液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置

液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置、設(shè)計(jì)題目：液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置設(shè)計(jì)成員：指導(dǎo)老師：設(shè)計(jì)時(shí)間：摘要：為了解決人工監(jiān)測輸液治療所存在的問題，緩解醫(yī)護(hù)人員的工作壓力，設(shè)計(jì)了一種基于光電監(jiān)測技術(shù)、串口通信技術(shù)的監(jiān)測系統(tǒng)。本液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置采用TI公司的MSP430F2274單片機(jī)作為核心控制芯片，由液晶顯示模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、傳感器模塊、電源模塊組成。實(shí)現(xiàn)點(diǎn)滴速度控制、液晶顯示點(diǎn)滴速度、點(diǎn)滴測速等功能。在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，用一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，再外加一個(gè)定滑輪，來控制滴斗與受液瓶之間的高度，以達(dá)到控制液滴的速度目的。采用PWM 驅(qū)動(dòng)芯片控制電機(jī)，反射式紅外傳感器檢測液滴滴落的速度，LCD128*64顯示點(diǎn)滴的速度?；诳煽康挠布O(shè)計(jì)和穩(wěn)定的軟件算法，實(shí)現(xiàn)題目要求。而且附加實(shí)現(xiàn)主從機(jī)通信等擴(kuò)展功能。關(guān)鍵詞：MSP430F2274；串口通信；PWM電機(jī)驅(qū)動(dòng)；光電傳感器Abstract: In order to address the treatment of intraocular fluid by monitoring the problems and ease the work pressure of health care professionals to design a photovoltaic-based monitoring techniques, serial communication technology of the monitoring system. The speed of the liquid drip monitoring device MSP430F2274 using TIs single-chip control as a core chips, by the liquid crystal display module, motor driver module, sensor module, power module. To achieve speed control drip, drip liquid crystal display speed, bit by bit gun functions. In the mechanical structure, the use of a stepper motor, and then plus a fixed pulley, to control the drip bucket with the bottle between the liquid height, in order to achieve the purpose of controlling the speed of droplets. PWM driver chip used to control motors, reflective infrared sensors detect the speed of droplets drip, LCD128 * 64 shows that the rate of drip. Hardware design based on a reliable and stable software algorithms, the requirements to achieve the title. And the additional achievement of master-slave communication, such as extensions.Keywords: MSP430F2274; serial communication; PWM motor drive; photoelectric sensor目 錄1系統(tǒng)設(shè)計(jì)41.1 設(shè)計(jì)要求41.1.1 任務(wù)41.1.2 要求41.1.3 說明51.2 總體設(shè)計(jì)方案51.2.1 設(shè)計(jì)思路51.2.2 方案選擇與論證71.2.3 系統(tǒng)組成102系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)112.1 控制電路的設(shè)計(jì)112.