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1、成都电子机械高等专科学校 通信工程系毕业论文 毕业设计（论文）专 业 无线电技术 班 次 姓 名 指导老师 成都电子机械高等专科学校二0一一 年I液体点滴速度监控装置摘要：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、单片机装置、键盘和报警系统等系统组成。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。关键词 点
2、滴速度；红外线传感；步进电动机；51单片机目 录第1章 绪论11.1 引 言11.2 单片机应用系统概述11.2.1 单片机及其特点11.2.2 单片机的一般结构11.2.3 单片机的应用领域21.2.4 单片机的发展21.2.5单片机点滴的研究意义及发展方向2第2章 系统基本总体设计42.1 设计要求42.1.1 基本要求42.1.2 发挥部分42.1.3 说明42.2. 系统各个模块的选择与论证5第3章 系统的硬件设计73.1 系统硬件的基本组成部分73.1.1 系统基本方案73.2 主要单元电路设计73.2.1.点滴速度测量电路设计73.2.2 点滴速度控制电路设计83.2.3 键盘显示
3、电路9第4章 系统的软件设计114.1 系统的主程序设计114.2 检测点滴速度子程序134.3 点滴速度控制子程序144.4 键盘显示子程序154.5 程序设计19第1章 绪论1.1 引 言目前大小医院中所使用的静脉输液器都是悬挂在病人的上首才能输液，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装置，必将深受医务人员和病人的欢迎。因为它有很多的优点，如：可以用按键速度准确控制速度，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。1.2 单片机应用系统概述1
4、.2.1 单片机及其特点随着半导体大规模集成电路的不断发展，将计算机的CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成了芯片级的计算机，因此单片机的早期含义为单片微型计算机，准确反映单片机的本质叫法应为微处理器。一块单片机芯片就是一台计算机。由于单片机的这种特殊结构形式，在某些应用领域中，它承担了大中型计算机和通用的微型计算机无法完成的一些工作。使起具有很多显著的优点和特点，因此在各个领域中都得到的迅猛的发展。单片机的特点可归纳为以下几个方面：（1）性能价格比高；（2）控制功能强；（3）低电压、低功耗；（4）集成度及可靠性高。1.2.2 单片机的一般结构单片机通常由C
5、PU、存储器（包括RAM和ROM）、I/O接口、定时/计数器、中断控制功能等均集成在一块芯片上，片内各功能部件通过内部总线相互连接起来。如图1-1所示。图1-1 单片机典型结构框图1.2.3 单片机的应用领域由于单片机具有上述显著特点，其应用领域无所不至，无论是工业部门，民用部门乃至事业部门，到处都有它的摄影。现将单片机的应用大致归纳为以下几个方面：（1）在智能仪器仪表中的应用。在各类仪器仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比；（2）在机电一体化中的应用。如数控机械、缝纫机械、医疗设备等领域；（3）在实时过程控制中的应用。如工业
6、过程控制、过程监测、航空航天、尖端武器、机器人系统等各种实时控制系统；（4）在人类生活中的应用。目前国内外各种家用电器已普遍采用单片机代替传统的控制电路，如洗衣机、电冰箱、空调机、微波炉、电饭煲、收音机、音响、电风扇及许多高级电子玩具都配上了单片机；（5）在其他方面的应用。单片机除以上各方面的应用之外，它还广泛应用于办公自动化领域、商业营销领域、汽车及通信系统、计算机外部设备、模糊控制等各领域中。1.2.4 单片机的发展单片机的发展经历了三个阶段: 第一代单片机始于1976年,以Intel公司的MCS-48系列为代表,其特点是采用专门的结构设计.这个系列的弹片机在片内集成了8位,并行I/O口,
7、8位定时计数器,RAM,ROM等.无串行I/O口,中断处理较简单,片内RAM,ROM容量较小,且寻址范围小于4KB.多用于家用电器,计算器和高级玩具. 第二代单片机以Intel公司的MCS-51系列为代表,其技术特点是完善了外部总线,并确立的单片机的控制功能.外部并行总线规范化为16位地址总线，用以寻址外部64KB的程序存储器和数据存储器空间；8位数据总线及相应的控制总线，形成完整的并行三总线结构。同时还提供了多机通讯功能的串行I/O口，具有多级中断处理，16位的定时/计数器，片内的RAM和ROM容量增大，有的片内还带有A/D转换接口。第三代单片机的显著技术特点是全速发展单片机的控制功能,是8
8、位单片机的高性能阶段及16位单片机发展阶段.另外技术学科的边缘性以及电气商的广泛介入是第三代单片机的重要标志.从单片机的结构功能上看,单片机的发展趋势将向大容量高性能,小容量低价格和外围电路内装化等几个方面发展.单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制，系统。单片机应用系统就是利用单片机位某目的而设计的单片机专用系统。单片机应用系统和一般的计算机应用系统一样，也是由硬件和软件所组成。硬件和软件只有紧密相结合，协调一致，才能组成高性能的单片机应用系统。单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计、在线仿真调试、程序固化等几个阶段。1.2.5单片机点滴的研究意义
9、及发展方向 单片机的发展前景颇为广阔，在各个领域中都用到了单片机控制，如；工业控制，交通控制，信息方面等，随着科学技术的进步，我们在各方面都采用了自动控制取代人工控制，医疗事业的发展是顺应科学技术而发展的，医疗的安全和医疗水平的提高都离不开科学技术，把高科技应用到医疗事业上是对医疗事业的一大促进与补充。点滴输液是医院常用的医疗手段。医院对病人进行输液治疗过程中，需要根据输液的药物和患者的病情选择,医院的护士站要管理整个科室所有的患者,患者人数多,治疗护理忙,管理困难。为了解决这个问题,使患者得到及时地救助而开发了该护士站监管系统。该系统可实时监控各个病床的点滴情况。如液体剩余量、滴速等。同时,
10、可以实现患者药液接近滴完或液滴滴速过慢时的提醒。以便护士在护士站上位机集中监视各个病人的输液状态。智能化是当前和今后医疗卫生技术发展的热点，重点，是21世纪经济技术的制高点。在工业控制的领域，由单片机的系统很多，如大规模测控系统，大型车辆控制系统，集散控制系统，机器人控制系统等。单个单片机在这些应用场合往往仅负责某一个点或某个子系统的控制，对整个系统中各点的监测或各个子系统的协调控制则由一个功能更强的中央处理器如PC机来完成。单片机的弱点是运算速度较慢。在要求响应速度快，实时性强，控制量多的应用场合（如机器人控制），单个单片机难以胜任，此时虽然也可以选用高速微处理器如DSP等，但综合考虑性能价
11、格比和开发的难易程度，多单片机系统往往是一种合适的选择。国外对点滴输液监控装置的研制较早，如日本、美国和德国等国家上世纪80年代末就进行了这方面的研制，现在市场上流行的大多是国外产品，类型多样，性能较好，如日本JMS株式会社的OT-601型输液泵(控制精度为10%）和SP-500型注射泵、还有TOP型输液器，美国IMED公司Gemini PC-2TX 型输液器可实现四路控制，还有德国贝朗（B|BRAUN）公司的Multifuse型、Perfusor Compact型（控制精度可达到2%）、Infusomat P型和Infusomat fmS型，以色列也有相应的产品，型号众多，性能较好。但是这些
12、产品在国内只有一些大型医院引进，因其价格昂主要用于危重病人。国内对输液装置的研制起步较晚，大都在90年代中期开始研究，市场上也有一些国产输液装置，如北京科力丰高科技发展有限责任公司的ZNB系列产品，深圳康福特公司也有输液装置产品。不过总体来说，种类较少，性能也需改进。我国的点滴输液自动化程度得到普及，还需要很长的路要走。第2章 系统基本总体设计2.1 设计要求设计并制作一个液体点滴速度监测与控制装置。如图2-1所示：h1h2电动机滑轮点滴移动支架储液瓶瓶受液瓶滴斗滴速夹2.1.1 基本要求（1）在漏斗处检测点滴速度，并制作一个数显装置，能动态显示点滴速度（滴/分）。（2）通过改变H2控制点滴速
13、度，也可以通过控制输液软管夹头的松紧等其他方式来控制点滴速度。点滴速度可用键盘设定并显示，设定范围为20150（滴/分），控制误差范围为设定值10%1滴。（3）调整时间3min（从改变设定值起到点滴速度基本稳定，能人工读出数据为止）。（4）当H1降到警戒值（23cm）时，能发出报警信号。2.1.2 发挥部分设计并制作一个有主站控制16个从站的有线监控系统。16个从站中，只有一个从站是按基本要求制作的一套点滴速度监控装置，其他从站为模拟从站（仅要求制作一个模拟从站）。（1）主站功能：具有定点和巡回检测两种方式。 图 2-1 液体点滴a 可以显示从站传过来的从站号和点滴速度。b 在巡回检测时，主站
14、能任意设定要查询的从站数量、从站号和各个从站的点滴速度。c 能收到从站发出来的报警信号后，能声光报警并能显示相应的从站号；可以手动方式解除报警状态。（2）从站功能：a 能够输出从站号、点滴速度和报警信号；从站号和点滴速度可以任意设定。b 接收主站设定的点滴速度信息并显示。c 对异常情况进行报警。（3）主站和从站家的通信方式不限，通信协议自定，但应该尽量减少信号传输线的数量。（4）其他。2.1.3 说明（1）控制电机类型不限，其安装位置与安装方式自定。（2）储液瓶用医用250ml注射页玻璃瓶（瓶中为无色透明液体）。（3）受液瓶用1.25L的饮料瓶。（4）点滴器采用针柄颜色为深蓝色的医用一次性输液器（滴管滴出20点水相当与1ml0.1ml）.（5）赛区测试时，仅提供医用移动式点滴支架，其高度约为1.8m,也可以自带支架；测试所需其他设备自备。（6）滴速夹在测试开始后不允许调节。（7）发挥部分第（2）项从站功能中，c中的异常情况自行确定。 2.2. 系统各个模块的选择与论证（1） 点滴速度测量方案一：采用电感式传感器测量点滴速度。在输液器的漏斗外围绕线圈作为敏感元件。当液滴滴下是电感量发生变化，通过LC振荡电路后输出变化的频率值，经
