)量液體降低多高的液位來說，無法給出具體對(duì)應(yīng)關(guān)系，在可靠性和適應(yīng)性方面想都不用想，肯定也有很大的問題。方案三：液面檢測(cè)法 通過采用將光電傳感器固定在輸液瓶上的方式，利用液位下降到低于設(shè)計(jì)要求給定的高度時(shí)，對(duì)光的反射或折射情況的變化來判斷藥液輸完與否的方法，此方法有一定的可操作及適應(yīng)性。另外光電傳感器有很多優(yōu)點(diǎn)：就尺寸而言相對(duì)較小，質(zhì)量較于輕便，便于操作在輸液瓶上安裝，此外對(duì)輔助電路條件也相對(duì)要求較少，并且可以直接在近距離用直流電壓實(shí)現(xiàn)發(fā)射功能，電

25、路不復(fù)雜，功能比較穩(wěn)定。這個(gè)方案簡(jiǎn)單有效，實(shí)現(xiàn)比較容易，操作方便。方案四：超聲回波檢測(cè)法 它是通過采用脈沖電信號(hào)激勵(lì)超聲波發(fā)生器產(chǎn)生超聲波，每當(dāng)超聲波由發(fā)生器產(chǎn)生后，通過空氣介質(zhì)傳送到達(dá)輸液瓶中液面后，經(jīng)液面反射回到超聲波接收器，通過檢測(cè)超聲波從發(fā)射到接收中間的時(shí)間差，再由超聲波在介質(zhì)中傳播的速度及儀器安裝高度，即可計(jì)算得出儲(chǔ)液瓶中液位具體高度。超聲波發(fā)生器具有非接觸點(diǎn)且功能穩(wěn)定、安全有保障的優(yōu)點(diǎn)，具有實(shí)用價(jià)值，但是由于超聲波發(fā)射及接收器，成本高及安裝工作復(fù)雜繁瑣，也限制了超聲回波技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用與普及。綜合比較上面四種方案，從可行性，可操作性的角度上，同時(shí)保證準(zhǔn)確測(cè)量度上綜合考慮，使用

26、方案三，光電傳感器達(dá)到測(cè)量?jī)?chǔ)液瓶液面高度目的的液位檢測(cè)法是最為合理的選擇。2.3.4 點(diǎn)滴速度控制方案的比較與選取為了實(shí)現(xiàn)對(duì)液體點(diǎn)滴速度的控制，依照設(shè)計(jì)的要求，可以使用下面兩種方案：方案一：通過掌控輸液軟管夾頭松緊程度實(shí)現(xiàn)對(duì)輸液軟管截面的大小的控制，從而達(dá)到掌控點(diǎn)滴速度的目的。但是控制滴速夾，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，可移動(dòng)的距離非常有限。同時(shí)在滴速夾的松緊調(diào)節(jié)過程中，還存在很多實(shí)際不確定因素，例如輸液管粘度與液體粘度等等，都為非線性控制量，移動(dòng)距離，移動(dòng)阻力等物理參數(shù)，都相對(duì)難于計(jì)算處理，用電機(jī)方式實(shí)施起來較為困難。故采用夾頭控制點(diǎn)滴速度將難以實(shí)現(xiàn)比較科學(xué)化合理化的線性控制。方案二：通過電機(jī)和滑輪組成

27、控制模塊，通過此控制模塊，來掌控儲(chǔ)液瓶的高度，從而完成控制液滴速度的目標(biāo)。此方案實(shí)施起來較為簡(jiǎn)單便捷，但不足之處是控制儲(chǔ)液瓶移動(dòng)的距離比較大，所需要的時(shí)間過長(zhǎng)，而且儲(chǔ)液瓶高度與點(diǎn)滴速度之間很難找到明顯的線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，并且沒有現(xiàn)成的理論公式可以利用，但可以通過采集足夠多的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)數(shù)據(jù)，在自變量即儲(chǔ)液瓶可移動(dòng)距離，變化范圍較大的情況下，以此來解析并得出兩者之間存在的規(guī)律，得出大致可靠的控制點(diǎn)滴速度的實(shí)驗(yàn)公式。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)工作雖然較為繁雜，但較方案一來說，可行性高，精度較好，比較實(shí)際可靠。第一項(xiàng)與第二項(xiàng)方案經(jīng)過各方面比較，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，使用電機(jī)調(diào)整儲(chǔ)液瓶的高度來完成對(duì)點(diǎn)滴速度的控制，這個(gè)方案控制效果較好

28、，因此決定選擇第二項(xiàng)的方案。2.3.5 電機(jī)的比較與選擇首先講講常用電機(jī)的類型，常用的電機(jī)主要有以下幾種：直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)。比較上述三種電機(jī)，直流電機(jī)上電就可以轉(zhuǎn)動(dòng)，處掉電狀態(tài)后慣性較大，處于停機(jī)狀態(tài)時(shí)還會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度后才慢慢的停止；直流電機(jī)勵(lì)磁轉(zhuǎn)矩小、不存在抱死功能；但如果要求準(zhǔn)確停在某一個(gè)位置，就要通過較復(fù)雜的閉環(huán)算法過程來實(shí)現(xiàn)了。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩相對(duì)直流電機(jī)而言比較大，再者步進(jìn)電機(jī)價(jià)格可以接受，控制精度也高，很適合用于精確的測(cè)量中,可有效提高點(diǎn)滴速度的控制精度。而伺服電機(jī)，雖然機(jī)械特性較好、輸出功率很大、電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、驅(qū)動(dòng)電路相對(duì)簡(jiǎn)單、正反轉(zhuǎn)的控制較方便、而且具有容易抱死的功能

