医用液体点滴速度监控系统的单片机设计.doc

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1、目录第一章 引言1第二章 方案设计与实现22.1系统框图设计22.2方案设计与论证22.2.1电机驱动控制电路22.2.2红外测速2第三章 系统组成电路及功能设计33.1系统组成及原理框图33.2电源转换电路33.3检测元件的选择33.4储液瓶报警电路43.5 点滴速度测试电路43.6 键盘控制电路5第四章 程序流程图设计74.1主要软件流程图7第五章 心得体会8参考文献8一种医用液体点滴速度监控系统的单片机设计第一章 引言在国内医院中所使用的静脉输液器都是悬挂式输液，输液速度难以准确限制，这对特护病人和对输液速度有较严格的病人是不方便的。目前的输液监控报警器笨重、体积大、价格太高，增加医院和

2、病人的费用。所以如果有液体点滴速度监控装置，必将深受医务人员和病人的欢迎。系统采用主从式结构，都采用 AT89s52 作为 CPU。从机通过光敏元件测定点滴速度，并通过步进电机调整输液瓶高度，构成了一个闭环控制系统。本系统就是为了减少人力浪费，获得良好医疗效果而设计的液体点滴速度监控装置， 利用这种装置可以通过电机控制储液瓶的高度来达到控速的目的; 通过传感系统来确定点滴速度和对液位警戒线的检测; 通过键盘设置液体点滴速度。所以对液体点滴速度监控的研究十分有意义。 第二章 方案设计与实现2.1系统框图设计图1 系统框图2.2方案设计与论证2.2.1电机驱动控制电路方案一: 采用直流电机。由于直

3、流电机上电即转动，掉电后惯性较大，停机时还会转动一定角度后才可停下来。转矩小、 无抱死功能，如果要求准确停在一个位置，其闭环算法较复杂。方案二: 采用步进电机。 步进电机是一种用电脉冲进行控制，将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机。步进电机每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输人的脉冲数成正比， 转速与脉冲频率成正比。用单片机控制步进电机，控制信号为数字信号，不再需要数/ 模转换，具有快速启/ 停能力，可在一刹那间实现启动或停止，且步距角降低小，延时短，定位准确，精度高，可操作性强。考虑到上述各种电机的特点，由此选用步进电机作为电机驱动控制电路。2

4、.2.2红外测速方案一: 采用液位传感器来检测。将一液位传感器置于受液瓶中，根据液位传感器感受到的液位起伏来检测是否有点滴落下。将传感器置于液体中，不可取，同时由于相邻两次液位差距很小，会引入较大的测量误差。方案二：采用红外传感器实现，根据接收到的光强的强弱判断是否有液滴滴下。由于红外光波长比可见光长，因此受可见光的影响较小。此方案电路简单，且不受可见光的干扰，稳定性好，因此采用此方案作为点滴检测方案。因为利用反射式红外传感器很难进行对水的判断，而利用对射式红外传感器，虽然水对红外的遮挡比较弱，但相对反射来说又会强一点。利用测量相邻点滴下落的时间间隔即可确定点滴速度。第三章 系统组成电路及功能

5、设计3.1系统组成及原理框图利用步进电动机和压强的原理来控制水滴的速度， 由公式可知由于液面高度的不同而使压强不同，从而改变液滴的速度。 图2 系统组成及原理框图3.2电源转换电路电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的78 系列。顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。由于此电路需要输出+5V直流电压，所以我们采用7805集成稳压器， C1、C2分别为输入端和输出端滤波电容，R1为负载电阻。当输出电流较大时，7805应配上散热板。图3 电源转换电路3.3检测元件的选择 检测液滴和液面有多种元件可选，如电容传感器和光电传感器等等。 电

6、容式传感器在测量高频信号时，精度较高。但液滴速度相对较为缓慢，当速度为150（滴/分）时，频率也只有2.5Hz。而电容式传感器测量低频电压的误差较大，且电容对水的介电常数的变化不大，距离有限。 光电传感器具有很强的感应光信号变化的能力，且信号调整方便，可以很容易的实现脉冲输出，非常适合用于数字系统，且低频并不影响它的测量精度，有较高的分辨率。表 1为我们的实验数据：表1 光敏对管间不同介质时的电压表电路R1 R2 R3值空气有液体空瓶电路1510，5.1k，1k/9.785.0电路11k，5.1k，1k6.689.158.12电路21k，1.5k，1k1.0393.522.2图4 实验检测电路

7、3.4储液瓶报警电路采用红外发射管和红外接收管。因为液体对红外光的传播有一定的散射作用,所以能够根据该接收管收到的光强的大小来判断液位是否达到警戒水位。储液瓶告警信号一旦为低电平时,单片机立刻转到中断服务程序,进行声光报警。电路如图5所示。图5 储液瓶报警电路3.5 点滴速度测试电路根据光学折射原理,光线在穿透密度不同的介质时,在交界面将产生反射与折射。将滴管放置在检测用槽形光耦的中间,在检测过程中,液滴呈近椭圆状向下作加速运动并通过槽型光耦,由于液滴的表面是曲面,所以上半部与下半部将光线两次折射,使接收端接收不到光而产生两次高电平,仅在液滴中部光线可以直射穿过,使接收端输出低电平,从而实现计

8、数功能。图6 点滴速度测试电路3.6 键盘控制电路采用矩阵式键盘， 采用矩阵式行列扫描方式，当按键较多时可降低占用单片机的1 / O接口数目。如图7.图7 键盘控制电路系统电路原理图如图所示： 图8 系统电路原理图第四章 程序流程图设计4.1主要软件流程图： 主流程图：（包括两个外部中断两个内部中断）图9 软件流程图第五章 心得体会作为一名电子信息工程专业的学生，我觉得做单片机课程设计是十分有意义的。在已度过的大学时间里，我们大多数接触的是专业课。我们在课堂上掌握的仅仅是专业课的理论知识，做类似的课程设计就为我们提供了良好的实践平台。此次课设用了一周的时间，在这次课程设计中，运用到了我们以前所

9、学的专业课知识，如：protel99se制图、汇编语言、模拟和数字电路知识等。而且我发现在学习的过程中带着问题去学效率会很高。刚收到这个题目，自己感觉很兴奋。因为经常生病输液，所以对这方面挺感兴趣。通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。这也激发了我今后努力学习的兴趣，我想这将对我以后的学习产生积极的影响。课设练习了我们从理论向实际转化并实现的一个过程，我觉得这是非常重要的，我会更加努力的运用单片机所学的知识丰富完善自己，为自己以后的工作奠定良好的基础。参考文献：【1】维普数据库：http:/211.81.31.53:808/index.asp【2】陈明荧，8051单片机课程设计实训教材，清华大学出版社2004年3月附录：系统框图及原理图汇总图1 系统框图图2 系统组成及原理框图图3电源转换电路图4 试验检测电路图5 储液瓶报警电路图6 点滴速度测试电路图7 键盘控制电路图9 软件流程图