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)122.3 顯示模塊的設(shè)計(jì)132.4 液體點(diǎn)滴監(jiān)控電路的設(shè)計(jì)142.5 電源模塊的設(shè)計(jì)153系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)153.1系統(tǒng)主程序163.2液滴速度監(jiān)控子程序163.3主從站通信程序173.4液晶顯示子程序173.5 編程感想184系統(tǒng)測試184.1 測試使用的儀器184.2 指標(biāo)測試和測試結(jié)果194.2.1液滴檢測部分測試194.2.2調(diào)整時(shí)間的測試194.2.3誤差分析204.2.4系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能205結(jié)論20參考文獻(xiàn)20附錄1 使用說明21附錄2 主要元器件清單21附錄3 實(shí)物圖22附錄4 電路原理圖及印制板圖22附錄5 程序清單221系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1 設(shè)計(jì)要求1.1.1 任務(wù)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)液體點(diǎn)滴速度監(jiān)測與控制裝置，示意圖如圖1所示。1.1.2 要求1. 基本要求（1）在滴斗處檢測點(diǎn)滴速度，并制作一個(gè)數(shù)顯裝置，能動(dòng)態(tài)顯示點(diǎn)滴速度（滴/分）。（2）通過改變h2控制點(diǎn)滴速度，如右圖所示；也可以通過控制輸液軟管夾頭的松緊等其它方式來控制點(diǎn)滴速度。點(diǎn)滴速度可用鍵盤設(shè)定并顯示，設(shè)定范圍為20150(滴/分)，控制誤差范圍為設(shè)定值 10% 1滴。（3）調(diào)整時(shí)間3分鐘（從改變?cè)O(shè)定值起到點(diǎn)滴速度基本穩(wěn)定，能人工讀出數(shù)據(jù)為止）。圖1 液體點(diǎn)滴監(jiān)控示意圖（4）當(dāng)h1降到警戒值（23cm）時(shí)，能發(fā)出報(bào)警信號(hào)。2. 發(fā)揮部分設(shè)計(jì)并制作一個(gè)由主站控制16個(gè)從站的有線監(jiān)控系統(tǒng)。16個(gè)從站中，只有一個(gè)從站是按基本要求制作的一套點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置，其它從站為模擬從站 (僅要求制作一個(gè)模擬從站)。（1）主站功能： a具有定點(diǎn)和巡回檢測兩種方式。 b可顯示從站傳輸過來的從站號(hào)和點(diǎn)滴速度。 c在巡回檢測時(shí)，主站能任意設(shè)定要查詢的從站數(shù)量、從站號(hào)和各從站的點(diǎn)滴速度。 d收到從站發(fā)來的報(bào)警信號(hào)后，能聲光報(bào)警并顯示相應(yīng)的從站號(hào)；可用手動(dòng)方式解除報(bào)警狀態(tài)。（2）從站功能： a能輸出從站號(hào)、點(diǎn)滴速度和報(bào)警信號(hào)；從站號(hào)和點(diǎn)滴速度可以任意設(shè)定。b接收主站設(shè)定的點(diǎn)滴速度信息并顯示。c對(duì)異常情況進(jìn)行報(bào)警。（3）主站和從站間的通信方式不限，通信協(xié)議自定，但應(yīng)盡量減少信號(hào)傳輸線的數(shù)量。（4） 其它。1.1.3 說明1. 控制電機(jī)類型不限，其安裝位置及安裝方式自定。2. 儲(chǔ)液瓶用醫(yī)用250毫升注射液玻璃瓶（瓶中為無色透明液體）。3. 受液瓶用1.25升的飲料瓶。4. 點(diǎn)滴器采用針柄顏色為深藍(lán)色的醫(yī)用一次性輸液器（滴管滴出20點(diǎn)蒸餾水相當(dāng)于1ml0.1ml）。5. 賽區(qū)測試時(shí)，僅提供醫(yī)用移動(dòng)式點(diǎn)滴支架，其高度約1.8m，也可自帶支架；測試所需其它設(shè)備自備。6. 滴速夾在測試開始后不允許調(diào)節(jié)。7. 發(fā)揮部分第（2）項(xiàng)從站功能中，c中的“異常情況”自行確定。1.2 總體設(shè)計(jì)方案1.2.1 設(shè)計(jì)思路根據(jù)題目要求，系統(tǒng)可以劃分為控制部分和信號(hào)檢測部分。其中信號(hào)檢測部分包括：液滴監(jiān)控模塊。控制部分包括：電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，顯示模塊，控制器模塊，計(jì)時(shí)模塊，按鍵控制模塊六個(gè)基礎(chǔ)模塊，硬件模塊框圖如圖2所示。此外，液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置對(duì)軟件要求相對(duì)要高，軟件設(shè)計(jì)部分包括主從機(jī)串口通信，液體警戒值判斷等模塊，軟件部分結(jié)構(gòu)如圖3所示。