29、即電機(jī)沒有電提供時(shí)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩非常大，但考慮到伺服電機(jī)實(shí)際價(jià)格動(dòng)輒就是幾千元，就成本上而言太過于昂貴，普及性上有待提高，故而棄用。綜合考慮上述各種電機(jī)的特點(diǎn)后，就實(shí)際情況而言，最終選用步進(jìn)電機(jī)。2.3.6 滴速與鍵盤顯示方案的選取根據(jù)設(shè)計(jì)要求，點(diǎn)滴速度的實(shí)際大小要由我們自己給定的。點(diǎn)滴速度的初始值與修改值都可以從鍵盤輸入傳至AT89S52單片機(jī)。在顯示電路顯示實(shí)際的點(diǎn)滴速度，對(duì)于其顯示有以下的兩種方案：方案一：采用實(shí)際應(yīng)用中使用較多的液晶式顯示屏LCD。液晶式顯示屏（LCD）具有無功損耗小、造型輕薄短小，不存在輻射危險(xiǎn)，可觀視面積大。以及畫面感強(qiáng)，抗干擾效果好。方案二：采用傳統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)經(jīng)常

30、使用的八位LED七段數(shù)碼管，顯示實(shí)時(shí)點(diǎn)滴速度，按鍵采用行列式鍵盤。數(shù)碼管具有：低功率損耗、低能源消耗、低電壓使用、耐老化能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)，對(duì)外界環(huán)境要求條件較低。同時(shí)數(shù)碼管采用BCD編碼顯示數(shù)字，程序編譯工作量相對(duì)不多，資源占用情況好?？墒枪ぷ麟娏鬏^大，影響它的實(shí)際應(yīng)用。綜合以上兩個(gè)方案看，決定方案一作為此次設(shè)計(jì)的點(diǎn)滴速度與鍵盤的顯示。3系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)此次設(shè)計(jì)所使用的單片機(jī)最小系統(tǒng)由中央處理單元AT89S52、振蕩電路和復(fù)位單元電路這三個(gè)模塊組成。其中AT89S52是8位單片機(jī)中一個(gè)最實(shí)用、最典型的芯片型號(hào)之一。3.1.1 中央處理單元該設(shè)計(jì)采用AT89S

31、52單片機(jī)作為中央處理控制器。單片機(jī)是微型計(jì)算機(jī)其中很重要的模塊之一，是微型機(jī)技術(shù)發(fā)展到一定時(shí)代的階段的產(chǎn)物，它的全稱是單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱，單片機(jī)。單片機(jī)是把組成微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)功能部件:包括中央處理器(CPU)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、輸入/輸出接口(1/0)、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器及串行通信接口等，通過使用大規(guī)模集成電路的手段將眾多的功能部件集中在一塊小小的芯片當(dāng)中，構(gòu)成一個(gè)體積小，質(zhì)量輕，實(shí)用性高的微型計(jì)算機(jī)。因?yàn)橐陨显?，所以它特別適用于現(xiàn)代控制領(lǐng)域。單片機(jī)結(jié)構(gòu)和指令功能要求全是嚴(yán)格按照工業(yè)控制要求來設(shè)計(jì)的，所以又叫做單片微型控制器(Single Chip Mier

32、oeontroller)。在其他國家叫單片式微型計(jì)算器(Single Chip MICrocomputer)。AT89S52單片機(jī)，含有一個(gè)8位CPU處理器，128B RAM隨機(jī)存儲(chǔ)器，21個(gè)專用寄存器，4KB的內(nèi)部ROM只讀存儲(chǔ)器，4個(gè)8位并行I/O口。綜合各方面考慮，達(dá)到了這次設(shè)計(jì)的要求，所以采用AT89S52單片機(jī)，如圖所示。圖3 AT89S52單片機(jī)3.1.2 振蕩電路 AT89S52的時(shí)鐘方式可以通過兩種方式生成，一種AT89S52內(nèi)部時(shí)鐘方式和一種外部時(shí)鐘方式。AY89S52內(nèi)部時(shí)鐘方式是通過利用AT89S52內(nèi)部的振蕩電路，在XTAL1和XTAL2管腳上外接定時(shí)元件，讓內(nèi)部振蕩電

33、路運(yùn)行，自激振蕩。通過示波器可以明顯的觀察到XTAL2處輸出的波形。定時(shí)元件由晶體振蕩器和電容組成，構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，如圖所示。晶體振蕩器的振蕩頻率大小的變化可在212MHz之間，電容C大小的變化在530pF之間。另一種外部時(shí)鐘方式是XTAL1接地，XTAL2接外部振蕩電源。圖4 振蕩電路3.1.3 復(fù)位單元電路在AT89S52單片機(jī)的振蕩電路工作后，在RST引腳上會(huì)產(chǎn)生24個(gè)振蕩周期以上的高電平，AT89S52單片機(jī)芯片內(nèi)部自動(dòng)初始化復(fù)位。AT89S52復(fù)位后，P0P3口處輸出高電平，在 P0P3口的內(nèi)容就會(huì)是FFH，初值07H寫入入棧指針SP，其余的特殊功能寄存器和程序計(jì)數(shù)器PC將會(huì)被清零

34、。當(dāng)RST引腳由高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖胶螅珹T89S52單片機(jī)便從0地址開始執(zhí)行程序。AT89S52單片機(jī)初始復(fù)位不影響AT89S52的內(nèi)部RAM的狀態(tài)，包括工作寄存器R0R7在內(nèi)。AT89S52復(fù)位后就是變成AT89S52內(nèi)部寄存器的初始化狀態(tài)。AT89S52單片機(jī)的復(fù)位方式通常有兩種，上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位，而此次設(shè)計(jì)采用的是手動(dòng)復(fù)位方式，具體電路如圖所示。圖5 復(fù)位單元3.2 點(diǎn)滴信號(hào)處理單元點(diǎn)滴信號(hào)處理單元又可以劃分為點(diǎn)滴信號(hào)檢測(cè)單元，點(diǎn)滴信號(hào)的比較、濾波、整形單元。3.2.1 點(diǎn)滴信號(hào)檢測(cè)單元 點(diǎn)滴信號(hào)檢測(cè)單元，由名字可以知道是用以檢測(cè)是否有液滴滴下的，傳感器方面采用紅外對(duì)射式光電傳感器，如

35、圖6所示：圖6 點(diǎn)滴信號(hào)檢測(cè)電路 紅外對(duì)射傳感器一般是由紅外發(fā)射管和接收管組成的，它的主要作用是實(shí)現(xiàn)電信號(hào)轉(zhuǎn)化到紅外光信號(hào)再轉(zhuǎn)換電信號(hào)的功能。因?yàn)榭梢姽獠ㄩL(zhǎng)比紅外光波短，相對(duì)而言紅外光不太受到可見光影響，再者其紅外對(duì)射傳感器具有單個(gè)體積小，重量輕，便于裝設(shè)的優(yōu)點(diǎn)。所以成為點(diǎn)滴信號(hào)檢測(cè)單元的首選傳感器。采用脈沖調(diào)制的方式，使受環(huán)境光源的干擾程度達(dá)到最小化、同時(shí)增強(qiáng)信噪比。傳感器的功能就是將被測(cè)量的物理量化學(xué)量變化過程的信號(hào)按照一定的線性關(guān)系轉(zhuǎn)化成為適于傳輸和便于記錄的電壓或電流信號(hào)。所以傳感器輸出的電流信號(hào)，電壓信號(hào)通常比較小，不能直接用來顯示、記錄及進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，因此，我們需要有一個(gè)放大環(huán)節(jié)

36、，把微小的信號(hào)放大到能與A/D轉(zhuǎn)換器輸入電壓，電流能夠匹配的幅度。信號(hào)轉(zhuǎn)換就是把前面由光電傳感器所采集到的光電信號(hào)轉(zhuǎn)換成為A/D轉(zhuǎn)換器能夠處理的電信號(hào)。電阻R8為紅外線發(fā)光二極管的限流電阻，電阻R9則起到電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓電壓的功能。當(dāng)有液滴滴落時(shí)，滴落的液滴到把發(fā)射管發(fā)射的紅外光處，將短暫阻擋接受管收到信號(hào)，這樣引起光敏二極管發(fā)生變化，產(chǎn)生數(shù)值極小的電流值，再通過電阻R9時(shí)，R9就把光敏二極管上的光通量轉(zhuǎn)換到R8上的電流信號(hào)，再通過放大，整形和A/D轉(zhuǎn)換，最后送入至單片機(jī)中進(jìn)行處理。具體到此次設(shè)計(jì)采用的光電傳感器，是使用型號(hào)QT50CM光電傳感器來實(shí)現(xiàn)上述點(diǎn)滴信號(hào)檢測(cè)單元的功能。3.2.2點(diǎn)

37、滴信號(hào)的比較、濾波、整形單元傳感器輸入輸出信號(hào)在實(shí)際應(yīng)用中可以分為兩類:一類為模擬式信號(hào)，例如濕度、溫度、速度等的測(cè)量;另一類為數(shù)字式信號(hào)，例如需要用光電或電磁式傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速等的測(cè)量。對(duì)于模擬量信號(hào)，在進(jìn)行調(diào)整匹配時(shí)，需要經(jīng)過放大電路的放大、調(diào)制與解調(diào)電路的調(diào)制解調(diào)、濾波電路的濾去其他多余波形、采樣保持電路的信號(hào)采樣與維持、A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路的模數(shù)之間的轉(zhuǎn)化。對(duì)于數(shù)字式信號(hào)而言，在進(jìn)行調(diào)控配置時(shí)，通常只需使信號(hào)通過比較器的比較放大及整形電路的波形信號(hào)調(diào)整，進(jìn)而再控制計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)即可。因此點(diǎn)滴信號(hào)是上面所說的第二類信號(hào)，數(shù)字式信號(hào)，只要進(jìn)行比較和整形即可。點(diǎn)滴信號(hào)的比較，濾波，整形單元的

