基于51單片機的紅外點滴檢測系統(tǒng)的設(shè)計與制作

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計

目錄

1產(chǎn)品功能分析...........................................................................................................1

2設(shè)計方案遴選...........................................................................................................1

2.1單片機的選擇...............................................................................................1

2.2系統(tǒng)框圖設(shè)計...............................................................................................2

3產(chǎn)品硬件設(shè)計...........................................................................................................2

3.1電路原理圖及工作原理................................................................................2

3.2STC89C52RC單片機核心的電路..................................................................3

3.3共陽數(shù)碼管顯示模塊電路...........................................................................6

3.4紅外檢測電路...............................................................................................6

3.3.1光電傳感器..........................................................................................6

3.3.2信號放大..............................................................................................7

3.5聲光報警電路................................................................................................9

4產(chǎn)品軟件設(shè)計.........................................................................................................10

4.1主程序流程圖.............................................................................................10

4.2程序.............................................................................................................10

4.3產(chǎn)品程序清單.............................................................................................11

5產(chǎn)品使用說明.........................................................................................................12

5.1產(chǎn)品裝配圖.................................................................................................12

5.2產(chǎn)品調(diào)試.....................................................................................................12

5.3產(chǎn)品使用說明.............................................................................................13

6產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)標準.................................................................................................13

參考資料.....................................................................................................................14

附錄.............................................................................................................................15

附錄1元器件清單............................................................................................15

附錄2電路原理圖............................................................................................16

附錄3PCB設(shè)計圖.............................................................................................17

I

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計

附錄4產(chǎn)品實物圖............................................................................................18

附錄5主程序代碼............................................................................................19

II

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計

基于51單片機的紅外點滴檢測系統(tǒng)的設(shè)計與制作

1產(chǎn)品功能分析

靜脈輸液，是醫(yī)療中常用的藥物治療技術(shù)。根據(jù)病人的狀況，應(yīng)用不同的

藥物，導致不同的滴速。輸液的時候，醫(yī)務(wù)人員必須不斷檢查輸液率是否異常，

輸液是否結(jié)束，這消耗了大量的時間和精力。為了改變這種狀況,用科技代替人

力，讓病人在輸液的時候得到智能的監(jiān)視以及報警,研制了紅外點滴檢測系統(tǒng)。

本系統(tǒng)采用的是單片機系統(tǒng)，單片機操作多機控制系統(tǒng)，它不僅可以減輕醫(yī)務(wù)