為實(shí)現(xiàn)各模塊的功能，分別做了幾種不同的設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行了論證?？刂破髂K計(jì)時(shí)模塊電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊液晶顯示模塊液滴監(jiān)控模塊按鍵控制模塊圖2 系統(tǒng)硬件組成方框圖液體剩余量算法鍵盤掃描函數(shù)電機(jī)控制函數(shù)主從機(jī)串口通信函數(shù)液晶顯示函數(shù)MSP430F2274圖3 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖1.2.2 方案選擇與論證（1）控制器模塊根據(jù)題目要求，控制器主要用于紅外對(duì)管傳感器信號(hào)的接收與辨認(rèn)、控制點(diǎn)滴的速度、控制液晶顯示滴速與系統(tǒng)運(yùn)行以及液體到了警戒值發(fā)出信號(hào)等。對(duì)于控制器的選擇有以下幾種方案。方案一：采用FPGA作為系統(tǒng)的控制器。FPGA可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，規(guī)模大，密度高，它將所有器件集成在一塊芯片上，減小了體積，提高了穩(wěn)定性，并且可應(yīng)用EDA軟件仿真、調(diào)試，易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。FPGA采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實(shí)時(shí)系統(tǒng)的控制核心。由檢測模塊輸出的信號(hào)并行輸入FPGA，F(xiàn)PGA通過程序設(shè)計(jì)控制監(jiān)控系統(tǒng)作出相應(yīng)的動(dòng)作，但由于本設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)據(jù)處理的速度要求不高，F(xiàn)PGA的高速處理的優(yōu)勢(shì)得不到充分體現(xiàn)，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同時(shí)由于芯片的引腳較多，實(shí)物硬件電路板布線布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計(jì)和實(shí)際焊接的工作。方案二：采用ATMEL公司的AT89C51作為系統(tǒng)控制器的CPU方案。單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)，使其在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但由于本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的模塊眾多，所需I/O口線較多，需兩個(gè)單片機(jī)控制，使其電路復(fù)雜，增加了調(diào)試的難度。方案三：采用TI公司的MSP430單片機(jī)。MSP430在電池供電的低功耗應(yīng)用中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。其工作電壓為1.83.6 V，正常工作時(shí)功耗可控制在200A左右，低功耗模式可實(shí)現(xiàn)2A甚至O.1A的低功耗。MSP430系列單片機(jī)作為性能優(yōu)異的MCU在中國已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。MSP430具有高集成度，通常在單個(gè)芯片上集成了12位的A/D轉(zhuǎn)換器、比較器、多個(gè)定時(shí)器，以及片內(nèi)USART、看門狗、片內(nèi)DCO等。一般單片就可滿足大多數(shù)的應(yīng)用需要。支持JTAG在線編程，可以方便地實(shí)現(xiàn)程序的下載、仿真、調(diào)試和升級(jí)。可以實(shí)現(xiàn)液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置的設(shè)計(jì)。方案選擇：基于以上分析，擬定方案三。（2）電機(jī)的選擇方案一：采用直流減速電機(jī)控制小車的運(yùn)動(dòng)，直流減速電機(jī)力矩大，轉(zhuǎn)動(dòng)速度快，但其制動(dòng)能力差,無法達(dá)到短距離控制儲(chǔ)液瓶上下移動(dòng)的要求。方案二：采用型號(hào)4B2YG的步進(jìn)電機(jī)控制小車的運(yùn)動(dòng)，最小步進(jìn)角為0.9度，因此能實(shí)現(xiàn)短距離控制儲(chǔ)液瓶上下移動(dòng)，而且當(dāng)不給步進(jìn)電機(jī)發(fā)送脈沖的時(shí)候，能實(shí)現(xiàn)自鎖，從而能較好的實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)液瓶及時(shí)停止的目的。