1、第 1 页 共 18 页液体点滴速度监控装置摘要 该装置实时地监测液体点滴速度，通过单片机对信息的分析和处理，由主机发出相应的指令，调整系统的工作平稳，构成了一个高性能的闭环控制系统。实现了对点滴输液速度的直观监测，同时对一些异常情况的出现可实施报警。利用该装置还能通过主控平台对各个分立系统信息实施自动化、智能化的集中处理。能方便、简易的操作和使用，对医疗具有很强的实用性。关键词 实时监控 红外传感 闭环控制 步进电机一、 方案设计与论证根据题目要求和原输液装置的特点，提出以下三种方案：1、方案一直接在滴斗处用两电极棒的方法。图 1此方案的传感器采用简单的液体导电原理，在滴斗处安装两个电极。当
2、水滴落下时，电极导通，从而使待测量的变化转化为高低电平电信号。采用伺服电机改变系统装置中液瓶与受液瓶的高度，达到改变点滴速度，从而进行控制。2、方案二把通过电机改变系统装置高度的方法，改为控制步进电机对输液管进行压缩或缓松，从而实现对点滴速度的改变。采用交流电动机控制 H2 的高度。即采用红外传感器测量滴斗滴液，送至单片机接口计数，通过数字模拟转换，将其转换为 420MA 标准电流值，同时通过键盘输入给定每分钟的滴数，再将此滴数将其转换为 420MA 标准电流值，将此两个信息同时进入数字 PID 调节器。通过偏差计算再输出一组 420MA 标准电流值，通过变频调速器控制电动机调节 H2 的高度
3、，来控制滴斗滴数。此方案的优点是，完全按目前电气工程标准化运作，可以在很短时间完成。2、方案三根据点滴装置的特点，通过对装置的某一位置进行监测和控制，达到对整个系统液体点滴速度的监控。 （如图 1） 。通过控制输液软管夹头的松紧来控制点滴速度，采用红外传感器测量滴斗滴数，送至单片机接口计数并显示，首先标定两个脉冲（两滴间）间的时间间隔（以 10MS 为时基单位） 。然后计算给定滴斗滴数（通过键盘）的时间间隔（以 10MS 为时基单位） 。将此两个时间间隔进行比较，以决定步进电机运行的方向。该步进电机通过丝杠控制输液软管夹头的松紧，来控制滴斗滴数传感器 信号处理 人机对话界面速度控制电机驱动待测
4、和控制 量第 2 页 共 18 页4、方案比较方案一的特点是：实现比较简单容易，原理上也是可行的，但由于本装置用于医疗，电弧的产生，可能对不同的药物有影响，同时传感器（电极）不能重复使用，以防止传染。方案二通过改用红外传感器，弥补了方案一的不足。但是还存在问题，利用改变高度的方法虽然容易实现，但可控性不好。由此，我们采用了第三种方案，通过挤压输液管的办法来实现对点滴速度的控制。二、 系统原理框图 如图 2 所示。图 2本系统最主要的是充分利用单片机编程的灵活性和其强大的功能，使一些小的系统实现自动化和智能化成为了现实。其中的器件都比较简单，尽大可能的利用各集成芯片的功能，如系统的键盘和显示原理
5、电路。通过红外传感器对水滴滴落的动态信息的感应 ，单片机对数据的采集分析和处理，同时使用小功率的步进电机进行机械调整，使装置能机智、即时的响应操作者的使用。三、 主要电路原理与设计1、AT89C51 单片机基本系统 控制与数值信号处理的核心采用 AT89C51 单片机，采用串口工作方式。电路如图 3。滴斗 红外传感器及信号处理 AT89C51基本系统步进电机驱动显示与键盘控制输液管R?10KR?10KR?10KR?10KR?10KR?10KR?10KR?10KS? RESET R?1KR?2K C?2uF vcC?3pc?3p12345678p0HEADER 812345678p2HEADER
6、 8EA/VP 31X119 X218 RESET9 RD17W16 INT012 I 113 T014 115P10/T1 P1/2 P123 P134 P145P156 P167 P178P0 39P01 38P02 37P03 36P04 35P05 34P06 3P07 32P20 21P21 2P2 23P23 24P24 25P25 26P26 27P27 28PSEN29AL/P 30TXD1 R10U?80C5212345678p18 HEADER12345678p38 HEADERvcY?CRYSTAL1J?CON11J?CON1第 3 页 共 18 页图 32、显示与键盘
7、如图 4利用 74LS164 进行串行动态 9 位数码管显示，74LS164 的主要功能是 8bits 的串入并出数据处理。电路结构简单，功能强大。采用中断和查询的方法，设计的 4 键键盘的形式，利用单片机的灵活编程，扩展其键入功能。图 43、红外传感和信号处理 采用红外线的发射和接收装置，它可用来检测包括液体在内的各种透明体、半透明体、不透明体，从而可以灵敏地反应水滴滴下。利用光电耦合器对电信号进行处理，减少干扰。4、步进电机驱动和控制 如图 5图 55、声光报警 当检测到液面低于 3cm 时由单片机采集到报警信号，由报警芯片发出声光报警。5、主控制平台 可以组建一个小型的网络系统，由主机控
8、制和监视各个从机的工作状态和各个装置的信息。 如图 63 41B101 1E89 1D1213 1F25103510451017805018050281 21A5 61C5P1.7 910k810k1010k1210k1310k110k141k 195k 2242325502650275067151k 205k215k161kP1.6P1.5a bf cg deDPY1234567abcdefg8dpdp a bf cg deDPY1234567abcdefg8dpdp a bf cg deDPY1234567abcdefg8dpdp a bf cg deDPY1234567abcdefg8d
9、pdp a bf cg deDPY1234567abcdefg8dpdp a bf cg deDPY1234567abcdefg8dpdp a bf cg deDPY1234567abcdefg8dpdp a bf cg deDPY1234567abcdefg8dpdpa bf cg deDPY1234567abcdefg8dpdpA1 B2 Q0 31 4Q2 53 6Q4 105 1Q6 127 13CLK8 MR9A1 B2 Q0 31 4Q2 53 6Q4 105 1Q6 127 13CLK8 MR9 4.7k 4.7k 4.7k 4.7k 4.7k 4.7k 4.7k 4.7k4.7
10、kvcvc vc vc vc vc vc vcvcvc12456int0org 000bhajmp times ;t0org 0013hajmp cgint ;int1org 0040hmain:mov sp,#60h ;设置堆栈mov 41h,#00hmov 42h,#00hmov 43h,#00hmov 44h,#00hmov 45h,#00hmov 46h,#00hmov 47h,#00hmov 48h,#00hmov 4fh,#00hmov 50h,#00hmov 51h,#00hmov 52h,#00hmov 53h,#00hmov 54h,#00h ;初值设置mov 55h,#00
11、hmov 56h,#00h ;以上为时间初值mov 54h,#00hmov 57h,#00h ;初值显示为 00mov 58h,#00hmov 59h,#00hmov 5ah,#00hmov 5bh,#00hmov 5ch,#00hmov 5dh,#00hmov 5eh,#00hmov 5fh,#00hmov r7,#00hsetb f0clr p2.1 mov tmod,#01h ;T0 为工作方式0mov tl0,#0f0h ;计数器初值mov th0,#0d8hmov ie,#87h ;中断设置，除T1，ES 外全开中断mov ip,#02h ;中断优先级setb it0setb it1
12、 ;脉冲触发方式setb tr0 ;启动定时setb p1.4disp:acall disp0 ;调用显示子程序ajmp dispdisp0:push accmov dptr,#tablejnb f0,disp1mov a,54h ;选择值显示cjne a,#01h,zzz1movc a,a+dptrmov sbuf,ajnb ti,$clr timov a,#0ffhmov sbuf,ajnb ti,$第 10 页 共 18 页clr tiacall dealyajmp disp1zzz1:cjne a,#02h,zzz2movc a,a+dptrmov sbuf,ajnb ti,$clr
13、timov a,#0ffhmov sbuf,ajnb ti,$clr tiacall dealyajmp disp1zzz2:cjne a,#03h,zzz3movc a,a+dptrmov sbuf,ajnb ti,$clr timov a,#0ffhmov sbuf,ajnb ti,$clr tiacall dealyajmp disp1zzz3:mov 54h,#00hdisp1:mov a,5ah ;测定值显示cjne a,#00h,disp2ajmp disp3disp2:cjne a,#01h,disp4disp3:movc a,a+dptrmov sbuf,ajnb ti,$cl
14、r timov a,#0fehmov sbuf,ajnb ti,$clr tiacall dealydisp4:mov a,5bhmovc a,a+dptrmov sbuf,ajnb ti,$clr timov a,#0fdhmov sbuf,ajnb ti,$clr tiacall dealymov a,5chmovc a,a+dptrmov sbuf,ajnb ti,$clr timov a,#0fbhmov sbuf,ajnb ti,$clr ti acall dealymov a,5dh ;设置值显示movc a,a+dptrmov sbuf,ajnb ti,$clr timov a,#0dfhmov sbuf,ajnb ti,$clr ti acall dealymov a,5ehmovc a,a+dptrmov sbuf,ajnb ti,$clr timov a,#0bfhmov sbuf,ajnb ti,$clr ti acall dealymov a,5fh