人員的壓力，還可以提高他們的工作效率。有時候，在人為控制下也可能因為

不注意而給安全設(shè)施帶來困擾，而且人工控制輸液率也很難把控，使用單片機

設(shè)計產(chǎn)品，只要考慮到設(shè)計，最后操作就不會帶來這個問題。總的來說，它可

以提高醫(yī)療醫(yī)院服務(wù)的效率和質(zhì)量，減少護士數(shù)量，降低看護強度，防止病毒

交叉感染，減少醫(yī)療事故。

2設(shè)計方案遴選

在進行硬件電路搭建前必須得選擇好合適的產(chǎn)品的零部件，以發(fā)揮器件的

基本功能。

一個完整的紅外點滴檢測系統(tǒng)需要幾個零部件組成，有很多模塊可供我們

選擇，需要我們在經(jīng)濟水平以及產(chǎn)品兼容性上來考慮，產(chǎn)品的基本形式是由顯

示功能，報警功能，紅外檢測等組成。

2.1單片機的選擇

方案1：使用STM32系列單片機

STM32單片機該款產(chǎn)品的優(yōu)缺點：STM32系列主要是針對低成本和功耗低以

及高性能要求的嵌入式應(yīng)用而設(shè)計的ARM，基本集成市場市面中工業(yè)領(lǐng)域的功

能的STM32，唯一美中不足的地方在于成本偏高，使用起來較為復雜，對一個學

生來講，這兩個缺點都是偏大的。

方案2：使用52系列單片

52單片機該款產(chǎn)品的優(yōu)缺點：52單片機是屬于很容易上手，并且很經(jīng)典的

一款產(chǎn)品，軟件到內(nèi)部硬件有一套完整的按位操作系統(tǒng)，通?？梢苑Q為微處理

器。片內(nèi)RAM的雙功能地址范圍是它所具有的功能以及乘法和除法指令，使用

1

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計

極為靈活，但是沒有完美無瑕的產(chǎn)品以及毫無邏輯漏洞的程序，52單片機也還

是有缺點的，比如AD、EEPROM之類的功能需擴展，增加了硬軟件的負擔，且保

護芯片能力較差，很容易燒掉芯片，綜合成本、技術(shù)成熟程度以及產(chǎn)品功能的

需求，所以我選擇了52系列的單片機。

2.2系統(tǒng)框圖設(shè)計

產(chǎn)品系統(tǒng)框圖設(shè)計如下：

圖1系統(tǒng)框圖

3產(chǎn)品硬件設(shè)計

3.1電路原理圖及工作原理

該產(chǎn)品利用光電傳感器作為轉(zhuǎn)換元件，先收集用于檢測點滴通過的紅外光，

再將它轉(zhuǎn)換為電信號，并使用電子儀器進行顯示。本系統(tǒng)主要由核心電路、紅

外檢測電路、數(shù)碼管顯示電路、電源電路、光電報警電路組成。

2

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計

圖2產(chǎn)品電路原理圖

3.2STC89C52RC單片機核心的電路

圖3核心電路圖

本核心電路也包括了按鍵電路，設(shè)計了三個按鍵，一個加鍵，一個減鍵，

一個復位按鍵，重新設(shè)置時間可以按下復位按鍵，來實現(xiàn)要求的時間。當電路

處于穩(wěn)定狀態(tài)的時候，電容器在這里起隔離的作用，隔離VCC。而此時復位按鍵

的狀態(tài)為彈出，電路的下方是沒有電壓差的。因此，按鍵和電容器C1的下部的

電位為0V。而此單片機正常工作必須低電平，復位必須高電平。

然后采用STC89C52RC這塊芯片的原因不僅僅是它低功耗，高性能，可以抗

3

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計

干擾，傳統(tǒng)8052單片機也能夠兼容指令代碼，可以自主選擇6時鐘、機器周期

和12時鐘、機器周期。這款芯片的選擇，主要是因為本設(shè)計并不追求最小功耗

或者最強性能，最關(guān)鍵的是為了在實現(xiàn)設(shè)計中的功能中的前提中，還能提供其

他的功能和接口以便于設(shè)計各類項目所需要的各種外圍擴展電路，因為簡單容

易上手，所以這款芯片使用廣泛，有很不錯的學習價值。

STC89C52RC單片機引腳功能：

1電源:

①VCC：接電源；

②VSS：接地端；

2.時鐘:

XTAL1、XTAL2：內(nèi)部振蕩的輸入端和輸出端。

3.控制線:控制線共有4根

（1）ALE/PROG:地址鎖存允許，片內(nèi)EPROM編程脈沖

①ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址

②PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入

編程脈沖。

（2）PSEN:外ROM讀選通信號。

（3）RST/VPD:復位/備用電源。

①RST（Reset）功能：復位信號輸入端。

②VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。

（4）EA/Vpp:內(nèi)外ROM選擇，片內(nèi)EPROM編程電源。

①EA功能：內(nèi)外ROM選擇端。

②Vpp功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源

Vpp。

4.I/O口線：P0、P1、P2、P3共四個八位口。

P0口是三態(tài)雙向口，通稱數(shù)據(jù)總線口，P0口用以輸出外部存儲器的低8位

地圖1址。

P1口是專門供用戶使用的I/O口,是準雙向口。

P2口是從系統(tǒng)擴展時作高8位地址線用。

P3口是雙功能口,該口的每一位均可獨立地定義為第一I/O功能或第二I/O

功能。作為第一功能使用時操作同P1口。

4

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計

STC89C52RC單片機引腳圖（a）如圖所示：

圖4STC89C52RC單片機引腳圖

STC89C52RC單片機實物圖如圖所示：

圖5STC89C52RC單片機實物圖

5

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計

3.3共陽數(shù)碼管顯示模塊電路

圖6顯示器電路原理圖

他們的陽極連在一起，陰極低電平才亮。

3.4紅外檢測電路

3.3.1光電傳感器

傳感器由紅外發(fā)光和紅外接收組成。

接收管工作原理：紅外接收二極管在反向電壓作用下工作。光電流是紅外

接收二極管在一般照度的照射下而產(chǎn)生的電流。如果負載連接到外部電路，則

在負載上獲得電信號，并且電信號隨著光的變化而變化。

發(fā)射管工作原理：當發(fā)射紅外線來控制設(shè)備的時候，控制距離與發(fā)射功率

成正比例。向驅(qū)動管添加一定頻率的脈沖電壓，就可以使紅外發(fā)光二極管產(chǎn)生

調(diào)制光。當紅外光發(fā)射二極管發(fā)射紅外光的時候，受控器件內(nèi)必須要有對應(yīng)的

紅外光轉(zhuǎn)換為電信號的元件，如光電三極管和紅外接收二極管。

當使用紅外發(fā)光二極管作為光源時，呼吸運動引起的脈搏波曲線漂移可以

基本得到抑制。紅外發(fā)光二極管的照射可以使紅外接收二極管可以產(chǎn)生電能，

6

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計

其特點是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。在該設(shè)計中，紅外接收二極管和紅外發(fā)射二

極管面對面放置，隔開一指的距離，就可以得到最佳指向特性。光源發(fā)出的

光，一部分被手指組織吸收，一部分光通過血液的漫反射返回，剩余的光則通

過透射。

圖7檢測電路

3.3.2信號放大

LM393引腳功能表

引出端序

符合功能

號

1OUTA輸出A

2INA-反向輸出A

3INA+同相輸出A

4GND接地端

5INB+同向輸出B

7

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計

6INB-反相輸出B

7OUTB輸出B

8VCC電源電壓

圖8LM393內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

由于光電傳感器所輸出的信號波源低強度以及等效于正弦波的波形，如圖

9所示，因此需要進行放大整形的操作，使信號能夠以較強方波形式來輸出。

圖9信號放大電路

圖10為正弦信號通過放大整形電路之后得到的方型波。

8

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計

圖10整形后的方波

圖11為脈沖信號在放大整形前后的對比。

圖11脈沖信號對比

3.5聲光報警電路

圖12光電報警電路

當網(wǎng)絡(luò)結(jié)點P27為高電平的時候，Q1截至，蜂鳴器不響，二極管滅；當網(wǎng)