方案選擇：經(jīng)過反復(fù)的比較、論證，我們最終選用了方案二。該型號(hào)步進(jìn)電機(jī)加驅(qū)動(dòng)器后與單片機(jī)接口簡單，控制方便。圖4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路（3）電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路主要通過電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)受液瓶位置（高低）的控制，以達(dá)到控制點(diǎn)滴滴速的目的。對(duì)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路有下面幾種方案。方案一：利用9012、2SC8050、及電機(jī)構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路。如圖4所示，如果單片機(jī)控制口輸出高電平，9012截止，2SC8050截止，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。單片機(jī)控制口輸出低電平時(shí)，9012導(dǎo)通，2SC8050導(dǎo)通，電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)。該電路比較簡單，輸出功率足夠大，足以推動(dòng)電機(jī)工作，并且電機(jī)工作時(shí)三極管性能非常穩(wěn)定。 但該方案中單片機(jī)部分和電機(jī)供電部分沒有完全隔離，而電動(dòng)機(jī)在切換時(shí)會(huì)產(chǎn)生巨大的反電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)常燒壞單片機(jī)。方案二：利用BA6219B及其外部輔助電路和電機(jī)構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路。單片機(jī)控制口接BA6219B的兩個(gè)輸入控制端IN1,IN2。BA6219的兩個(gè)輸出端OUT1(2),OUT2(10)接電機(jī)。圖5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路表1 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)編碼表左電機(jī)右電機(jī)左電機(jī)右電機(jī)1IN11IN22IN12IN21010正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)1001正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)1000正轉(zhuǎn)停0110反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)0010停正轉(zhuǎn)0101反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)根據(jù)上表可知，只要設(shè)定兩塊BA6219B的1IN1,1IN2,2IN1,2IN2四個(gè)控制端口的不同編碼，就可得到電動(dòng)車的前進(jìn)，后退，旋轉(zhuǎn)等不同的運(yùn)行狀態(tài)；且BA6219B的最大輸出電流為2.2A，可使電動(dòng)車快速運(yùn)行。但是這種方法控制較復(fù)雜，不宜采用。方案三：使用PWM控制芯片來實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制，L298芯片實(shí)現(xiàn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。此種方法簡單易調(diào)，對(duì)于控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度最是方便。方案選擇：基于以上分析，擬定方案三。（4）顯示模塊在液滴速度監(jiān)控過程中，系統(tǒng)需要對(duì)液體滴速做必要的顯示。我們考慮有以下兩種顯示方案。方案一：使用傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管具有：低功耗、第損耗、低壓、壽命長、耐老化、防曬、防潮、防火、放高（低）溫，對(duì)外界環(huán)境要求低，易于維護(hù)，同時(shí)其精度比較高，稱量快，精確可靠，操作簡單。數(shù)碼管是采用BCD編碼顯示數(shù)字，程序編譯容易，資源占用較少。但是其電路復(fù)雜，由于時(shí)間緊迫不宜采用。方案二：使用液晶顯示屏顯示時(shí)間和路程。