38、比較和轉(zhuǎn)換，整形就是對(duì)由完成紅外光轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，電信號(hào)再轉(zhuǎn)換成所需要的數(shù)字信號(hào)，進(jìn)而再把得到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行整形和模數(shù)變換，以便實(shí)現(xiàn)和單片計(jì)的接口問題。在點(diǎn)滴信號(hào)處理單元中所用的比較器是LM193。它具有可以調(diào)節(jié)失去調(diào)控的電壓使其達(dá)到平衡的端口，并且具有連接負(fù)載可多樣性變化及輸出電流可高達(dá)5OmA的特點(diǎn)，可以很好的達(dá)到點(diǎn)滴信號(hào)處理單元中的信號(hào)的比較放大的目的圖7 點(diǎn)滴信號(hào)的比較、濾波、整形單元3.3 液位檢測(cè)單元考慮到實(shí)際的醫(yī)院衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，醫(yī)用儲(chǔ)液瓶中應(yīng)盡量避免異物進(jìn)入，選擇紅外對(duì)射傳感器方案。雖然儲(chǔ)液瓶壁厚度和外直徑都比滴斗大的多，但在增大了紅外發(fā)射功率后，通過液位高度變化，導(dǎo)致了儲(chǔ)液瓶接收信號(hào)

39、有差異，但還是可以使電流信號(hào)可以達(dá)到3040mV，這說明紅外傳感器對(duì)于液位檢測(cè)單元來說也是可行的。而光電報(bào)警電路只需要在液位下降到設(shè)計(jì)要求液位的高度23cm以下后，發(fā)出警報(bào)信號(hào)，所以就考慮使用和點(diǎn)滴信號(hào)處理單元類似的設(shè)計(jì)電路，然后通過連接至計(jì)數(shù)器或者定時(shí)器T1上，通過掌握T1電平的變化，即可知道檢測(cè)液面是否低于給定液面高度，低于的話，傳送信號(hào)至光電報(bào)警單元然后報(bào)警。這樣，電路可以簡(jiǎn)單、易懂，便于檢測(cè)液位。圖8 液面檢測(cè)單元3.4聲光報(bào)警單元此次設(shè)計(jì)采用一個(gè)蜂鳴器與一個(gè)發(fā)光二極管完成聲光報(bào)警的功能。當(dāng)傳感器檢測(cè)液位，顯示實(shí)時(shí)液位低于給定值或紅外光電傳感器檢測(cè)不到有液滴落下時(shí)，AT89S52單片機(jī)

40、控制蜂鳴器報(bào)警以及發(fā)光二極管發(fā)光工作，傳遞聲光報(bào)警信息。設(shè)計(jì)中的聲光報(bào)警單元分為兩部分:一是光報(bào)警。它是利用AT89S52的I/0口控制驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管工作完成光報(bào)警的功能。二是聲報(bào)警。它是利用蜂鳴器能發(fā)出聲音告訴人們。在此次設(shè)計(jì)過程中光報(bào)警部分是在AT89S52的P3.4腳上接一個(gè)發(fā)光二極管，當(dāng)報(bào)警信號(hào)來臨時(shí)，它發(fā)出一亮一滅閃爍的光信號(hào)及時(shí)的通知護(hù)士人員進(jìn)行儲(chǔ)液瓶的處理。聲報(bào)警部分，它是利用報(bào)警器來完成的?，F(xiàn)在市面上使用的報(bào)警器的種類很多，比如:揚(yáng)聲器。蜂鳴器燈。此次設(shè)計(jì)中選用電磁式蜂鳴器作為報(bào)警器。蜂鳴器接通電源后，蜂鳴器里的振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過蜂鳴器里的電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)

41、。蜂鳴器里的振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振蕩發(fā)出聲音。以達(dá)到以上的聲光報(bào)警單元的功能要求。圖9 聲光報(bào)警單元3.5 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元這部分主要由步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路和一定的機(jī)械結(jié)構(gòu)組成。電機(jī)安裝在地面，電機(jī)的主軸上通過纏繞一根軟線，而軟線則通過連著支架頂部的滑輪并一端系在儲(chǔ)液瓶上，從而達(dá)到電機(jī)的旋轉(zhuǎn)可有效調(diào)控點(diǎn)滴裝置的高度。步進(jìn)電機(jī)是單純的數(shù)字式控制電動(dòng)機(jī)，將電脈沖信號(hào)即可轉(zhuǎn)換成步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的角位移，步進(jìn)電機(jī)比其他類型的電動(dòng)機(jī)更適合于這個(gè)裝置，所以選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，用來控制儲(chǔ)液瓶的高度，從而控制點(diǎn)滴速度。就本設(shè)計(jì)要求而言，通過上網(wǎng)查閱相關(guān)資料得知目前醫(yī)院使用的輸液瓶有玻璃瓶、塑

