1、 基于单片机的输液监护器的设计毕业设计基于单片机的输液监护器的设计摘 要针对目前我国大部分医院在对病人进行静脉输液治疗是医护人员监护任务繁重的问题，设计了一套面向所有大中小医院和诊所的医院输液监控系统。本系统以 PC 为上位机作为整个系统的控制监控中心，用单片机 AT89C51 为核心作为下位机通过光电传感器对吊瓶的液位进行检测及报警，并对滴速进行精确地检测与控制。上位机与下位机用 RS485总线进行串行通信，能够使医护人员实时了解输液状态。论述了该系统的检测原理、总体结构、主要功能部件设计和软硬件系统的组成。该系统低功耗、成本低、性能稳定、便于携带、实用性强。关键词：输液监控、AT89C51
2、、串行通信基于单片机的输液监护器的设计SCM TRANSFUSION MONITORABSTRACT Aiming at the heavy problem of nurses in most of our hospitals when carry on transfusion to the patients currently and then designed a set of system which is called fluid infusion supervision system .It is faced to all the hospitals and clinic. This
3、 system take the PC as its master machine. The PC is the controler of the whole system. Take the single chip AT89C51 as a core of the next machine which will test and display the level of the liquid bottle. It can examine and control the speed of lose a liquid accurately. PC communicate with single
4、chip by the total line of RS485.It can make the nurses know the status of loses liquid while patients take the personnel solid. Discussed the constituting of examination principle, total structure and main function parts design and the constitution of software and hardware system. The system is low
5、achievement consumes, low cost and stable function and easy to take, the function is strong.KEYWORDS Supervision of transfusion;AT89C51; signal communication目 录基于单片机的输液监护器的设计1 输液监护器的总体设计 11.1 系统的构成 11.2 系统框图及工作原理 12 输液监护器的设计方案及论证 32.1 电动机系统方案的选择 32.2 数据采集方案的选择 32.3 键盘方案的选择 42.4 点滴速度计算方案选择 42.5 传输方式的
6、选择 43 输液监护器的硬件设计 53.1 单片机的选用 63.1.1 现有主流单片机的概述 63.1.2 单片机的选用 63.1.3 单片机 I/O口管脚分配 103.2 执行机构 103.2.1 步进电动机概述 103.2.2 步进电机控制原理 113.3 数据采集模块及工作原理 123.3.1 红外发光二极管和光敏三极管 143.3.2 红外发光二极管主要参数 143.3.3 光敏三极管的主要参数 143.4 电源模块 153.5 声报警模块 15基于单片机的输液监护器的设计3.6 复位电路 163.7 显示模块 163.7.1 LED显示器的结构 163.7.2 LED显示器的显示方法
7、 183.7.3 7段译码器 CD4511 183.7.4 显示模块电路设计 203.8 键控模块 213.9 通信模块 223.9.1 nRF905芯片结构、引脚介绍及工作模式 223.9.2通信协议 274 输液监护器的软件设计 284.1 检测程序 284.2 电机控制子程序 314.3 显示子程序 334.4 键盘程序 345 试验及结果分析 385.1 试验过程 385.2 测试结果分析 396 输液监护器的抗干扰措施 406.1 单片机抗干扰的概述 406.2 输液监护器的抗干扰措施 407 结论 418 致谢 42基于单片机的输液监护器的设计9 参考文献 43附录 44基于单片机