液晶顯示屏（LCD）具有輕薄短小、低耗電量、無輻射危險(xiǎn)，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢(shì)，可視面積大，畫面效果好，分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。方案選擇：根據(jù)以上論述，采用方案二。（5）液體速度監(jiān)控模塊液體速度監(jiān)控模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)液滴滴落的速度進(jìn)行監(jiān)控，因此需要利用傳感器對(duì)其進(jìn)行探測，并通過軟件算法來進(jìn)行液滴速度的計(jì)算。對(duì)傳感器的選擇有以下方案。方案一：采用熱探測器。熱探測器是利用所接收到的紅外輻射后，會(huì)引起溫度的變化，溫度的變化引起電信號(hào)輸出，且輸出的電信號(hào)與溫度的變化成比例，當(dāng)紅外線被黑線吸收時(shí)，溫度會(huì)減小，電壓變低，而紅外線沒有被吸收時(shí)，電壓不變，單片機(jī)可以根據(jù)電壓的變化來判斷路面的狀態(tài)。由于溫度變化是因?yàn)闊彷椛淠芰恳鸬?，與吸收紅外輻射的波長沒有關(guān)系，即對(duì)紅外輻射吸收沒有波長的選擇，因此受外界環(huán)境的影響比較大。方案二：采用光電對(duì)管。光電探測器接收紅外輻射后，由于紅外光子直接把材料的束縛電子激發(fā)成傳導(dǎo)電子，由此引起電信號(hào)輸出，信號(hào)大小與所吸收的光子數(shù)成比例。且這些紅外光子的能量的大?。醇t外光必須滿足一定的波長范圍），必須滿足一定的要求，才能激發(fā)束縛電子，起激發(fā)作用。光電探測器吸收的光子必須滿足一定的波長，否則不能被吸收，所以受外界影響比較小，抗干擾比較強(qiáng)。方案選擇：基于以上論證，采用方案二。（6）計(jì)時(shí)模塊計(jì)時(shí)模塊要求實(shí)現(xiàn)的功能是對(duì)小車從啟動(dòng)到停止的過程進(jìn)行計(jì)時(shí)，最小單位為0.01s。由于本系統(tǒng)的控制器是由單片機(jī)構(gòu)成的，其內(nèi)部有很好的定時(shí)系統(tǒng)，因此系統(tǒng)使用MSP430F2274內(nèi)置的定時(shí)器實(shí)現(xiàn)該模塊功能。（7）電源模塊方案一：所有器件采用單電源供電。這樣供電比較簡單；但是由于電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)瞬間電流很大，而且PWM驅(qū)動(dòng)的電機(jī)電流波動(dòng)較大，會(huì)造成電壓不穩(wěn)、有毛刺現(xiàn)象，嚴(yán)重干擾單片機(jī)的正常工作及傳感器的準(zhǔn)確檢測。方案二：多電源供電。單片機(jī)控制部分、顯示電路、光電對(duì)管部分用小型蓄電池并用穩(wěn)壓塊穩(wěn)壓到不同的電壓供電，特點(diǎn)小型蓄電池，輸出功率大，在負(fù)載不穩(wěn)定的情況下能保證合適的電壓和電流輸出。而電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分則采用9V電源供電。這樣設(shè)計(jì)雖然不如單電源方便靈活，但可以將電極驅(qū)動(dòng)所造成的干擾有較高的抑制，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性能。方案選擇：系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠是電子設(shè)計(jì)中很重要的一點(diǎn)，所以我們采用方案二。1.2.3 系統(tǒng)組成經(jīng)過仔細(xì)分析和論證，決定了系統(tǒng)各模塊的最終方案如下：（1） 控制模塊：采用MSP430F2274單片機(jī)；（2） 電機(jī)的選擇：4B2YG步進(jìn)電機(jī)；（3） 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊：采用L298芯片驅(qū)動(dòng)，PWM調(diào)制方式控制電機(jī)；（4） 顯示模塊：采用128*64LCD液晶顯示屏顯示；（5） 點(diǎn)滴速度監(jiān)控模塊：采用光電探測器。（6） 計(jì)時(shí)模塊：采用MSP430F2274內(nèi)置的定時(shí)器。（7） 電源模塊：采用雙電源供電。系統(tǒng)的基本框圖如圖6所示。核心控制器件MSP430F2274（主機(jī)）電機(jī)驅(qū)動(dòng)L298液體點(diǎn)滴速度控 制按鍵設(shè)置點(diǎn)滴速度液體滴速顯示LCD128*64電源供電液滴點(diǎn)滴速度監(jiān)控系統(tǒng)（從機(jī)）串口通信紅外對(duì)管監(jiān)控液滴速度圖6 單片機(jī)控制的方框圖2系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.1 控制電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)接收從傳感器檢測電路或者按鍵控制電路輸入的邏輯信號(hào)和脈沖信號(hào)，并將輸入的信號(hào)進(jìn)行處理運(yùn)算，以控制電流或控制電壓的形式輸出給被控制的單元電路，完成各項(xiàng)任務(wù)要求。