42、料瓶、塑料袋3種，最常見的有100ml、250ml和500ml三種規(guī)格。以500ml的玻璃輸液瓶為例子，測(cè)得其質(zhì)量最多1Kg，通過G=mg (1)可以算出其重量為9.8N，根據(jù) P=FV/k （2）其中P為功率（KW），F(xiàn)為重力（kN),k為傳動(dòng)機(jī)械效率（一般為0.8）可以算出需要的電機(jī)的功率為0.6w，通過上網(wǎng)查詢可知吉利牌550型微型電機(jī)的額定功率為0.5-240W,符合設(shè)計(jì)的需要，所以本設(shè)計(jì)選擇吉利牌550型電機(jī)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片方面采用一種高電壓、大電流兩通道的直流驅(qū)動(dòng)的L298與L297,其中L297是步進(jìn)電機(jī)前級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片，由此前兩個(gè)芯片配合使用能組成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的電流過

43、小，無法驅(qū)動(dòng)電機(jī)，L298在組合的驅(qū)動(dòng)電路中起到放大電流的作用。L298有四個(gè)輸入，四個(gè)輸出；并且有兩個(gè)使能端。一般情況下，可以直接把EA,EB兩個(gè)使能端接高電平，直接通過控制輸入口輸出口即接單片機(jī)的I/O口,來控制電機(jī)。圖10 L298內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.6鍵盤單元本設(shè)計(jì)因使用的按鍵較多，所以采用行列式鍵盤。而一個(gè)完整的行列式鍵盤應(yīng)當(dāng)達(dá)到以下功能要求：（1）檢測(cè)有無按鍵按下，并采取硬件或軟件去機(jī)械抖動(dòng)的方法，克服鍵盤按鍵機(jī)械觸點(diǎn)抖動(dòng)，所造成按鍵誤判的使用問題。（2）有健全可靠的邏輯處理方法。每次僅處理一個(gè)按鍵，期間無論任何按鍵的何種按下對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行不產(chǎn)生任何的影響，并且無論一次按鍵時(shí)間有多長(zhǎng)，系統(tǒng)

44、都只實(shí)現(xiàn)一次按鍵功能程序的安全有效運(yùn)行。（3）能夠準(zhǔn)確輸出按鍵值，并符合系統(tǒng)跳轉(zhuǎn)指令的各項(xiàng)要求。使用行列式鍵盤可以很好的達(dá)到以上鍵盤單元的功能條件。圖11 鍵盤單元電路3.7 LCD顯示單元顯示電路主要實(shí)現(xiàn)對(duì)輸液過程中點(diǎn)滴速度的實(shí)時(shí)顯示，此次設(shè)計(jì)采用顯示器液晶LCD1602來實(shí)現(xiàn)。LCD1602又名液晶型工業(yè)字符顯示器，能夠一時(shí)間顯示32個(gè)字符，一般有14條引腳線或16腳引腳線，多出來的兩條線是背光電源線與接地線。 LCD1602還提供各種控制命令：（1）清顯示，指令碼01H,光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置；（2）光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H；（3）光標(biāo)和顯示模式設(shè)置I/D；（4）顯示開關(guān)控制等多

45、種功能。圖12 LCD顯示單元4系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)該系統(tǒng)在硬件方面控制核心是AT89S52單片機(jī)，而在軟件方面，其核心是程序，程序是單片機(jī)系統(tǒng)的控制關(guān)鍵，一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)的各項(xiàng)功能能否很好的去實(shí)現(xiàn)，是否有較強(qiáng)的可靠性，在非常大程度上都取決于程序本身是否科學(xué)合理可行。而本裝置的系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的要點(diǎn)在于:(1)定時(shí)器O中斷處理程序，主要是用于對(duì)光電傳感器傳送過來的點(diǎn)滴信號(hào)進(jìn)行精確的計(jì)數(shù)；(2)定時(shí)器1中斷處理程序，主要是用于對(duì)光電傳感器傳送過來的檢測(cè)液位高度的實(shí)時(shí)信號(hào)中所進(jìn)行的中斷處理；(3)主控模塊框架科學(xué)合理的構(gòu)建，關(guān)鍵點(diǎn)是處理器各種資源的科學(xué)分配和合理運(yùn)用；所以達(dá)到以上程序設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，顯得至關(guān)重

46、要。4.1主控程序設(shè)計(jì)主控模塊作為核心程序，在運(yùn)行的時(shí)候保證對(duì)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)與部分串口進(jìn)行初始化處理，然后協(xié)調(diào)各子程序進(jìn)行有條不紊的運(yùn)行。此次設(shè)計(jì)的初始化工作主要包括以下兩方面，一方面是對(duì)串口進(jìn)行初始化處理，讓串口工作在方式1，波特率則由定時(shí)器T1的溢出率進(jìn)行給定，設(shè)置為1200bit/s，并使其處于允許接收的狀態(tài)。AT89S52單片機(jī)其他單元電路中的頻率也為11.0592MHz，需要將定時(shí)器1的初始值設(shè)定為248(0E8)。因?yàn)榇跀?shù)據(jù)通信過程中的發(fā)送與接收都必須由中斷的方式來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，所以還必須設(shè)定串口通信的中斷方式；另一方面是對(duì)于外部中斷0的設(shè)置，在點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置中，每當(dāng)有液滴下落時(shí)，點(diǎn)滴