8、的输液监护器的设计11 输液监护器的总体设计1.1 系统的构成该监控系统由主从站两大部分组成，其框图如图 1.1：图 1.1 主从站结构框图1）主站（监控中心）由 PC 机作为上位机，采用巡回查询的方式与从站进行通信，收集从站的实时信息，并进行显示及报警。2）从站以 AT89C51 单片机为中心，完成对某一具体输液远程控制过程的监控。1.2 系统框图及工作原理系统总体结构框图如图 1.2 所示晶振电路复位电路键盘输入AT89C51显示装置报警装置控制电机电源电路nRF905nRF905AT89C51MAX232监控电脑图 1.2 系统的结构框图输液监控系统以 AT89C51 单片机为中心，单片
9、机需要电源电路，复位电路，振荡电基于单片机的输液监护器的设计2路来保证其正常工作。默认速度设定值为 60 滴/min，可以通过键盘来修改设定值。采集装置通过光电开关传感器对速度进行检测，并以电信号的形式传给单片机，经运算，分析，处理后单片机将数据传送给 LED 显示模块，实现输液速度的显示。通过对设定值和实际值的比较来控制电动机的正，反转，从而带动输液器上的控制齿轮上升下降，达到控制输液速度的目的。另外，当采集装置通过光电开关传感器检测到速度值过高或过低时，直接启动声报警装置。若声报警持续一分钟后无人复位，则由单片机发出信号控制电动机，使输液器上的小齿轮处于无液滴滴出状态，这样可以大大提高输液
10、的安全性。基于单片机的输液监护器的设计32 输液监护器的设计方案及论证2.1 电动机系统方案的选择方案一 采用单片机和 A/D 转换构成系统，控制普通电机的步数和旋转方向，可以考虑达林管组成的 H 型 PWM 电路。用单片机控制达林管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电机转速，减小因惯性，速度，步距角过大而引起的调整误差，达到改变点滴高度的要求，缺点是控制信号为模拟信号，需要将单片机输出的序列脉冲转换，延长了控制的时间，并且步距角为 ，满足不了控制误差范围为设定值 滴的要求。90 1%0方案二 用单片机控制步进电机，控制信号为数字信号，不在需要数/模转换；具有快速启/停能力，可在一刹那间
11、实现启动或停止，且步距角降低到 ，延时短，定位准5.7确，精度高，可操作性强。综合考虑题目要求，一方面调节的步长尽可能的小，定位要好；另一方面如果停止信号到来，滑轮能够快速停止。 通过对比，利用步进电机可以自如控制输液器上的手动滑轮，完全满足题目的要求，因此采用方案二。2.2 数据采集方案的选择数据采集一般可以采用以下几种方案：方案一使用发光二极管和光敏三极管组合。方案二使用红外发光二极管和接受管组合。方案三利用激光。通过对比，在这次设计中由于是近距离探测，故采用方案二来完成数据采集。由于红外光波长比可见光长，因此受可见光的影响较小。同时红外系统还具有以下优点：尺寸小、质量轻，能有效的抗可见光
12、波段的伪装，对辅助装置要求最少，对人眼无伤害。当然红外光也有一定的缺点，如大气、潮湿的天气、雾和云对它有衰减作用，所以只适用于室内通信。在现代生活中，人们为了更方便的使用红外光这种有效的媒质，利用红外光做出了很多器件，发射式光电检测器就是其中的一种器件，它具体积小、灵敏度高、线性好等特点，外围电路简单，安装起来方便，电源要求不高。用它作为近距离传感器是最理想的，电路设计简单、性能稳定可靠。基于单片机的输液监护器的设计42.3 键盘方案的选择方案一 采用矩阵式键盘，此类键盘采用矩阵式行列扫描方式，优点是当按键较多时可降低占用单片机的 I/O 口数目，缺点为电路复杂且会加大编程难度。方案二 采用独
13、立式按键电路，每个按键单独占有一根 I/O 接口线,每个 I/O 口的工作状态互不影响，此类键盘采用端口直接扫描方式。缺点为当按键较多时占用单片机的I/O 口数目较多，优点为电路设计简单，且编程极其容易。综合考虑两种方案及题目要求，方案二需要 3 个 I/O 口，由于系统资源足够用，故采用方案二。2.4 点滴速度计算方案选择在一定时间内点滴的滴数（即点滴的速度）是单片机通过红外传感器测得的脉冲信号计数获得的，但怎样计算点滴速度以满足在 3 分钟内实现电机对点滴速度的控制是必须考虑的问题方案一 根据一定时间 T（如 30 秒）内滴下的点滴的滴数 n 计算点滴的速，计算公式为： （滴/分） 。根据
14、此方案，若选取的计数时间 T 较短，以 10 秒为例，如检Tnv60测系统误差为 1 滴，则算得的速度误差为 6 滴，此时假设点滴的实际速度为 30 滴/分，而计算速度为 36 滴/分，误差为 30%，大于题目要求的误差范围 10% 1 滴。若选取的时间计数 T 较长，则系统达到稳定的时间太长。方案二 根据一定滴数 N 滴下所经过的时间 t 计算点滴的速度，计算公式为（滴/分） 。此方案的误差与系统计算的时间精度有关，通过调整计算的时间精度tNv60可以改进计算误差，达到题目所要求的误差范围。通过比较论证，作者选用方案二。2.5 传输方式的选择方案一：采用 USB 接口，USB 接口属于有线传输方式，数据传输的可靠性高，但不便于扩展。方案二：采用无线通信方式。无线通信便于扩展，使用更便利，适用于大容量的情况。通过比较，考虑到医用输液器的情况，选用了 nRF905 多段单片高速无线收发芯片。