圖7 MSP430F2274控制電路單片機(jī)MSP730F2274外接液滴監(jiān)控電路，按鍵控制電路和顯示電路，其中按鍵控制電路和液滴監(jiān)控電路是信號(hào)輸入，顯示電路是信號(hào)輸出。為了方便單片機(jī)引腳的使用，我們將單片機(jī)的所有引腳用接口引出。圖7為控制電路的電路圖。2.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)圖8 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路分析題目可知，在該系統(tǒng)中，可以通過改變h2的大小，來控制液體點(diǎn)滴的速度。這樣，采用步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來改變h2的大小。電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片選用L298N 作為驅(qū)動(dòng)芯片。工作穩(wěn)定電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)由單片機(jī)提供，信號(hào)傳至PWM 控制芯片L298N，通過L298N的輸出腳與兩個(gè)電機(jī)相連。L298N的連接方法如圖8所示。芯片控制方法如表2所示，11腳為高時(shí)，當(dāng)10腳電平高于12腳時(shí)，13腳， 14腳端電機(jī)正轉(zhuǎn)；12腳電平高于10 腳時(shí)，電機(jī)倒轉(zhuǎn)；11腳為低時(shí)，電機(jī)自由控制。表2 L298引腳功能表引腳NameFunction 功能說明1;15Sense A; Sense B電流監(jiān)測端,1、15，SEN1、SEN2分別為兩個(gè)H橋的電流反饋腳，不用時(shí)可以直接接地2;3Out 1; Out 21Y1、1Y2輸出端4VS功率電源電壓,此引腳與地必須連接100nF電容器5;7Input 1; Input 21A1、1A2輸入端，TTL電平兼容6;11Enable A; Enable BTTL電平兼容輸入 1EN、2EN使能端，低電平禁止輸出8GNDGND地9VSS邏輯電源電壓。 此引腳與地必須連接100nF電容器10; 12Input 3; Input 42A1、2A2 輸入端，TTL電平兼容13; 14Out 3; Out 42Y1、2Y2 輸出端 監(jiān)測引腳152.3 顯示模塊的設(shè)計(jì)顯示器是人類與應(yīng)用設(shè)備溝通的重要界面，近年來，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，液晶顯示技術(shù)在實(shí)際生活中得到了廣泛應(yīng)用。液晶顯示模塊以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、模塊化以及接口電路簡單等諸多優(yōu)點(diǎn)在科研、生產(chǎn)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)等領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用。圖9 液晶顯示電路本系統(tǒng)中采用液晶來顯示液體的滴速，系統(tǒng)運(yùn)行狀況等信息。圖9所示為液晶與MSP430F2274的連接圖。為節(jié)省I/O口，采用串口方式與單片機(jī)通信。液晶串行接口管腳信息如表3所示。表3 液晶串行接口管腳信息表管腳號(hào)名稱LEVEL功能1VSS0V電源地2VDD+5V電源正（3.0V5.5V）3VO-對(duì)比度（亮度）調(diào)整4CSH/L模組片選端，高電平有效5SIDH/L串行數(shù)據(jù)輸入端6CLKH/L串行同步時(shí)鐘：上升沿時(shí)讀取SID數(shù)據(jù)15PSBLL:串口方式17/RESETH/L復(fù)位端，低電平有效19AVDD背光源電壓+5V20KVSS背光源負(fù)端0V2.4 液體點(diǎn)滴監(jiān)控電路的設(shè)計(jì)光電對(duì)管由水滴上下邊緣遮擋可以產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖信號(hào)，其他檢測系統(tǒng)多有應(yīng)用，產(chǎn)生的脈沖信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)處理，可計(jì)算滴數(shù)，單片機(jī)對(duì)兩滴之間的時(shí)間計(jì)算可得實(shí)時(shí)滴速。之后將這些信息通過串口通信方式在液晶上顯示出來。圖10 液體點(diǎn)滴監(jiān)控電路圖在輸液管液滴垂直下落的路徑上安裝一對(duì)光電管來提取液滴的脈沖，這也是一般的做法。