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1、基于单片机的液体点滴速度监控装置的设计The Device of Detect of Liquid Droppings Speed（院系：信息技术学院.专业：电子信息科学与技术专业）摘要：该系统是以单片机89C52为核心，采用了步进电机控制装置、红外光电传感滴速检测装置和通过单片机扫描测量、采用PID控制算法控制直流电机传动装置来实现一个点滴速度自动控制系统。还扩充了掉点数据存储，实施远距离两线制多机通信、语音报警、系统开机自检、回血报警等功能，增强了系统的实用性。而且由于采用红外光电传感和电容传感配合单片机及可编程逻辑器件，速递测量和控制精度高。整体结构设计合理，运行稳定。主机从机间采用自动
2、检测多路访问协议，很好的解决了多机共用一根通讯线的比特流碰撞问题。关键字:通信，报警，自检Abstract：This system uses AT89C52 as the core, adopting the step-motor-control device, infrared sensor and PID control algorithm in the automatic control system. The operation interface and diverse control ways are two greatest features of this design. Th
3、e extra functions such as saving user-defined data in the E2PROM, phonetic alarm, system self checking on boot-strapping,and blood back flow alarm make the design more powerful and practicable. Experiment texts show that Every function of this system melts or exceeds the problems requiremer。The syst
4、em perform excecllently due to our reasonable design. With this method ,the system perfectly realizes multi connections through one communication channel at the same time.Key word:communication，phonetic alarm，self checking 前言41设计及论证部分41.1系统实现功能41.2方案比较，设计与论证51.2.1控制方案比较51.2.2液滴检测方案比较51.2.3 点滴速度控制方案6
5、1.2.5储液液面检测方案71.2.6通信方案比较81.2.7主从机网络通讯构建方案82芯片介绍92.1 AT89C52单片机92.1.1 89C52输入/输出引脚简介92.1.2 89C52的存储器配置102.2电可擦除可编程只读存储器（E2PROM）103理论分析103.1 PID控制算法104系统设计114.1主站部分114.1.1主站键盘和显示部分114.1.2电源设计134.1.3主站软件流程134.2 从站部分134.2.1点滴检测144.2.2点滴速度控制模块144.2.3步进电机的驱动154.2.4警戒检测154.2.5传感及测量电路164.2.6数字滤波174.2.7掉电数据
6、存储184.2.8从站软件流程184.3通信部分184.3.1主从机网络通讯方案184.3.2通信方案的选择和硬件结构184.3.2通信报文协议195界面设计205.1系统管理205.1.1用户管理205.1.2修改密码205.1.3通讯设置205.2基本信息管理205.2.1疗区信息205.2.2病房信息215.2.3病床信息215.3输液监管215.4患者病历管理215.4.1入住登记215.4.2退床登记215.4.3记录病历215.4.4记录输液辅助信息215.4.5查看输液记录216总结227感谢238感谢247总结258感谢269参考文献27附录一：外文专业参考资料原文28附录二：
7、外文专业参考资料译文31附录三：总电路图33附录四: 程序清单35前言在输液时常会发生以下一些情况：有的药品对输液速度有或快或慢的要求，医患都只是凭主观经验进行调解，不能做到精准；或者在病人长时间输液过程中难免有困倦感产生，而医护人员又不能够始终监控，很容易在输液完毕却没有得到及时的处理而将空气输入患者体内，严重者造成生命危险。因此，欲设计一种仪器或称设备来随时监测输液情况，让它在有情况的时候通过听觉或视觉的方式来通知患者和护士，再设计用于管理此类数据的软件系统帮助医护人员进行及时的管理监测数据和进行相应护理操作。这样既免去了许多担心，又能够及时准确的处理各种情况，让患者的生命的到更好的保障，
8、同时可以有力的帮助医护人员工作。本设计由滴速和液位检测、单片机控制系统、电机控制与驱动、有线监控、显示与报警等部分构成。有线监控包括：主站，从站。主站可与16个从站通信，可设置从站的液滴滴速并对各从站实现实时监控，主从站之间构成串行通讯网络。可对16个从站进行定点或巡回监测，查询各从站的实时状态，并可显示其从站号和点滴速度，并可远程设定各从站的点滴速度，当收到从站发来的报警信号后，能声光报警并显示相应的从站号，并可手动方式解除报警。可根据从站的报警信息实现语音报警及解警。可键控设置滴数，且掉电后设置信息不丢失。它可实时检测与控制滴液速度并及时报警。采用光电技术探测液滴滴数和储液瓶的液位，用AV
9、R单片机分析,判别、控制电机改变储液瓶的高度，实现液滴滴速控制。在电机控制方面采用了模糊控制与线性控制相结合的方法。由于液滴滴速变化不均，采用采样次数可变的算术平均滤波方法实现数字滤波，为控制系统提供了准确的依据。它采用分布式微机控制系统，通过调整输液瓶的高度来精确控制最多可达16个输液器的点滴速度。系统采用主从式结构，都采用89C52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。可通过键盘设定所需点滴速度，设定范围可达20150滴/分，调整误差5%，调整时间2分钟。并可动态显示实时点滴速度。当液面下降到23cm的警戒值时，可进行声光报警。关键
10、词：输液监测器（前端机）、数据图形化、串行口通讯、类、对象1设计及论证部分1.1系统实现功能1.系统能够对正在输液以及未输液的所有输液设备进行实时监测，在电脑中反映出所有能够监测到的情况。2.可以随时在电脑中查看任何一个输液设备的详细信息。3.能够对医院的疗区和病房等信息进行管理和维护。4.能够对住院的每个患者在整个住院期间的输液情况进行自动记录，并可以补充其他信息（如输液药品信息、医生医嘱信息等）。5.提供直观的显示和操作界面、方便的数据查看。1.2方案比较，设计与论证1.2.1控制方案比较方案一：此方案是传统的二位模拟控制方案，其优点是电路简单，易于实现。但模拟控制方式难以把精度做得很高，
11、难以实现题中键盘设定和动态显示滴速及远程通信的功能。如图1：图1方案二：此方案采用89C52单片机系统来实现，可用软件实现复杂的算法和控制。此方案方便的实现了题中键盘设定和动态显示滴速等的功能，并且可以实现主从站通信的扩展功能。本设计采用了方案二。如图2：图21.2.2液滴检测方案比较方案一:采用电容传感器实现。电容是由两个电极中间加绝缘介质构成的。在滴斗的两侧固定两个半圆型的金属片做极板，成为一个变介质的电容传感器。在没有水滴时，电容值较小。当水滴从两个极板中穿过时，两极板间介质发生变化，电容值将发生变化。可采用电桥电路来测试，也可采用LC振荡器，通过电容变化改变振荡频率。但此种方法电路复杂
12、，灵敏度低。方案二：不调制的红外对射传感器。由于直接采用直流电压对发光管进行供电，考虑到平均功率的限制，工作电流不能高于元件的额定值，对透壁照射有一定的困难且容易受到外部光源等干扰。方案三：脉冲调制的红外对射传感器。红外发射管的最大工作电流是由平均电流决定的，采用占空间比小的调制信号，在平均电流不变的情况下，瞬间电流会达到很大，大大提高了信噪比，提高了系统的抗干扰能力。在光电器件的选择方面，有可见光（如激光、发光二极管等），其优点是可见，容易调试。但由于与外界干扰光源光谱接近，易于受到干扰。红外光源为不可见光源，由于红外线在空气中的折射率小于在水中的折射率，水对红外光吸收较大。将液滴漏斗固定在
13、一个黑色塑料盒里, 在滴斗左右端安装一个红外发射头和一个接收头， 红外发光二极管与接收管处于同轴线上，一方面避免了灯光等信号的干扰，另一方面提高了红外光的强度，当液滴下落通过漏斗时，由于液滴可近似考虑成小圆滴，它对红外线的吸收较大，其外表面对红外光又有反射作用,使透过水滴的红外光强度受到衰减，因此通过光电检测及信号处理可有效地检测点滴的信号。根据以上分析，我们采用方案三。此方案的水滴检测示意图如图5：图5：水滴经过光束前后的光强变化情况1.2.3 点滴速度控制方案方案一：对滴速夹进行松紧控制对滴速夹进行松紧控制就是通过对滴速夹的松紧调节，改变塑料点滴管的形状以控制液体的流速。这样的方法虽然直观
14、，但存在很多的缺点。首先由于对管壁施压改变其形状，其所施加的压力与流量改变的关系呈非线性，这给流量控制带来了难度。此外要在限定的时间内完成滴速夹的制作有一定困难。总结上述原因，不采用此控制方法。方案二：高度调节控制方案题目要求在3min之内，控制系统本身能够根据设定值调节点滴速度并稳定。而速度设定范围为20150滴/分。杆高1.8m。如果使用方案图6，即采用电动机拉动点滴瓶高度来调节点滴的速度，由于要在3min之内有可能从最小调整到最大值，点滴瓶的运行距离就要通过计算来设定。根据流速正比于根号下液面高度，如果假设150滴/分速度点滴瓶的位置在1.6m处。出去人体血液压力等效产生0.7m的液位压
15、头。实际可调节距离为0.9m，则20滴/分的点滴速度，点滴瓶就应该在0.7+（20/150）20.90.27m。也就是说电机的最大单向位移要接近0.9m。加上超调量、裕量等，考虑在最坏情况下（设定值从20滴/分到150滴/分变化），电机总共需要移动的距离为1.2m(加上20的超调，10的裕量)。方案三：电动机速度牵引改变点滴瓶高度控制滴液速度。使用一台小型电动机，通过一个定滑轮由步进电机带动储液瓶使储液瓶上升或下降改变滴斗到受液瓶的高度h，来调节点滴的速度，由于滴液的速度近似正比于高度到根高幂，即dh1/2,进而控制点滴速度。方案原理框图如图6：图6方案三：改变点滴管道管阻使用多级齿轮降速来驱动轮轴，轮轴通过螺杆前后运动压迫点滴塑料管道截面改变点滴管道的管阻阻力，从而使点滴速度得到控制。方案原理框如图7：图7由于采用了减速机构，因此大大提高了驱动能力。比较方案二、三，方案图6要求电机的速度