47、信號(hào)檢測(cè)電路就會(huì)將紅外線對(duì)射傳感器產(chǎn)生的電信號(hào)采集到，并送到信號(hào)比較放大，整形與A /D轉(zhuǎn)換單元電路中，然后生成一個(gè)數(shù)字脈沖信號(hào)，送至AT89S52單片機(jī)內(nèi)部使其生成一個(gè)外部中斷0。系統(tǒng)在此中斷計(jì)數(shù)的過程中，需要開啟外部中斷0的方式，且將外部中斷0設(shè)置在電平觸發(fā)模式，以及用于技術(shù)上的R4寄存器的清零處理。圖13 主控程序流程圖4.2點(diǎn)滴速度測(cè)量程序設(shè)計(jì)點(diǎn)滴速度可以有以下兩種方式進(jìn)行測(cè)量：方式一：用時(shí)間單位為點(diǎn)滴間隔，在采集一次點(diǎn)滴的時(shí)間，通過60除以點(diǎn)滴單位時(shí)間就可獲得每分鐘內(nèi)的點(diǎn)滴數(shù)目的方法。這種方法使用到除法步驟，并且當(dāng)點(diǎn)滴速度很大時(shí)，點(diǎn)滴數(shù)目測(cè)量誤差也會(huì)相對(duì)變大，因此測(cè)量點(diǎn)滴單位時(shí)間的誤

48、差會(huì)被60秒這一段時(shí)間單位進(jìn)行擴(kuò)大。但這個(gè)方法在修正點(diǎn)滴速度時(shí)，可以實(shí)時(shí)的掌握點(diǎn)滴速度變化情況，可以在調(diào)整點(diǎn)滴速度中得以適當(dāng)運(yùn)用。方式二：以單位時(shí)間采集點(diǎn)滴數(shù)目實(shí)現(xiàn)點(diǎn)滴速度的測(cè)量方法。通過簡(jiǎn)單的乘法步驟就可預(yù)算出點(diǎn)滴速度，但此方法也存在與方式一類似的問題，在單位時(shí)間內(nèi)有可能得不到完整的點(diǎn)滴數(shù)目，從而產(chǎn)生一定的點(diǎn)滴數(shù)目測(cè)量誤差。可是，此方法在點(diǎn)滴速度相對(duì)恒定的狀況下來說，可以使用不同時(shí)間段里的多個(gè)單位時(shí)間獲取點(diǎn)滴數(shù)目平均值的方法，從而求得單位時(shí)間的平均點(diǎn)滴數(shù)目，減少實(shí)驗(yàn)誤差，從而可以達(dá)到較高的測(cè)量點(diǎn)滴速度的精準(zhǔn)度。在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，就是采用這兩種方式相結(jié)合的辦法進(jìn)行測(cè)量。以點(diǎn)滴為單位，同時(shí)采集單位

49、時(shí)間內(nèi)的點(diǎn)滴數(shù)。通過對(duì)多個(gè)點(diǎn)滴同時(shí)進(jìn)行測(cè)量計(jì)算出點(diǎn)滴速度。實(shí)現(xiàn)原理如下：AB中斷計(jì)數(shù)中斷計(jì)數(shù)圖14 速度計(jì)算實(shí)現(xiàn)原理采用定時(shí)器T0定時(shí)，時(shí)間為200us，當(dāng)采集到第一個(gè)出現(xiàn)的脈沖信號(hào)時(shí)，程序轉(zhuǎn)到中斷處理部分，將計(jì)數(shù)器COUNT存儲(chǔ)內(nèi)容輸出，再將計(jì)數(shù)器COUNT清零作為記錄脈沖信號(hào)的初始值計(jì)為COUNT0，當(dāng)定時(shí)器定時(shí)到達(dá)200us時(shí)，中斷程序采集到輸入信號(hào)，檢測(cè)此時(shí)是否有脈沖信號(hào)傳送到，是就將計(jì)數(shù)器COUNT內(nèi)容加1即為COUNT=1，設(shè)定另外的計(jì)數(shù)器COUNT1采集檢測(cè)到的數(shù)字脈沖信號(hào)數(shù)目，給定計(jì)數(shù)器COUNT1的存儲(chǔ)單元大小為10，這樣可以知道循環(huán)存儲(chǔ)脈沖次數(shù)。在定時(shí)器COUNT1中取出5