如果病人感覺不適可能會(huì)晃動(dòng)滴管，或者其他原因，導(dǎo)致液滴相對(duì)的偏離垂直路徑，使光電管監(jiān)測不到液滴。這樣顯然不行，因此我們用三對(duì)光電管覆蓋了液滴下落的一個(gè)平面，使得輸液管晃動(dòng)時(shí)依然可以不漏計(jì)液滴。根據(jù)接收系數(shù)不同，通過以光電傳感器為核心的光電檢測電路將接收的系數(shù)進(jìn)行區(qū)分，轉(zhuǎn)化為不同電平信號(hào)，將此電平信號(hào)送單片機(jī)，由單片機(jī)控制系統(tǒng)做出相應(yīng)的反應(yīng)，即控制點(diǎn)滴的速度，或是提示警告信息等。紅外光電傳感器，它是一種光電子掃描，光電二極管發(fā)射，接收管接收并輸出的裝置。它的特點(diǎn)是尺寸小、使用方便、信號(hào)高輸出、工作狀態(tài)受溫度影響小。當(dāng)檢測器檢測到液滴時(shí)，其輸出低電平；當(dāng)沒有檢測到液滴時(shí)，則輸出高電平。如圖10所示，通過傳感器檢測液滴，輸出低電平，為了不漏記每一個(gè)液滴，采用SN74HC32或門將每一個(gè)液滴都計(jì)入單片機(jī)。電位器可調(diào)節(jié)傳感器的靈敏度。2.5 電源模塊的設(shè)計(jì)圖11 電源電路本系統(tǒng)要求有3.3V,5V,9V混合輸出電源。我們采用了一個(gè)多路電源提供系統(tǒng)用電要求，由于單片機(jī)MSP430F2274需要工作在3.3V的電壓下，以達(dá)到低功耗的目的，而一些傳感器，液晶等外圍設(shè)備需要5V與9V的工作電壓。9V電壓則可以由蓄電池提供。所以我們利用一個(gè)7805三端5V穩(wěn)壓管為電路主要組成部分,然后在經(jīng)過LD33穩(wěn)壓塊將5V的直流電轉(zhuǎn)為3.3V的電壓，這樣就可以為各個(gè)模塊供電了。電源原理圖見圖11所示。3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用C語言，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。程序是在WIN XP 環(huán)境下采用IAR Embedded Workbench軟件編寫?？梢詫?shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)傳感器的查詢，電機(jī)的控制，液晶顯示等功能。 3.1系統(tǒng)主程序主程序主要起到一個(gè)導(dǎo)向和決策功能，決定系統(tǒng)什么時(shí)候該做什么。系統(tǒng)的各個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)主要是調(diào)用具體的子程序來實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)的主程序流程圖如圖12所示。開始MCU初始化液晶初始化I/O初始化調(diào)用液滴監(jiān)控子函數(shù)調(diào)用按鍵掃描子函數(shù)調(diào)用液晶顯示子函數(shù)調(diào)用警戒值判斷子函數(shù)調(diào)用主從機(jī)通信子函數(shù)開定時(shí)器中斷開I/O口中斷開總中斷圖12 主程序流程圖3.2液滴速度監(jiān)控子程序光電對(duì)管信號(hào)經(jīng)比較放大后送入單片機(jī)的I/O口產(chǎn)生硬中斷，利用單片機(jī)程序?qū)π盘?hào)進(jìn)行處理，得到需要的滴速和滴數(shù)，并經(jīng)發(fā)送模塊送出。液滴滴速的計(jì)算： v = 60 4096 TIME( /min) 滴，其中TIME 為單片機(jī)定時(shí)器A的兩液滴間的計(jì)數(shù)寄存器值，4096 為32K 晶振8 分頻后的時(shí)鐘頻率，定時(shí)器計(jì)數(shù)滿4096 為1 秒。臨床實(shí)驗(yàn)表明，標(biāo)準(zhǔn)的輸液器每20 滴為1ML 液體。設(shè)總輸液量為V0，已輸液時(shí)間為t1，接收到的滴速為v，滴數(shù)為N，每分鐘的總流量為f，剩余藥量為V，剩余輸液時(shí)間為t。3.3主從站通信程序題目要求設(shè)計(jì)并制作一個(gè)由主站控制16個(gè)從站的有線監(jiān)控系統(tǒng)。16個(gè)從站中，只有一個(gè)從站是按基本要求制作的一套點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置，其它從站為模擬從站 (僅要求制作一個(gè)模擬從站)。主站具有定點(diǎn)和巡回檢測兩種方式。可顯示從站傳輸過來的從站號(hào)和點(diǎn)滴速度。在巡回檢測時(shí)，主站能任意設(shè)定要查詢的從站數(shù)量、從站號(hào)和各從站的點(diǎn)滴速度。收到從站發(fā)來的報(bào)警信號(hào)后，能聲光報(bào)警并顯示相應(yīng)的從站號(hào)；可用手動(dòng)方式解除報(bào)警狀態(tài)。從站功能能輸出從站號(hào)、點(diǎn)滴速度和報(bào)警信號(hào)；從站號(hào)和點(diǎn)滴速度可以任意設(shè)定。