絡(luò)節(jié)點P27為低電平的時候，Q1導通，蜂鳴器發(fā)出響聲，二極管亮。然后R3

主要是為了限制發(fā)光二極管的電流。

9

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計

4產(chǎn)品軟件設(shè)計

本程序采用C語言，KELL編程環(huán)境好，程序的可讀性非常好。而且是由模

塊化設(shè)計，多個程序和模塊化程序組成的整體程序。

4.1主程序流程圖

首先啟動程序，然后初始化程序。初始化主要包括設(shè)置專用寄存器、定時

器工作模式以及微控制器中每個端口的工作狀態(tài)。系統(tǒng)初始化后，執(zhí)行定時器

中斷、外部中斷、顯示器和其他任務(wù)。

啟動程序，然后初始化程序。初始化包括設(shè)置專用寄存器、設(shè)置定時器模

式以及微控制器上每個端口的操作狀態(tài)。當系統(tǒng)初始化時，會執(zhí)行定時器中斷、

外部中斷、監(jiān)視器和其他操作。

流程如圖所示。

圖13主程序流程圖

4.2程序

對程序的編寫結(jié)束之后，就需要通過軟件對所編寫的程序進行測試和編譯，

10

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計

若是不能通過編譯，則需要再進行修改。

圖14程序編譯圖

4.3產(chǎn)品程序清單

圖15程序清單

11

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計

5產(chǎn)品使用說明

5.1產(chǎn)品裝配圖

本產(chǎn)品是由STC89C52RC單片機，紅外感應(yīng)模塊，數(shù)碼管顯示模塊，報警模

塊組成。

圖16裝配圖

5.2產(chǎn)品調(diào)試

檢查單片機所有的部件是否都焊接到萬能板之上，由于是手工焊接，所以

需要對每一個焊點進行仔細檢查，確保沒有虛焊漏焊，以及是否有毛刺等。

可以利用萬能表進行測試板件，查看各焊點連接狀況是否合格，是否有短

路的現(xiàn)象。最后進行上電檢查。若都無問題，則可以將編寫的程序燒錄到單片

12

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計

機之中。

程序燒錄成功界面如上圖：

圖17程序燒錄圖

5.3產(chǎn)品使用說明

1、接上電源上電，再按下電源開關(guān)，紅外傳感器檢測時間。

2、可以通過設(shè)置的加鍵和減鍵設(shè)置時間，時間在數(shù)碼管上顯示。

3、如果點滴在設(shè)置的時間內(nèi)沒有經(jīng)過，就會警報10秒鐘，以此提示工作

人員，如果經(jīng)過就不報警。

4、若需要重新設(shè)置時間則按下復位按鍵。

6產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)標準

[1]J-STD-001E電氣與電子組件的焊接要求

[2]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E電子組件的可接受性要求

[3]IPC-7711/21電子組件和電路板的返工&返修

[4]GB/T11457-2006信息技術(shù)軟件工程術(shù)語；

[5]GB/T8566-2007信息技術(shù)軟件生存周期過程標準；

[6]GB/T8567-2006計算機軟件文檔編制規(guī)范。

13

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計

參考資料

[1]苪延年《機電一體化系統(tǒng)綜合設(shè)計及應(yīng)用實例》.中國電力出版社[M].2011

[2]苪延年；郭旭紅《機電一體化原理及應(yīng)用》.蘇州大學出版社[M].2004

[3]何立民.《MCS-52系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計》.北京航空航天大學出版社[M].1990

[4]唐瑞庭.《微型計算機原理》人民郵電出版社[M].1995

[5]李水飛.《AV功放原理與維修》.北京科學技術(shù)出版社2005

[6]封士彩；王長全；王建平；周連佺.《機電一體化導論》.西安電子科技大學出版社[M].2017

14

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計

附錄

附錄1元器件清單

基于51單片機紅外點滴檢測系統(tǒng)的設(shè)計與制作20級移動互聯(lián)1班張晶晶

序號元件標號元件名稱封裝規(guī)格數(shù)量

1B1蜂鳴器Bett120951

2C1電容C_1010uF1

3C2,C3電容CAPCP20pf2

發(fā)光二極

4D1，D2LED直插D2

管

5D4紅外發(fā)射LED直插5mm1

6D3紅外接收hyhwai5mm1

POWER-

7P1電源接口電源輸入1

小電源座

s三極管直

8Q1三極管90121

插

9R1,R3,R4,R5電阻AXIAL0.31K4

10R2,R6電阻AXIAL0.310k2

可調(diào)電位

11R7VR10-10k1

器

12S1,S2,S3按鍵SW1_keySW3

13SW1電源開關(guān)SW1電源開關(guān)1

14U1單片機U1STC89C52RC1

15U2數(shù)碼管smg_1smg_11

16U3比較器LM393LM3931

17Y1晶振16M12M1

15

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計

附錄2電路原理圖

16

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計

附錄3PCB設(shè)計圖

17

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計

附錄4產(chǎn)品實物圖

正面：

反面：

18

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計

附錄5主程序代碼

//基于51單片機的紅外點滴檢測系統(tǒng)的設(shè)計與制作

//移動互聯(lián)應(yīng)用技術(shù)1班張晶晶40

#include<reg52.h>//調(diào)用單片機頭文件

#defineucharunsignedchar//無符號字符型宏定義變量范圍0~255

#defineuintunsignedint//無符號整型宏定義變量范圍0~65535

//數(shù)碼管段選定義0123456789

ucharcodesmg_du[]={0x21,0x6f,0x32,0x26,0x6c,0xa4,0xa0,0x2f,0x20,0x24,

//ABCDEF不顯示

0x28,0xe0,0xb1,0x62,0xb0,0x48};//斷碼

uchardis_smg[1]=0;

sbitbeep=P2^7;//蜂鳴器

sbithw=P3^2;//紅外

ucharset_time;//設(shè)置的時間

ucharflag_alarm;//報警標志位

ucharmiao;

ucharflag_v;

/***********************1ms延時函數(shù)*****************************/

voiddelay_1ms(uintq)

{

uinti,j;

for(i=0;i<q;i++)

for(j=0;j<120;j++);

}

/********************獨立按鍵程序*****************/

voidkey()//獨立按鍵程序

{

staticucharkey_new;

P1|=0x03;

if((P1&0x03)!=0x03)//按鍵按下

{

delay_1ms(1);//按鍵消抖動

if(((P1&0x03)!=0x03)&&(key_new==1))

{//確認是按鍵按下

19

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計

key_new=0;

switch(P1&0x03)

{

case0x01: