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
2、斗处安装两个电极。当水滴落下时，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 4 20MA 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 4 20MA 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 4 20MA 标准电流值，通过变频调
3、速器控制电动机调节 H2 的高度，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传感器 信号处理 人机对 话界面 速度控制 电机驱动 待测和控制 量 第 2 页 共 18 页 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，
4、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 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
5、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 第 3 页 共 18 页 图 3 2、 显示与键盘 如图 4 利用 74LS164 进行串行动态 9 位数码管显示， 74LS1
6、64 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 4 3、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 5 5、 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。 3 41B10111E891D12131F2 51 0351 0451 01780 501880 50281
7、 21A5 61C5P 1 . 7 910 k810 k1010 k1210 k1310 k1110 k141k195k22242325502650275067151k205k215k161kP 1 . 6P 1 . 5abfcg deDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpabfcg deDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpabfcg deDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpabfcg deDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpabfcg deDPY1 2 3 4 5 6
8、 7a b c d e f g8dpdpabfcg deDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpabfcg deDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpabfcg deDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpabfcg deDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpA1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713C L K8MR9A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713C L K8MR9 4 . 7 k 4 . 7 k 4 . 7 k 4 . 7
9、 k 4 . 7 k 4 . 7 k 4 . 7 k 4 . 7 k4 . 7 kv c cv c c v c c v c c v c c v c c v c c v c cv c cv c c12456int0 org 000bh ajmp times ;t0 org 0013h ajmp cgint ;int1 org 0040h main:mov sp,#60h ;设置堆栈 mov 41h,#00h mov 42h,#00h mov 43h,#00h mov 44h,#00h mov 45h,#00h mov 46h,#00h mov 47h,#00h mov 48h,#00h mov
10、4fh,#00h mov 50h,#00h mov 51h,#00h mov 52h,#00h mov 53h,#00h mov 54h,#00h ;初值设置 mov 55h,#00h mov 56h,#00h ;以上为时间初值 mov 54h,#00h mov 57h,#00h ;初值显示为 00 mov 58h,#00h mov 59h,#00h mov 5ah,#00h mov 5bh,#00h mov 5ch,#00h mov 5dh,#00h mov 5eh,#00h mov 5fh,#00h mov r7,#00h setb f0 clr p2.1 mov tmod,#01h ;T
11、0 为工作方式0 mov tl0,#0f0h ;计数器初值 mov th0,#0d8h mov ie,#87h ;中断设置，除 T1，ES 外全开中断 mov ip,#02h ;中断优先级 setb it0 setb it1 ;脉冲触发方式 setb tr0 ;启动定时 setb p1.4 disp:acall disp0 ;调用显示子程序 ajmp disp disp0: push acc mov dptr,#table jnb f0,disp1 mov a,54h ;选择值显示 cjne a,#01h,zzz1 movc a,a+dptr mov sbuf,a jnb ti,$ clr t
12、i mov a,#0ffh mov sbuf,a jnb ti,$ clr ti 第 10 页 共 18 页 acall dealy ajmp disp1 zzz1:cjne a,#02h,zzz2 movc a,a+dptr mov sbuf,a jnb ti,$ clr ti mov a,#0ffh mov sbuf,a jnb ti,$ clr ti acall dealy ajmp disp1 zzz2:cjne a,#03h,zzz3 movc a,a+dptr mov sbuf,a jnb ti,$ clr ti mov a,#0ffh mov sbuf,a jnb ti,$ cl
13、r ti acall dealy ajmp disp1 zzz3:mov 54h,#00h disp1:mov a,5ah ;测定值显示 cjne a,#00h,disp2 ajmp disp3 disp2:cjne a,#01h,disp4 disp3:movc a,a+dptr mov sbuf,a jnb ti,$ clr ti mov a,#0feh mov sbuf,a jnb ti,$ clr ti acall dealy disp4:mov a,5bh movc a,a+dptr mov sbuf,a jnb ti,$ clr ti mov a,#0fdh mov sbuf,a
14、jnb ti,$ clr ti acall dealy mov a,5ch movc a,a+dptr mov sbuf,a jnb ti,$ clr ti mov a,#0fbh mov sbuf,a jnb ti,$ clr ti acall dealy mov a,5dh ;设置值显示 movc a,a+dptr mov sbuf,a jnb ti,$ clr ti mov a,#0dfh mov sbuf,a jnb ti,$ clr ti acall dealy mov a,5eh movc a,a+dptr mov sbuf,a jnb ti,$ clr ti mov a,#0bfh mov sbuf,a jnb ti,$ clr ti acall dealy mov a,5fh movc a,a+dptr
