久卧病人排便自动护理设备控制系统开发

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1、毕毕 业业 设设 计计 专 业： 育 班级学号： 学生姓名： 指导教师： 讲师 二一年月 天津职业技术师范大学本科生毕业设计天津职业技术师范大学本科生毕业设计 久卧病人排便自动护理设备控制系统开发久卧病人排便自动护理设备控制系统开发 Development of automatic nursing equipment control system for defecation in patients with long lying 专业班级：班 学生姓名： 指导教师：师 学 院：学院 年月 摘 要 随着科技的不断进步，在工业生产中温湿度是常用的被控参数，而采用单片机 来对这些被控参数进行控制已

2、成为当今的主流。本文介绍了数字温湿度测量及自动 控制系统的设计。本文采用单片机来实现对温湿度的控制。它的主要组成部分有： STC89S51 单片机、温度传感器、湿度传感器、显示电路、温度控制电路。它可以对 温湿度进行实时的显示以及对温度的自动控制。通过测试表明，本设计对温湿度的 控制有方便、简单的特点，大幅提高了被控器件的技术指标。 关键词：关键词： 单片机；传感器；液晶显示；c 语言；ARM 处理器；DSP ABSTRACT With the development of science and technology, temperature and humidity in the indu

3、strial production are often controlled parameters, and the use of single-chip microcomputer to control these parameters has become the mainstream. This paper introduces the design of digital temperature and humidity measurement and automatic control system In this design, the microcontroller to achi

4、eve temperature and humidity control. Its main components are: STC89S51 microcontroller, temperature sensor, humidity sensor, display circuit, temperature control circuit. It can display the temperature and humidity and the automatic control of temperature Through the test, this design has the advan

5、tages of convenient and simple for temperature and humidity control, and has greatly improved the technical index of the controlled device Key Words：SCM; sensor; LCD; C language; ARM processor; DSP 目 录 1.系统的总体设计1 1.1.设计背景.1 1.1.1. 研究目的与意义1 1.1.2. 研究现状1 1.2.电路的总体工作原理.2 2.方案论证4 2.1.题目分析.4 2.1.1. 具体指标4

6、 2.1.2. 具体控制要求4 3.器件选型5 3.1.单片机的选择.5 3.1.1. 采用 STC89S51 单片机.5 3.2.温度传感器的选择.5 3.2.1. 采用模拟集成温度传感器5 3.2.2. 采用数字温度传感器6 3.3.显示器的选择.7 3.3.1. LED 显示器7 3.3.2. LCD 液晶屏.7 3.4.AD 转换器.8 3.4.1. 特性8 3.4.2. PCF8591 引脚介绍8 3.5.湿度传感器.8 3.5.1. 电容性湿度传感器（V-HM10V 系列湿度模块）8 3.6.加热器.9 3.7.冲水水泵.10 4.系统的硬件设计11 4.1.单片机最小系统的设计.

7、11 4.2.温度传感电路设计.12 4.3.控制电路的设计.14 4.4.报警电路的设计.14 4.5.显示电路的设计.15 4.5.1. 基本特性:.15 4.5.2. 接口时序17 4.5.3. 汉字显示坐标17 4.5.4. 与上位机的连接18 5.系统的软件设计19 5.1.传感器信息采集.19 5.2.数据处理.21 5.3.数据显示.22 5.4.写操作时序.22 5.5.读操作时序.22 5.6.动作信号输出.24 6.系统的的控制26 6.1.主功能动作电路(湿度监测与洁臀烘干).26 6.2.温度控制电路.27 6.3.报警电路.27 6.4.LCD12864 液晶显示电路

8、27 6.5.液位检测.28 7.全文总结29 7.1.产品的经济效益.29 7.2.产品的社会效益.29 8.致谢30 9.参考文献31 10.附录 1 元器件清单32 11.附录 2 系统原理图34 12.附录 3 单片机 c 语言程序.35 1. 系统的总体设计 1.1.设计背景 1.1.1. 研究目的与意义 随着科技的进步及医疗水平的提高，全自动护理设备作为一种家用医疗护理产 品，已经有了很大的进展。从最初的手摇式护理床，到现在的全自动护理床，越来 越多的新技术、新观念应用到了医疗器械设备上，功能也更加全面，比如患者翻身、 坐卧、捶背、按摩、移动等，大大提高了卧床患者的舒适度。 但是对

9、于那些由于烧伤、瘫痪等长期卧床的病人来讲，仅仅这些功能是完全不 能满足其日常需要的。如果护理设备能够全自动处理他们大小便的清理问题时，则 会在很大程度上减轻病人的痛苦与尴尬，同时也减轻护理人员及家人的工作量。在 另一方面，病人排便自动护理设备的研究在国际上已经趋于成熟，但是真正能被患 者使用的却不多，这主要是因为相关技术被国外垄断，使得相关产品价格昂贵，不 易于在国内普及。针对这一问题，我们需要突破国外技术壁垒，独立设计一款新型 的久卧病人大小便自动监控护理设备，能够完美解决护理人员的身心劳累和卫生障 碍，同时也减轻患者的痛苦，最大程度给予久卧病人最好的生活质量和需求。 1.1.2. 研究现状

