《毕业设计论文基于单片机的智能化液体点滴速度监测与控制装置设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计论文基于单片机的智能化液体点滴速度监测与控制装置设计（31页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘要目前大小医院中所使用的静脉输液器都是悬挂一定高度才能输液，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。因为它有许多的优点，如：可以用按键准确控制速度，可以报警，设备结构简单，费用低等。所以对液体点滴速度监控的研究十分有意义。利用单片机设计并制作一个智能化的液体点滴速度监测与控制装置。该装置由水滴速度测试系统、水速控制系统、显示装置、单片机系统、键盘和报警等系统组成。应用水的压强随着高度差的变化而变化的原理，利用控制步进电动机的升降来控制
2、点滴速度。点滴速度可用键盘来设定，设定范围为20150(滴/分)，控制误差范围在10%1滴左右。从改变设定值起到点滴速度基本稳定整个过程的调整时间小于3分钟。同时在水到达警戒线以下时能发出报警信号。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
3、间采用自动检测多路访问协议，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：点滴速度，红外传感，步进电动机，52单片机2目录1 单片机89C52概述11.1 AT89C52单片机11.1.1 89C52输入/输出引脚简介11.1.2 89C52的存储器配置31.1.3 电可擦除可编程只读存储器（E2PROM）32 方案42.1 方案比较，设计与论证42.1.1控制方案比较42.1.2 液滴检测方案比较42.1.3 点滴速度控制方案52.1.4 储液液面检测方案72.1.5 通信方案比较72.1.6 主从机网络通讯构建方案83 理论分析93.1 PID控制算法94 系统设计104.1 主
4、站部分104.1.1 主站键盘和显示部分104.1.2 电源设计124.1.3 主站软件流程124.2 从站部分134.2.1 点滴检测134.2.2 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184.2.7 掉电数据存储184.2.8 从站软件流程184.3 通信部分194.3.1 主从机网络通讯方案204.3.2 通信方案的选择和硬件结构204.3.3 通信报文协议215 调试225.1 硬件调试225.2 软件调试225.3 软硬综合调试226 总结23感谢24附录一：参考文献25附录二：程序清单261 单
5、片机89C52概述本设计主要针对AT89C52单片机芯片来设计的。AT89C52单片机芯利用设计并制作一个智能化的液体点滴速度监测与控制装置。该装置由水滴速度测试系统、水速控制系统、显示装置、单片机系统、键盘和报警等系统组成。应用水的压强随着高度差的变化而变化的原理，利用控制步进电动机的升降来控制点滴速度。点滴速度可用键盘来设定，设定范围为20150(滴/分)，控制误差范围在10% 1滴左右。从改变设定值起到点滴速度基本稳定整个过程的调整时间小于3分钟。同时在水到达警戒线以下时能发出报警信号。1.1 AT89C52单片机AT89单片机系列是世界上著名的半导体公司之一的美国ATMEL公司生产的。
6、ATMEL89C系列单片机可分为低档型、标准型和高档型三类。89C52单片机是由微处理器（含运算器和控制器）、存储器、I/O接口以及特殊功能寄存器等构成，作为89C52单片机核心部分的微处理器是一个8位的高性能中央处理器（CPU）。它的作用是读入并分析每条指令，根据各指令的功能控制单片机的各功能部件执行指定的运算或操作，它主要由运算器和控制器两部分构成。89C52单片机主要由以下几部分组成：（1）CPU系统： 8位CPU，含布尔处理器；时钟电路；总线控制逻辑；（2）存储器系统：4K字节的程序存储器（ROM/EPTOM/FLASH，可外扩64K）；256字节的数据存储器（RAM，可再外扩64K）
7、；特殊功能寄存器SFR；（3）I/O口和其他功能单元：4个并行I/O口；2个16位定时/计数器；1个全双工异步串行口；中断系统（5个中断源、2个优先级）。89C52单片机有微处理器（含运算器控制器）、存储器、I/O接口以及特殊功能寄存器SFR等构成。51系列单片机的应用模式有总线型单片机应用模式和非总线型单片机应用模式。通常的微处理器芯片都设有单独的地址总线、数据总线和控制总线。但单片机由于芯片引脚数量的限制，数据总线与地址总线经常采用复用方式，且许多引脚还要与并行I/O口引脚兼用。1.1.1 89C52输入/输出引脚简介（1） P0口（3932脚）：P0.0P0.7统称为P0口。在不接片外存
8、储器与不扩展I/O口时，可作为准双向输入/输出口。在接有片外存储器或扩展I/O口时，P0口分时复用为低8位地址总线和双向数据总线。 （2） P1口（18脚）：P1.0P1.7统称为P1口，可作为准双向I/O口使用。对于52子系列，P1.0与P1.1还有第二功能：P1.0可用作定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2，P1.1可用作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。（3） P2口（2128脚）：P2.0P2.7统称为P2口，一般可作为准双向I/O口使用；在接有片外存储器或扩展I/O口且寻址范围超过256字节时，P2口用作高8位地址总线。（4） P3口（1017脚）：P3.0P3.7统称为P3口。
9、除作为准双向I/O口使用外，还可以将每一位用于第二功能，而且P3口的每一条引脚均可以独立定义为第一功能的输入输出或第三功能。（5）RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。（6）ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行
10、MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。（7）/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。（8）/EA/Vpp：内外存储器选择引脚/片内EPROM编程电压输入引脚。当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。（9）XTAL1：晶体振荡器接入的一个引脚。（10）XT
11、AL2：晶体振荡器接入的另一个引脚，来自反向振荡器的输出。（11）Vcc：电源接入引脚。（12）Vss：接地引脚。图为AT89C52的芯片1.1.2 89C52的存储器配置89C52的片内集成有一定容量的程序存储器和数据存储器（256B）。当然，还可以根据需要对存储器进行外部扩展。1.从物理上分，89C52的存储器有4个存储空间：片内程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器和片外数据存储器。2.从逻辑上分，89C52有3个存储器地址空间：片内外统一的64KB的程序存储器地址空间、256B的内部数据存储器地址空间（其中128B的专用寄存器地址空间，仅有部分字节有实际意义）和64KB的外部数据存
12、储器地址空间。3.为了区分不同的存储器空间，在用指令访问这三个不同的逻辑空间时采用了不同形式的指令1.1.3 电可擦除可编程只读存储器（E2PROM）E2PROM是一种可用电气方法在线擦除和再编程的只读存储器。它既有RAM在联机操作中可读可改写的特性，只是写操作需要较长的时间；又具有非易失性存储器ROM在掉电后仍然能保存原存储数据的优点。目前，E2PROM已在片内集成了需要的所有外围电路、数据锁存缓冲器和地址锁存器、擦除和写操作脉冲定时、编程，使用方便。后研制的快擦写（Flash）存储器，其存储容量大，变成速度快，获得广泛应用。对于Flash Mmemory有不同的脚法，有的半导体器件手册称之
13、为“闪光”存储器、“闪烁”存储器、“快闪”存储器或者“闪速”存储器。这种存储器既不会闪光，也不会“闪烁”，也不是说此类存储器是“极高速的”，从其命名的本意说，这类存储器相对于E2PROM芯片，可以用电气的方法快速的进行擦写，因此，称之为快擦写存储器比较贴切，简称Flash存储器。由于Flash Mmemory不需要存储用的电容，相对DRAM来说，集成度高，制造成本低。它使用方便，既具有SRAM读写灵活和较快的访问速度，又具有ROM断电后不丢失信息的特点，所以Flash Mmemory的技术发展很快。2 方案2.1 方案比较，设计与论证2.1.1控制方案比较方案一：此方案是传统的二位模拟控制方案
14、，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，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22.1.2 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
15、，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，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