接收主站設(shè)定的點(diǎn)滴速度信息并顯示。對(duì)異常情況進(jìn)行報(bào)警。主站和從站間的通信方式不限，通信協(xié)議自定，但應(yīng)盡量減少信號(hào)傳輸線的數(shù)量。具體實(shí)現(xiàn)程序附錄。3.4液晶顯示子程序液晶子程序用來顯示電路的主要顯示部分，使得系統(tǒng)更具人性化。帶中文字庫的128X64是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864, 內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示84行1616點(diǎn)陣的漢字. 也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。清屏寫指令寫數(shù)據(jù)送地址調(diào)用寫子程序調(diào)用顯示子程序返回圖14 液晶顯示子程序流程圖帶中文字庫的128X64-0402B每屏可顯示4行8列共32個(gè)1616點(diǎn)陣的漢字，每個(gè)顯示RAM可顯示1個(gè)中文字符或2個(gè)168點(diǎn)陣全高ASCII碼字符，即每屏最多可實(shí)現(xiàn)32個(gè)中文字符或64個(gè)ASCII碼字符的顯示。帶中文字庫的128X64-0402B內(nèi)部提供1282字節(jié)的字符顯示RAM緩沖區(qū)（DDRAM）。字符顯示是通過將字符顯示編碼寫入該字符顯示RAM實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)寫入內(nèi)容的不同，可分別在液晶屏上顯示CGROM（中文字庫）、HCGROM（ASCII碼字庫）及CGRAM（自定義字形）的內(nèi)容。三種不同字符/字型的選擇編碼范圍為：00000006H（其代碼分別是0000、0002、0004、0006共4個(gè)）顯示自定義字型，02H7FH顯示半寬ASCII碼字符，A1A0HF7FFH顯示8192種GB2312中文字庫字形。字符顯示RAM在液晶模塊中的地址80H9FH。字符顯示的RAM的地址與32個(gè)字符顯示區(qū)域有著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表所示。液晶顯示流程圖如圖14所示。表3 液晶串行接口管腳信息表80H81H82H83H84H85H86H87H90H91H92H93H94H95H96H97H88H89H8AH8BH8CH8DH8EH8FH98H99H9AH9BH9CH9DH9EH9FH3.5 編程感想基于單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)，不僅要充分考慮單片機(jī)外部電路的電器特性，更要熟悉單片機(jī)的內(nèi)部功能和控制方式。實(shí)踐的過程就是熟悉的過程，只有通過不斷調(diào)試，才能對(duì)如何正確使用單片機(jī)，創(chuàng)造性地利用單片機(jī)的特定功能產(chǎn)生更深刻的認(rèn)識(shí)。例如，軟件實(shí)現(xiàn)低功耗要用到中斷，在使用中斷時(shí)，為避免中斷沖突，往往不在中斷函數(shù)中直接執(zhí)行它要觸發(fā)的功能，而采取在中斷函數(shù)中對(duì)標(biāo)識(shí)變量置位，轉(zhuǎn)回主函數(shù)執(zhí)行相應(yīng)操作。這樣可以保證對(duì)絕大多數(shù)中斷立即響應(yīng)。這次設(shè)計(jì)是使用MSP430作核心控制芯片，使用IAR編譯環(huán)境用C語言編程。IAR C430對(duì)MSP430支持的非常好，可以充分發(fā)揮MSP430單片機(jī)的功能。用C語言可提高軟件開發(fā)、執(zhí)行效率以及程序的可讀性、可靠性和可移植性。當(dāng)然為了避免使用低效的語言結(jié)構(gòu)，理解MSP430的結(jié)構(gòu)限制是非常重要的，下面是我的一點(diǎn)感想：（1）因?yàn)樵贛SP430上位域類型上執(zhí)行緩慢，所以僅在報(bào)訊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間時(shí)才使用它。使用unsigned char 或unsigned int 的位屏蔽來代替位域。（2）建議使用unsigned類型，特別是除法求和模運(yùn)算，對(duì)16位數(shù)據(jù)類型，MSP430的工作效率更高，通常8位數(shù)據(jù)類型的使用可以節(jié)省數(shù)據(jù)空間，但不可以減少代碼大小。由于MSP430結(jié)構(gòu)不支持32位數(shù)據(jù)類型，所以效率較低。（3）復(fù)制結(jié)構(gòu)（Struct）和聯(lián)合（Union）是耗費(fèi)較大的操作。應(yīng)該避免運(yùn)行結(jié)構(gòu)/聯(lián)合的賦值等。建議采用指向結(jié)構(gòu)/聯(lián)合的指針操作。（4）在其他模塊之外不使用的變量應(yīng)當(dāng)被聲明為