10、 随着中国老龄化进程的日趋严重，中国养老护理康复需求大，资源紧张，专业 护理人员稀缺，养老院更是需要排队等待。家庭有失能老人在养老院的，拥有一台 全自动护理设备，在降低护理人员工作量的同时，能让护理人员把更多的精力花在 关爱老人的精神需要方面，让老人过一个愉快的晚年。多功能护理设备除了在适用 于养老机构外，也适用于家庭，能减少护理人员 70%左右的工作量及心理压力，在 减少护理人员数量的同时，也将护理费用的支出比例大幅降低。 现在市场上的瘫痪病人护理设备五花八门，但多数并不具备全自动护理功能。 只有少数几个有实力的厂家垄断着这项技术。最先将产品投入市场的是日本企业， 随后韩国借鉴日本产品开发出

11、了自己的品牌。近几年，为了满足国内市场需求，国 内的医疗器械厂家对相关产品进行了换代升级，使其功能更加丰富。比如： 北京爱汝康科技发展有限公司-全自动智能感应坐便护理床-24800 元。 浙江新丰医疗器械有限公司-舒佑康大小便智能护理机-22800 元。 深圳市创明利科技有限公司-创明利关爱贴身护理器-2999 元。 但是，由于技术垄断，这些产品的价格十分昂贵，令病患家属望而却步，不利 于市场开发。 1.2.电路的总体工作原理 温湿度控制系统采用 STC89S51 单片机作为微处理单元进行控制。采用 PCF8591AD 转换器连接传感器与单片机，通过 I2C 协议实现元器件与控制单元之间 的通

12、讯。单片机把湿度传感器采集的信号与设置的参数作比较来控制中间继电器的 断开与闭合，进而实现冲水、烘干、保温等各项功能。 系统框图如图 1.1： 图 1.1 系统框图 根据系统的设计要求，选择 STC89S51 单片机为测控系统的核心元件来完成数 据采集、处理、显示、报警等功能。选用 PCF8591AD 数模转换器，因为此转换器 最多可连接四路 A/D 输入和一路 D/A 输出，从而节省单片机端口的占用。 该系统的总体设计思路如下：温度传感器把所测得的温度通过 PCF8591 转换为 数字信号发送到 STC89S51 单片机上，经过 51 单片机处理，将温度显示在液晶显示 屏上，本系统显示器为点

13、阵字符 LCD12864 液晶模块。湿度检测范围 10%RH 到 温湿度检测 湿度传感器 指示信号 洁臀水泵 水位检测 温度检测 远红外烘干 冲水水泵 紫外线杀菌 清水低水位报警 污水高水位报警 100%RH。本系统除了显示湿度、烘干温度、水箱温度以外还在内部设置一个温湿 度范围，对所测温湿度进行监控，当湿度高于设定湿度时，开始报警并启动相应程 序（冲水洁臀程序执行）；当温度低于设定温度时，加热器开启，以保持水箱温度 恒定。 中央微处理器 STC89S51： STC89S51 是一个功耗低，性能高的 CMOS 8 位单 片机，片内含 4k Bytes ISP(In-system program

14、mable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只 读程序存储器，器件采用 STC 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统及 80S51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大的微型计算机的 STC89S51 可为许多嵌入式控制应用系统 提供高性价比的解决方案。STC89S51 具有如下特点：40 个引脚，4k Bytes Flash 片 内程序存储器，128 bytes 的随机存取数据存储器（RAM），32 个外部双向输入/输 出（I/O）口，5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断，2 个 16 位可编程定时计

15、数器,2 个 全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。 此外，STC89S51 设计和配置了振荡频率，并可通过软件设置省电模式。空闲模 式下，CPU 暂停工作，而 RAM 定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉 电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件 复位。同时该芯片还具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等三种封装形式。STC89S51 单片 机综合了微型处理器的基本功能。按照实际需要，同时也考虑到设计成本与整个系 统的精巧性，所以在本系统中就选用价格较低、工作稳定的 STC89S51 单片机作为 整个系统的控制器。 2. 方案论

16、证 本章主要对设计产品的功能进行了分析，根据要实现的功能，对几种设计方法 作对比论证，提出了实现系统功能的最佳方案。 1.3.题目分析 本设计是一个集数字温湿度检测、温度显示、液位监测及机电控制于一体的综 合性电路系统，不仅能测量温度和湿度及液位，还能在超限的情况下进行控制、调 整和报警。 1.3.1. 具体指标 正常工作湿度范围：10%RH100%RH 湿度误差：90%RH 环境中存放 150 小时后） 10s 响应时间(3376%RH,慢流动的空气中) 30s 工作温度范围 -1060C 图 3.3 电容湿度传感器工作原理图： 1.9.加热器 对于恒温水箱的加热，首先考虑的是安全问题。水加热的方式有直接加热和间 接加热两种，其中间接加热安全系数要高与直接加热。直接加热中可以考虑的方式 有电热管（热得快），间接加热方式有电磁加热和外包电热毯方式等。 电热管虽然比较常用，但是经常造成安全事故。水箱本身不耐高温，当加热器 不受控制时水温会升高到 100，会造成不安全事故。 电磁加热因为与水不直接接触，所以较为安全，但是