1、- 1 -课 程 设 计 报 告题 目：基于单片机的自动缓式输液器的设计教 学 院：电气与电子信息工程学院专业名称： 医用电子仪器与维护 班 级： 08 级（1）班 学 号： xx 姓 名： xx 指导教师： xx xx - 2 -教师评语 成 绩- 3 -摘要随着科学技术的发展和牛活水平的提高，人们对各种医疗产品性能要求也越来越高。传统的输液方法因其输液速度较快，药物吸收效率较低，同时，在输液过程中需要人工监护，输液精度得不到可靠保证，因此需要一种便携式自动缓式输液设备满足人们的需求。自动缓式输液器是一种新型的医疗器械，通过控制单位时间内输液滴数调整药液释放时间，本文以 STCl 2C541
2、 2 单片机为核心，对硬件系统的各个模块及其组成进行了设计，尤其是对硬件系统中的电源管理模块、电机驱动模块和液晶显示模块进行了分析，同时针对整个系统进行了必要的程序设计。在此基础上，本文针对常用的几种输液方式如“定时输液” 、 “定速输液” 、 “定量输液”进行了设计，并就输液中的无线监控进行了研究，提出了蓝牙监控方案，解决了病人输液过程中输液状态无法自动监控的问题。经过试验调试，自动缓式输液装置工作正常，性能稳定，抗干扰能力强，符合预期要求。关键词：单片机，密码设置，缓式输液器，霍尔传感器，蓝牙- 4 -目 录摘要.3第 1 章 绪论.511 自动输液系统研究的背景512 自动缓释输液系统研
3、究的目的和意义513 本课题的研究现状514 本课题主要研究内容5第 2 章自动缓释输液器总体设计621 引言.622 工作原理和主要技术指标6221 工作原理6222 主要技术指标623 控制电路组成7第 3 章硬件模块设计831 单片机模块.832 单片机脉宽调节 PWM 模块.933 单片机 PCA 信号捕获模块1134 霍尔取样模块.1235 液晶显示模块1436 电池检测管理报警模块1537 电机驱动电路(模块)1638 键盘设置模块17第四章软件系统1841 主控模块.1842 定时器延时子程序.1843 键盘模块.1844 显示模块1945 电机控制模块19第五章展望20- 5
4、-第一章 绪论11 自动输液系统研究的背景病人在医院进行治疗，静脉输液是最基本的治疗手段之一，目前常用的医用输液仪器输液泵是解决输液速度的一种有效方法，它的工作原理是动力挤压输液(重力输液法) ，即要将输液瓶或输液袋悬挂在输液者的上方，依靠手工操作。医护人员根据病人的实际情况，手动调节输液液滴的速度。采用该种方式输液，在一定时问内输液量是一定的，但输液期问点滴数目并不均匀，而且输液泵的耗材成本很高，只适用于急救和重症情况，不适宜普及。此外，传统的输液方式遇到护士出现人为失误，比如错误地凋节液滴速度，没有及时的为病人换输液瓶等，都会给病人带来不必要的麻烦。对于一些特殊的患者，比如心脏病，老人，婴
5、儿或者对于需要自助式护理的病来说，尤其是由于手术后、晚期癌症、分娩等原因所导致的慢性疼痛的病人，往往需要一种可以由病人自己操作、自动定时、定量向病人进行输液的智能型便携式自动输液器，以达到治疗和镇痛的目的。12 自动缓释输液系统研究的目的和意义传统的输液方法因其输液速度较快，药物 II 及收效率较低，同时，在输液过程中需要人工监护，输液精度得不到可靠保证，因此需要一种便携式自动缓式输液设备满足人们的需求。自动缓式输液器是一种新型的医疗器械，体积很小(只有 20 X 60X l00mm)，采用四节5 号电池供电。主要用于病人手术后的止痛和需要止痛人员，通过该仪器和配置的输液袋将 500ml 药液
6、原来需要约 2 小时左右输液，变成 20 小时、 30 小时或 50 小时缓慢输液，能提高药物的吸收效率，减少用药量，提高病人的生活质量，且携带方便，止痛和输液的同时，不影响正常的生活、学习和工作。同时，自动缓式输液器的使用也可以减轻护士的工作压力。13 本课题的研究现状自动缓式输液器其实就是解决输液液体的流量控制问题，药液的流量与流速的精确控制与否，直接影响到危重病人的生命安全，输液滴速控制针对不同的病人情况采用不同的点滴速度进行输液控制，比如对成人输液滴速一般没在 6080 滴分钟，而对儿童输液滴速一般没在 3040 滴为宜。目前，国内各类医院普遍利用输液器上的输液阀进行输液速度调节，但其
7、不容易控制，调节效果不太准确，输液速度过快会对病人造成不良反应，而且在输液过程中需要人工看护，输液完毕要及时拔掉输液管，否则会发生血液回流现象。近几年来，国内省级些大型医院已出现自动缓式输液器，基本上是采用以 MCS-5121系列 89C5151为核心的单片机控制系统，其时钟工作频率较低，功耗较大，占用 PCB 板面积较大，不适用于便携式装- 6 -置，而且现有的自动缓式输液器没有射频通讯设汁，没有解决输液状态的无线发送与接收问题。14 本课题主要研究内容自动缓式输液器是一种新型的医疗器械，通过控制单位时问内输液滴数调整药液释放时间，本文以 STCl2C5412 单片机为核心，对硬件系统的各个
8、模块及其组成进行了设计，尤其是对硬件系统中的电源管理模块、电机驱动模块和液晶显示模块进行了分析，同时针对整个系统进行了必要的程序设计。在此基础上，本文针对常用的几利，输液方式如“定时输液” 、 “定速输液”、 “定量输液”进行了设计，并就输液中的无线监控40-44进行了研究，提出了蓝牙传输方案，解决了病人输液过程中输液状态无法自动豁控的问题。第二章自动缓释输液器总体设计21 引言自动缓式输液器在设计过程中主要研究了以下几个方面的内容：1便携式医疗设备要实现方便携带的功能，就必须具有微型化、低功耗的特性。此外，该设备还要有极高的精度和可靠性以保障使用者的安全。2便携式医疗设备要实现远程监控的功能
9、，就必须采用无线传输方式。由于医疗设备中传输的信号都比较微弱，还会受到各种噪声源的干扰，因此信号传输就显得尤为重要，选用何种无线传输方式才能可靠、抗干扰、低功耗及微型化传输，这也是本文所涉及的一个重要方面。3电源部分采用电池供电，为方便患者直观把握电池剩余电量，必须对电池实施监控管理，同时选择合适的芯片和工作模式，以便延长电池的使用寿命。22 工作原理和主要技术指标221 工作原理自动缓式输液器是以单片机为核心，根据不同滴速需求输出脉宽不同的控制信号控制电机转动，电机转轴上套有凸轮，凸轮转动一圈挤压输液管一次。单片机每输出一个脉冲信号，驱动电机转动一圈，带动凸轮挤压输液管挤压出 0.05ml
10、药液输出。如图 21 所示，电机轴向粘贴一薄型小磁条，同时在输液装置上固定一霍尔传感器(在电机转轴外径，正对小磁条方向)电机转动一圈，小磁条跟转一圈，霍尔传感器采样一次，送单片机计数端口计数。控制电机转动的次数，就可以控制总的输液量。为直观把握电池电量状态，本设计采用电源管理模块在线测量电池工作电压并将处理结果送单片机，如低于预设电压值，单片机 IO 端口输出相应信号触发声光报警电路。同时，为使患者知晓目前的输液模式和电池电量情况，本设计通过液晶显示模块完成显示功能。- 7 -图21硬件系统框图1电机 2电机转轴 3凸轮 4输液管 5.小磁条 6霍尔传感器222 主要技术指标按键设置为定时键、
11、白控键、滴速键和滴量键，可设定不同的每小时的输液量，或根据需要选用连续的定时输液方式。为防止误操作，该设计采用了密码保护。本电路由三位密码组成，改变输液方式或重新输液需确认密码后方能操作其他设置按键。1滴液速度(指每小时输入的最大的用药量，如 2mlh 指的是一小时将 2ml 的药液注入)每按一次“滴速”按键，液晶屏幕将依次显示 2mlh，3mlh，5mlh，根据实际情况进行选择其参数。电机每转一圈的时间为 4s，凸轮挤压药液 O05ml，根据需要选择不同的输液方式，单片机输出不同的周期的脉冲信号，送电机驱动电路控制电机的转动。如超过每小时输入的最大用药量，则报警，蜂鸣器响。2定时时间(15m
12、in、30min、 60min)如需要进行连续的输液方式，按“定时“键，每按一次，液晶将依次显示15min、30min、60min，在此时问内，输液器连续工作。3滴液量(每次的输液量：2ml次，3ml次，5ml次)每按一次“滴量”键，液晶将依次显示 2ml次，3ml次，5ml次，例如 2ml次指的是输液器连续将 2ml 药液输入。采用霍尔元件作为计数传感器电路，电机每转一圈，向单片机的计数端口发送一个计数脉冲信号。电机每转动一圈，凸轮挤压输液管挤压出O05ml 药液，电机转数达到设定的输液值时 (说明输液一次所需的电机转数己到)，则单片机连接电机驱动模块的 I 0 口输出低电平，使输液停止。如
13、果电机转数超出设定值，单片机触发报警，提醒病人关闭输液。23 控制电路组成为了使缓释输液器能达到低功耗、多功能、小型化和远程监控的要求。其主要部分由下面几个系统模块构成：1其核心部件采用单片机；2脉冲宽度调制(PWM) 输出模块；3PCA 信号捕捉 (计数)模块；4霍尔取样模块；5液晶驱动显示模块；6电源管理报警模块；7电机驱动模块；8按键设置模块- 8 -其控制系统硬件框图所图 22 所示图 22 硬件系统框图第三章硬件模块设计31 单片机模块由于本系统需进行全自动控制并具有较高的精度和可靠性要求，因此其核心部件微处理芯片的选择显得尤为重要，低功耗、多功能、微型足最基本的要求。以 MCS-5
14、1 系列89C511101为核心的单片机控制系统，其时钟工作频率较低，功耗较大，占用 PCB 板面积较大，不适用于便携式装置，故本设计为采用 51 系列的单片机45789。本设计采用 STCl2C5412 单片机，其为美国 STC 公司在 8051 单片机标准的内核结构基础上对芯片内核进行了较大改进后推出的一个增强型功能 8051 的单片机，具有很多很强的新功能。STCl2C5412 系列是从引脚到内核及指令上都完全兼容 8051 的单片机，有 32脚 PLCC(27 个 IO 口)，28 脚 DIR(23 个 I0 口)，20 脚 DIP(1 5 个 IO 口) 。在芯片型号命名上，12 代
15、表工作频率是普通 8051 速度的 812 倍，C 代表工作电压 55V-38 V，54 代表 RAM 是 512 字节， PCAPWM 是 4 路，12 代表程序空间大小是 12KB，AD表示有 A/D 转换功能。下面就增强的功能逐一介绍。1单时钟伪 L 器周期模式和工作频率标准的 8051 每个机器周期为 12 时钟，增强型的 STCl2 系列单片机为单时钟机器周期。单时钟工作频率的范围是 0-35MHz；平均指令运算速度比标准 8051 快 812 倍，加上工作效率可到 35M Hz，比 12MHz 的标准 8051 综合要快近 30 倍。2 个定时器可选用标准 8051 计数速度和高速
16、计数，比标准 8051 计数快 12 倍，UART 串口波特率可选用标准 8051 波特率和快速方式，采用快速方式比标准 8051 波特率快 6 倍。2片内具有 EEPROM 功能和用户程序空间- 9 -STCl2C5412 具有 12KB 的用户程序空问，这 12KB 中用户可以自行安排 EEPROM和 FLASH 的空间比例。其它 STCl2 系列的 EEPROM 为 2KB，FLASH 程序为 10KB、8BK、6KB、4KB、2KB。STCl2C5052 最大程序空问为 5KB，其中用户可自行安排EEPROM 和 FLASH 的比例，其它 STCl2C2025 系列的 EEPROM 为
17、 1KB 的空间，是8051 族单片机中芯片内人量具有 EEPROM 功能的首选芯片。单片机片内 EEPROM 的采用，提高了单片机运行的可靠性，减少了程序的复杂性，并提高了运行速度。3带快速 AD 功能(1 0 位精度，8 路通道) ，STCl2C5412 系列单片机均带有一个 lO 位精度、8 路通道的 AD 转换器，转换速度为 100kHz，为电压输入型。允许将 P10 一 P17 作为 AD 口使用。用户可通过软件设置将 8 路中任一路设为 A D 转换。(P1 口也可做普通 I0 使用，不需做 AD 的口，可继续做 IO 口使用)。最快速度：210 个时钟周期转换一次(20MHz 工
18、作频率) ，AD 转换速度最快约 100kHz，STCl2C2052AD 系列 AD 转换精度只有 8 位 8 路，STCl2 系列单片机的参考电压源是输入电压 VCC，所以一般不用外接参考电压源。4内部扩展 RAMSTCl2 系列单片机，在原来 8052 共 256 字节 RAM 基础上，又扩展了 256 字节RAM，共有 512 字节 RAM。5STCl2 系列单片机具有低功耗空闲，掉电唤醒的功能在工作频率为 2MHz 时，正常工作电流27mA，空闲模式电流13 mA，掉电模式O 1 mA，可由外部中断唤醒。6双 DPTR 数据指针标准的 8051 只有一个 16 位 DPTR 数据指针，
19、在进行数据块复制时，必须对源地址指针和目标地址指针进行暂存，编程会很麻烦，STCl2 系列单片机内有 2 个 DPTR 数据指针，DPTR0DPTRl。可以通过设置 DPS 位(AUXRlO) 方便地选择，DPS 置 O 则选中DPTRO，置 1 选中 DPTRl，通过执行 INCAUXRl 指令，对 DPS 快捷切换，并不影响AUXRl 寄存器的高位。7片内硬件看门狗STCl2 系列单片机，芯片内置了一个 4 位的硬件看门狗定时器，从而可以省去外接专门的看门狗定时器，定时器不用内置看门狗时，可以和 8051 一样使用。8具有 4 路 PWMPCA( 可编程计数器阵列)STCl2 系列单片机；
20、可用来当 4 路 DA 使用，也可用来再实现 4 个定时器，或再实现4 个外部中断(上升沿设中断下降沿中断均可 )。9STCl2 系列单片机芯片内部集成 MAX810 专用复位电路外部晶体 20M 以下，可省去外部复位电路。10STCl2 系列单片机具有内部振荡器当精度要求不高时，可省去用外部晶体电路，采用内部 RC 振荡器。11STCl2 系列单片机具有 SPI 同步通信口，是一种全双口可设置主模式从模式，高速同步的通讯总线。同时可用来进行多单机的主从通信。12IO 口的功能同 805l 功能同。 32 脚的 STCl2C 单片机，PLCC 封装有 Pl 口 8 个，P2口 8 个，P3 口
21、 7 个，PO 口 4 个，这些均与 8051 功能相同。13软复位功能STC12 系列单片机新增加的 ISPCONTR 特殊功能寄存器实现了单片机系统软复位功能，用户只需简单地控制 ISPCONTR 特殊功能寄存器中两位 SWBSSWRST 就可以系统复位了。SWBS 位选择从用户应用程序区启动(0)，还是从 ISP 程序区启动(1)，要与- 10 -SWRST 位配合4能实现。SWRS 位置 0，则无操作；置 1，实现系统复位。软件复位和硬件复位一样，所有的特殊功能寄存器都会复位到初始值，IO 口也会初始化。32 单片机脉宽调节 PWM 模块本设计可根据患者需要，设定固定“滴速“的输液方式
22、，即单位时问内挤压的液滴数量一定( 如每小时 100 滴，每滴 005ml，则滴速为 5ml h)，单片机每小时输出 100 个脉冲信号，送入电机驱动电路控制电机的转动。凶此单片机的脉冲宽度调制(PWM)图 31 PCA PWM mode可调制脉冲宽度输出模式模块是一个非常重要的组成部分。STCl2C5412 单片机 PWM 模块功能控制流程框图如图 31 所示。一旦按键输入的输液方式确定后，单片机 PWM 模块端口(P37) 输出相应周期的脉冲波形。本文主要利用单片机 STCl2C54 模块 0 的 PWM 输出模式。PWM 功能模块用来控制电机的的转动和停止的问隔，即控制系统的一个重要参数
23、“滴液速度”ml h( 毫升小时)数的大小。应用单片机的 PWM 输出(或者通过定时器和软件起来实现 PWM 输出) ，经过简单的变换电路就可以实现 DAC，这将大量降低电子设备的成本、减少体积，提高了精度。本文在对 PWM 到 DAC 转换关系的理论分析的基础上，设计出输出为 0-5 V 电压的 DAC。PWM 是一种周期一定，而高低电平的占空比可以调制的方波信号，图 32 是一种在电路中经常遇到的 PWM 波。该 PWM 的高低电平分别为 VH 和 VL，理想的情况 VL 等于0。图 32 的 PWM 波形可以用分段函数表示为式(31) ：其中：T 是单片机中计数脉冲的基本周期，即单片机每
24、隔 T 时间计记一次数(计数器的值增加或者减少 1)，N 是 PWM 波一个周期的计数脉冲个数， n 是 PWM 波一个周期中高- 11 -电平的计数脉冲个数，VH 和 VL 分别是 PWM 波中高低电平的电压值，k 为谐波次数，t为时间。把式(31)所表示的函数展开成傅里叶级数，得到式 (32)：图 32 PWM 波形从式(32) 可以看出，式中第 1 个方括弧为直流分量，第 2 项为 1 次谐波分量，第 3 项为大于 1 次的高次谐波分量。式(32) 中的 j 直流分量与 n 成线性关系，并随着 n 从 0 到 N，直流分量从 VL 到 VL+VH 之问变化，这 J 下是电压输出的 DAC
25、 所需要的。在单片机的应用中还可以通过软件的方法进行精度凋整和误差的进一步校正。33 单片机 PCA 信号捕获模块“滴液量”(每次输液量 ml次) 是整个设计的另一种输液控制方式。输液时的液滴数目与输液量的换算：每次输入 ml 数(ml次)=每滴 ml 数(005ml滴)毒每次液滴数(滴次)。例如，要求按照 2ml次的输液方式进行，则按照上述的计算方式， 2ml 的液量共需 40 滴即可实现。因此，每次输液量(m1)就成了计算输液液滴的数目，而每挤一滴，电机带动凸轮转动一次，数液滴的数目就成了计算电机转动的次数。因此，只要能精确可靠地计算出电机转动的次数就能准确地推算出每次的输液量。本设计应用
26、的计数模块为单片机的 PCA 可编程计数阵列，含有一个 16 位定时器，有4 个 16 位的捕获模块与之相连，每个模块可在 4 种模式下进行编程工作：上升下降沿捕获、软件定时器、高速输出或可调制脉冲输出，模块 0 连接到P37(CEXOPCAoPwMO)，模块 l 连接到 P35(CEXlPCAlPwMl)，模块 2 连接到P20，模块 3 连接到 P24 。寄存器 CH 和 CL 的自由递增计数和 16 位 PCA 定时器值。本系统采用的是模块 l 下降沿捕获模式。即捕捉霍尔传感器检测到的计数脉冲信号，下降沿有效。当端口采样到有效跳变时，PCA 硬件将 PCA 计数器阵列寄存器(CH 和 C
27、L)的值装载到模块的捕获寄存器中，工作在 PCA 捕获模式流程框图如图 33 所示。- 12 -图 33 PCA 捕获模式 为验证单片机计数模块(PCA)【24】 【26】工作正常与否，本设计先行进行了验证，工作电路如图 34 所示。即用按键开关 K1 代替霍尔取样输出 (见文字 34 叙述)，按键 K1 每按一次(输出电平由高到低，等效为一个下降沿脉冲)，相当于霍尔传感器接收到一次小磁条转动一圈的信息，单片机 PCA 端口计数一次 (下降沿时钟计数)。当输液方式设定为 “定量”时，一旦按键按动 40次，液晶显示屏幕显示出 2ml次的信息，表明计数模块工作正常。- 13 -图 34 计数模块调
28、试连接线路电路图34 霍尔取样模块非接触式转速的测量25常采用光电传感器、磁电传感器和霍尔传感器。光电传感器的测量距离较短，一般在 5“-80mm，而且反光标签容易污损，需即时更换，因此应用场合受到了一定的限制。磁电式传感器体积较大，不适合便携式应用。霍尔传感器测量精度高、无触点、低功耗并能满足小型化要求，故本设计采用霍尔传感器。霍尔传感器是一种磁传感器。用它可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔传感器以霍尔效应为其工作基础，是由霍尔元件和它的附属电路组成的集成传感器。霍尔传感器在工业生产、交通运输和目常生活中有着非常广泛的应用。1霍尔效应如图 35 所示，在半导体薄片两端
29、通以控制电流 I，并在薄片的垂直方向施加磁感应强度为 B 的匀强磁场，则在垂直于电流和磁场的方向 L，将产牛电势筹为 UH 的霍尔电压，它- 14 -们之间的关系式 33 中 d 为簿片的厚度，k 称为霍尔系数，它的大小与薄片的材料有关。上述效应称为霍尔效应，它是德国物理学家霍尔于 1879 年研究载流导体在磁场中受力的性质时发现的。2霍尔元件据霍尔效应，人们用半导体材料制成的元件叫霍尔元件。它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。3霍尔传感器由于霍尔元件产生的电势差很小，故通常将霍尔元件与放
30、大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上，称之为霍尔传感器。霍尔传感器也称为霍尔集成电路，其外形较小，图 36 是型号为 TO92 的霍尔传感器的外形图。图36霍尔传感器示意图1-电源+ 2-电源-(地) 3 输出霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和丌关型霍尔传感器两种。线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量；开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成，它输出数字量。霍尔器件以霍尔效应为其工作基础，是一种磁传感器，可以检测磁场变化。霍尔器件输出特性如图 37 所示。- 15 -图 37 霍尔元件输出特性图 38 霍尔计数模块
31、霍尔器件具有许多优点，结构牢固，体积小，重量轻，寿命长， 安装方便，功耗小，频率高( 可达 1MHZ)，耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。霍尔传感器的精度高、线性度好；无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高( 可达 la m 级)。采用各种补偿和保护措施后的霍尔器件工作温度范围宽，可达-55150。因霍尔器件输出信号直接送单片机计数 I371，本设计选用开关型器件 UGN3020，输出为数字信号。由霍尔集成块 UGN302013 引、温度补偿电阻组成电机转数的测量模块，采用霍尔元件作为计数传感器电路，如图 38 所示。电机每转一圈，电机转轴上粘贴的小磁条使
32、霍尔元件开关一次，向 STCl2C5412 的 PCA 端口送一个计数脉冲信号。本电路选用开关型霍尔集成元件 UGN3020。开关型霍尔集成电路是将霍尔元件、稳压电路、放大器、施密特触发器和 OC 门等电路同做在一个芯片上，体积很小。当感受到磁场超过规定工作点时，OC 门由高阻状态变为导通状态，输出低电平，向单片机 PCA(即 P30)端口发出一低电平跳变信号，PCA 计数器计数。当外加磁场强度低于释放点时，OC 门重新变为高阻念，输出高电平。因霍尔元件对温度比较敏感，故采用 Rt 为温度输入回路补偿电阻 (如图 38 所示)。35 液晶显示模块为方便患者直观把握输液工作状态，如“滴速”(2m
33、lh、3ml h、5ml h)、 “滴量”(2ml次、 3ml次、5ml次 )、定时(15min、30min、60min)和电池电量剩余情况，本设计采用液晶显示模块。为了减少功耗和 I0 E1 占用【27】 【321】 ，利用了 STCl2C5412 的串行端口和串并转换集成块311，简化 T#I-围硬件电路，本电路采用了低功耗液晶 (LCDCRS311) 显示器。利用 8 位移位和存储总线寄存器 4094 扩展三个 8 位输出端口。其电路如图 39 所示。当单片机串行口工作在方式 0 的双发送状态时【28】 ，串行数据由 RXD(P30)送出，移位时钟由 TXD(P31)送出。在移位时钟的作
34、用下，串行口发送缓冲器的数据一位一位移到4094 中，由 4094 的并口 Q1Q8 输出。- 16 -图 39 液品推动显示36 电池检测管理报警模块本仪器是便携式以电池为供电电源的医疗产品，整体电路采用电池供电，电池工作状态及参数的变动直接影响整个系统的可靠性和安全性，因此必须对电池实施监控管理，以便延长电池的使用寿命和方便患者直观把握电池剩余电量。本设计采用了先进的低功耗电池监控芯片 bq26220，可以在线检测电池的使用情况和剩余电量等重要参数并将其送到单片机291，在液晶屏幕及时显示或提醒使用者，提高了仪器的安全性和可靠性，当电池电压或电量降低到某一数值时，发出报警信号提醒使用者更换
35、电池。361 电池监控芯片 bq26200 简介bq26200 芯片是先进的电池设备监控模块，它可精确地测量充电和放电电流，并支持所有管理电池容量的必要功能，这个芯片可用于手持电话、PDA 和另外的便携式产品中。bq26200 芯片和单片机 STCl2C5412 一起执行电池的管理功能，单片机负责将 bq26200 的数据传送到液晶屏幕，及时显示和接收相应的数据301。这个模块提供 64bit 通用闪存，8bit 的 ID ROM，和 32bit 的 RAM 存储空间。这些非易失的存储空间能够保存电池的监控信息或关键的电池参数。362 电池驱动初始化过程在系统上电自检成功后，调用电池驱动程序入
36、口函数，进行电池驱动初始化工作：(1)判断是否已经进行中断事件初始化，如果没有初始化，则进行下面的操作；(2)初始化电池全局变量；(3)调用初始化函数；(4)初始化存放电池电量值的寄存器；(5)初始化存放电池电量值的环形缓冲区。- 17 -图 312 电源箭理及欠压报警电路37 电机驱动电路(模块)电机驱动电路是本文重要部分，其控制的精度直接影响整个系统，本电机驱动电路由单片机 PWM 模块和电机驱动集成电路等构成。现有的小型直流电机驱动电路，基本采用集电极开路的 OC 门驱动和三极管互补推挽驱动。OC 门电路驱动电机的缺点是驱动电流不够，响应速度慢，工作电压要求较高，在电压出现波动的情况下，
37、工作不稳定。三极管互补推挽驱动步进电机的缺点是对管选择的要求较高，并且如果其中一个三极管损坏，则另一个三极管也必须更换，因此成本也高。否则三极管会因其特性的不对称而使电路产生不安全隐患。本文针对传统小型电机驱动存在的这些问题，提出一种新型电机驱动方案。本方案采用 STC 12C5412 单片机，通过其运行的软件控制电机驱动模块 MAX4685 模拟开关的输出，从而实现对电机的控制。这种低成本，高稳定，高性能的驱动方式，适合低电压、大电流、响应频率比较高的场合。该仪器的电机驱动电路控制板采用集成 MAX4685，其驱动电路的输出端连接电机的输入端。该仪器的电机驱动框图如图 313 所示。图 31
38、3 电机驱动框图- 18 -MAX4685 具体的参数如下：NO 端的闭合电阻最大为 08f2(3 二作电压为 27V) ；各通道的匹配电阻最大为 O 06Q ；工作的电压范围 18V5 5V；根据设置的输液方式，P37 口送出不同控制脉冲驱动电机转动。其电路如图 315所示。图 315 电机驱动电路38 键盘设置模块为了简化电路节省 IO 口，本密码设置输入采用两个键，密码键用来设置开始和确认。数字键用来设置密码数值，每按一次则密码数字递增 1，由 0-9 循环。每确认一位数后，按密码键确认，个位到百位以此类推。若输入数码与预设密码相同，则开锁，进入参数设置状态。- 19 -第四章软件系统该
39、系统软件程序采用模块化结构，主要由主控模块、键盘模块、开电机模块、电源管理模块、显示模块、捕捉中断程序、定时器延时子程序、密码设置程序等部分构成。本系统软件主要完成如下几方面的任务：1主控模块：主控模块调度以下几个模块协调运行。2键盘和显示模块：显示完成的功能是将电池电量以及输液数据直观的显示出来。键盘用以支持用户的的各种功能操作，Ll-,女 w 密码的输入，以及输液量、输液时问、输液速度等系统参数的设置等。3开电机模块：控制直流电机的工作状态。包括开电机程序、捕捉中断(关电机) 程序等。4电源管理模块：监控电源的电量多少。41 主控模块主控模块首先对系统进行初始化操作，包括对时钟、串口、中断
40、以及液晶的设置，初始化完成后即进入主程序。主程序首先判断 100 毫秒定时到否，若完成，执行显示模块，进行相关参数的显示，否则往下执行；判断 20 毫秒时定时到否，若完成，执行键箍模块，否则，往下执行；判断 1 秒定时到否，若完成，执行电源管理模块，否则往下执行；判断输液时间到否，若到，则开电机，否则往上执行。在延时模块程序中设置各种定时标志，包括 100 毫秒定时标志、20 毫秒定时标志、1000 毫秒定时标志，各种标志对应于系统定时执行的各种功能。至此，主程序形成了一个高速运行的循环。42 定时器延时子程序43 键盘模块本系统采用通用的 IO 作为键盘的接口，主控程序定时查询端口的状态来获
41、得是否- 20 -有键按下。本文给出键盘防连击和键盘去抖动的程序框图，如图 43 所示。由于在主控程序中，每 20 毫秒扫描一次键盘，所以本程序只在程序中加了两个标志位，就能防止键盘的抖动和连击所产生的影响，比一般在键盘程序中利用延时来防止键盘抖动和连击的方法具有一定的优越性。44 显示模块显示模块的任务足实时显示输液有关参数和直观显示电池电量。要显示输液有关参数包括滴液速度、定时时间、滴液量。同时在显示器上出现的还应包括电池剩余电量。45 电机控制模块- 21 -第五章展望在设计便携式医用自动输液播时，不考虑性价比的前提下也可选用其它 STC 系列超低功耗的单片机作为控制芯片，可使单片机功耗
42、降至最低。目前，以荦片机为核心控制芯片，控制直流电机或步进电机转速，从而精确控制输液量已是便携式输液器基本结构模式。随着无线网络、宽带网以及医院无线网络监控的快速发展，以蓝牙和 RF 作为输液器与其它无线终端进行信号传输的方式已是一种趋势。本设计中的蓝牙收发模块仅仅将输液信息进行无线传输，即插即用等新型模块的应用以及新型测量人体牛理功能传感器的推出，将输液器作为一个基本平台，增加测龟人体主要生理功能的传感器，将仅限于输液的功能扩展到输液和体检同时进行，将会带来更大的社会和经济效益。本设计基于蓝牙作为信号无线传输手段，不足之处在于其辐射范围较短，只有 10m 左右，如果护士值班室(监控站 )距离
43、病房较远，则无法实现信号传输。采用何种无线传输方式来实现更远距离的通信，这也是本课题后续设计要研究的问题。- 22 -参考文献【l】汪德彪MCS 一 51 单片机原理及接 U 技术一新编 2l 世纪高等职业教育电子信息类规划教材电气自动化技术专业电子工业出版社，2007【2】陈艳华李朝晖夏玮ADS 应用详解射频电路设计与仿真电子工业出版社，2006(8)【3】周晓光王晓华王伟射频识别系统设计、仿真与应用电子工业出版社，2008【4】4 万文略单片机原理及应用重庆大学出版社，2004(9)【5】求是科技编著8051 系列单片机 C 程序设计完全手册人民邮电出版社，20066】谭明山蓝牙硬件电路无
44、线通信电路没计丛书北京航天航空大学出版社，2005【7】胡汉才单片机原理及其接口技术(第二版) 清华大学出版社， 2005【8】李广第单片机基础(第 3 版) 北京航空航天大学出版社， 2007【9】9 郭天祥新概念 51 单片机 C 语言教程一入门、提高、开发、拓展全攻略电子工业出版社，2008(7)【10】马潮AVR 单片机嵌入式系统原理与应用实践北京航空航天大学出版社，2007【11】金纯蓝牙协议及其源代码分析幽防工业出版社，2006(5)【12】李群芳单片机原理接口及戍用清华大学出版社，200513】李建忠单片机原理及应用西安电子科技大学出版社，2006(2)【14】李光飞单片机课程设
45、计实例指导北京航空航天大学出版社，20041 5】(美)拉扎维RF Microelectronics清华大学出版社，2006【1 6】Allen WScottRF Measurements for Cellular Phones and Wireless DataSystemsWiley-IEEE Press， 2008【17】喻宗泉蓝牙技术基础机械工业出版社，2007【18】黄智伟蓝牙硬件电路北京航天航空大学出版社，2005(5)【19】朱刚，谈振辉，周贤伟蓝牙技术原理与协议北方交通大学出版社，200220】李纯蓝牙技术起跳电子工业出版社，2007(8)【21】陈建新PIC 系列单片机程序设
46、计与开发应用北京航空航天大学出版社，200722】单承赣射频以另 JJ(RFID)原理与应用电子工业出版社， 2008【23】黄玉兰射频电路理论与设计人民邮电出版社，200839【24】杨文龙单片机原理及应用，西安电子科技大学出版社，2003【25】梁森自动检测与转换技术，机械工业出版社，2008【26】李朝青单片机原理及接口技术，北京航空航天大学出版社，1999【27】李群芳，黄建单片微型计算机与接口技术电子工业出版社，2001【28】张培仁基于 C 语言编程 MCS51 单片机原理与应用清华大学出版社，200229】赵秀珍，单永磊单片微型计算机原理及其应用中国水利水电出版社，2001【30】吴微，文军单片机原理及制作武汉大学出版社，199131】冯克MCS251 单片机实用子程序及其应用实例黑龙江科学技术出版