50、個(gè)相臨脈沖信號(hào)點(diǎn)，假設(shè)脈沖起始點(diǎn)是y，此時(shí)相應(yīng)的計(jì)數(shù)器COUNT內(nèi)值是n1，第五個(gè)脈沖點(diǎn)就是y+5，此時(shí)相應(yīng)的計(jì)數(shù)器COUNT內(nèi)值是n2，這樣就能精確的計(jì)算出5個(gè)脈沖點(diǎn)所需要的時(shí)間為： (3)由式(3)得到臨近時(shí)間段里的脈沖信號(hào)時(shí)間間隔的平均值，這樣就可以得到，點(diǎn)滴速度： (4) 其中根據(jù)上面的公式分析和計(jì)算，得到點(diǎn)滴速度測(cè)量的程序流程圖如圖。圖14 點(diǎn)滴速度測(cè)量程序流程圖4.3電機(jī)控制程序設(shè)計(jì)4.3.1 電機(jī)控制原理電機(jī)控制原理：檢測(cè)液體實(shí)時(shí)的點(diǎn)滴速度，與150滴/分進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)實(shí)時(shí)的點(diǎn)滴速度小于150滴/分時(shí)，電機(jī)控制儲(chǔ)液瓶裝置緩慢上升直到實(shí)時(shí)的點(diǎn)滴速度到達(dá)150滴/分。慢慢得在降低儲(chǔ)液瓶

51、高度，在采集實(shí)時(shí)的點(diǎn)滴速度，和相應(yīng)儲(chǔ)液瓶高度建立一一對(duì)應(yīng)表?？梢酝ㄟ^兩種方式生成列表。方式一：等間隔方式生成列表。步進(jìn)電機(jī)工作在非勻速狀態(tài)，維持儲(chǔ)液瓶等間隔下降。通過儲(chǔ)液瓶高度與點(diǎn)滴速度存在一定的線性關(guān)系，可以得到等間隔方式生成的比較精準(zhǔn)的電機(jī)控制列表，但是此時(shí)就要完成電機(jī)的非勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的控制，在這方面就無形中增加了相應(yīng)軟件的難度。方式二：步進(jìn)電機(jī)勻速生成列表。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)處于正常工作中的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，電機(jī)繞線半徑相對(duì)變小，儲(chǔ)液瓶裝置在同樣單位時(shí)間內(nèi)下降位移間隔變減小，這樣使得點(diǎn)滴速度較小時(shí)調(diào)節(jié)范圍縮小，從而使勻速狀態(tài)調(diào)節(jié)效果比等間隔產(chǎn)生的效果更好，更為科學(xué)合理。綜合比較，在設(shè)計(jì)過程與實(shí)際檢測(cè)中，觀

52、察到使用步進(jìn)電機(jī)勻速方式生成列表整體效果比較好，實(shí)用性搞，因此采取步進(jìn)電機(jī)勻速方式生成電機(jī)控制列表的方式。4.3.2點(diǎn)滴速度控制程序設(shè)計(jì)通過掌控儲(chǔ)液瓶高度來完成對(duì)點(diǎn)滴速度的控制，而儲(chǔ)液瓶高度是由步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制的，那么就可以直接避免去實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)?chǔ)液瓶高度的大小，而是采用間接的方法，通過改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)液瓶高度的控制，進(jìn)而達(dá)到點(diǎn)滴速度控制的目的。在對(duì)點(diǎn)滴速度進(jìn)行控制之前，AT89S52單片機(jī)通過算得電機(jī)的轉(zhuǎn)速大小和儲(chǔ)液瓶高度大小之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，再生成儲(chǔ)液瓶高度與點(diǎn)滴速度有一一對(duì)應(yīng)規(guī)律的列表。為了保證控制過程的精準(zhǔn)度，必須縮短實(shí)時(shí)控制中的調(diào)節(jié)時(shí)間，可以先進(jìn)行大范圍的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)到給定的點(diǎn)

53、滴速度周圍時(shí)，再由微調(diào)的方式將點(diǎn)滴速度控制在滴的精度內(nèi)。圖15 步進(jìn)電機(jī)調(diào)整點(diǎn)滴速度程序流程根據(jù)試驗(yàn)及查詢相關(guān)書籍期刊，得知液體的點(diǎn)滴速度和儲(chǔ)液瓶的高度成線性對(duì)應(yīng)規(guī)律，如下圖，如果我們把每厘米對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)液瓶高度值輸入AT89S52單片機(jī)，然后根據(jù)現(xiàn)在實(shí)時(shí)的點(diǎn)滴速度和鍵盤輸入的點(diǎn)滴速度相比較，如果實(shí)時(shí)的點(diǎn)滴速度過大，使步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行反轉(zhuǎn)，調(diào)整儲(chǔ)液瓶到相應(yīng)的高度；如果實(shí)時(shí)的點(diǎn)滴速度過小，使步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)，調(diào)整儲(chǔ)液瓶到相應(yīng)的高度。但步進(jìn)電機(jī)是在理想條件下的勻速運(yùn)動(dòng)的情況下進(jìn)行調(diào)整，而實(shí)際情況是步進(jìn)電機(jī)不會(huì)再勻速情況下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，因而生成了一定的誤差，但由于是在條件允許的誤差范圍內(nèi)，所以是可以接受的，可見

54、此種方法是可以很好的調(diào)控點(diǎn)滴速度的。4.4報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì)檢測(cè)液位是否低于預(yù)定值的報(bào)警模塊程序的設(shè)計(jì)主要是INT1中斷來完成的。一旦感應(yīng)到光電傳感器有信號(hào)波動(dòng)，類似于在檢測(cè)點(diǎn)液速度時(shí)有液體滴下，表明液位已經(jīng)低于所設(shè)定的預(yù)定值。此時(shí)INT1的電平發(fā)生變化，INT1開始運(yùn)行，給報(bào)警標(biāo)志位置1，并把單片機(jī)的P3.4引腳置1，使其驅(qū)動(dòng)蜂鳴器和發(fā)光二極管聲光報(bào)警，達(dá)到告訴護(hù)士要及時(shí)更換儲(chǔ)液瓶的目的。圖16 報(bào)警模塊程序流程圖4.5 輸入鍵盤模塊程序設(shè)計(jì) 輸入鍵盤使用的是行列鍵盤，行列鍵盤中，列線通過電阻接正電源，并將列線所接的AT989S52單片機(jī)的I/O口作為輸出端子，而行線所接的AT89S52單片機(jī)

55、的I/O口則作為輸入。這樣，當(dāng)按鍵沒有按下時(shí)，所有的輸出端都是低電平，代表無鍵按下。列線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線電流就會(huì)被降低，這樣，通過關(guān)注讀入輸入線的狀態(tài)變化就可得知是否有鍵按下了。確定行列式鍵盤上具體是哪個(gè)鍵被按下使用的是“行掃描法”。1、搜索鍵盤中有無鍵按下 設(shè)全部列線Y0-Y3置為低電平，然后檢測(cè)行線的狀態(tài)。只要有一行行線的電平為低電平，則表明鍵盤中有鍵被按下，而且被按下的鍵位于低電平線與4根列線相交的4個(gè)按鍵當(dāng)中。若所有行線均處于高電平，則鍵盤中無鍵按下。2、搜索被按下的鍵的所在的位置 在確認(rèn)有鍵按下后，即進(jìn)入具體確定閉合鍵所在位置的過程。其方法是：逐一將列線置為低電平

56、狀態(tài)，即在設(shè)某根列線為低電平狀態(tài)時(shí)，其它線為高電平狀態(tài)。在知道某根列線位置為低電平后，再逐個(gè)檢測(cè)各行線實(shí)時(shí)的電平狀態(tài)。若某行為低，則該行線與設(shè)為低電平的列線交叉處的按鍵就是被按下的按鍵。AT89S52單片機(jī)的P1口用作鍵盤I/O口，鍵盤的行線接到P1口的低4位，鍵盤的列線接到P1口的高4位。行線P1.0-P1.3分別接有4個(gè)上拉電阻到正電源+5V，并把行線P1.0-P1.3設(shè)置為輸入線，列線P1.4-P.17設(shè)置為輸出線。4根行線和4根列線形成16個(gè)相交點(diǎn)按鍵。一個(gè)科學(xué)的鍵盤程序應(yīng)該達(dá)到以下的要求：1、檢測(cè)當(dāng)前是否有鍵按下。檢測(cè)的方法是將P1.4-P1.7輸出全設(shè)置為“0”，讀取此時(shí)P1.0-

57、P1.3的狀態(tài)，若P1.0-P1.3為全“1”，則表示無鍵按下，否則表示有鍵按下。2、去除鍵抖動(dòng)。當(dāng)檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，經(jīng)過延時(shí)程序，延時(shí)一段時(shí)間再做下一步的檢測(cè)判斷。3、若有鍵按下，應(yīng)識(shí)別出是哪一個(gè)鍵按下。處理方法是對(duì)鍵盤的行線以及列線進(jìn)行全盤掃描。4、為了達(dá)到設(shè)計(jì)要求，鍵每閉合一次CPU僅進(jìn)行一次運(yùn)行，必須消除鍵釋放時(shí)的觸點(diǎn)機(jī)械抖動(dòng)的問題。圖17 鍵盤行掃描法掃描流程圖圖18 鍵盤輸入程序4.6 LCD顯示模塊程序設(shè)計(jì)LCD顯示模塊通過反向器驅(qū)動(dòng)LCD顯示器，來顯示出當(dāng)前實(shí)時(shí)點(diǎn)滴速度。圖19 LCD顯示程序流程圖5系統(tǒng)仿真5.1 程序編譯此次設(shè)計(jì)的程序編譯是在keil軟件中進(jìn)行的，步驟如下：第一步：新建工程。在“菜單欄”“Project”“New”“ vision Project”輸入要保存的工程名。根據(jù)AT89S52單片機(jī)的型號(hào)選擇CPU處理器，如圖20所示，然后點(diǎn)擊“確定”圖20 新建工程第二步：新建文件并保存。文件名要帶擴(kuò)展名。用C語言編寫出的程序，文件擴(kuò)展名為“.c”；用匯編語言編寫的程序，文件擴(kuò)展名為“.asm”。本次設(shè)計(jì)編程為C語言，所以文件擴(kuò)展