畢業(yè)設計-無人監(jiān)守點滴自動監(jiān)控系統(tǒng)的設計

1、河南科技學院2014 屆本科畢業(yè)論文（設計）論文（設計）題目 :無人監(jiān)守點滴自動監(jiān)控系統(tǒng)的設計學生姓名：所在學院： 機電學院所學專業(yè)： 電氣工程及其自動化導師姓名：完成時間： 2014 年 5 月 18 日無人監(jiān)守點滴自動監(jiān)控系統(tǒng)的設計摘要靜脈輸液是常用的醫(yī)療手段之一， 傳統(tǒng)輸液過程中存在著輸液容易異常， 需要人工監(jiān)護等弊端。因此，本文設計了無人監(jiān)守點滴自動監(jiān)控系統(tǒng)以解決此問題。系統(tǒng)以 AT89S53 單片機為下位機核心，上位機和 CAN 總線組成有線監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)主機對從機的控制。 從機通過外圍電路檢測儲液瓶中液面高度和液體點滴速度，并通過控制步進電機實現(xiàn)對輸液速度的控制。 當輸液結束或輸液

2、速度發(fā)生異常時，發(fā)光二極管和蜂鳴器進行報警，并將報警信號通過串行口傳送至主站。關鍵詞：無人監(jiān)守，自動監(jiān)控，單片機，CAN 總線DESIGN OF AUTOMATIC MONITORING SYSTEM FORUNATTENDED DRIPSAbstractIntravenous infusion is one of the commonly means used in medical, there is some abnormalities in tradition infusion and require manual monitoring and other defects. Theref

3、ore, we designed the unmanned automatic drip guard monitoring system to solve this problem. This system based on AT89S53 MCU as the core of the next crew, consisting of PC and CAN bus cable monitoring system, from the control of the host machine. From the machine through the external circuit to dete

4、ct liquid level reservoir bottle and liquid drop, and achieve control of the infusion rate by controlling the stepper motor. When the end of the infusion or infusion rate abnormal, LEDs and buzzer alarm, and the alarm signal is sent via the serial port to the main station.Key Words: Unmanned, Automa

5、tic Monitor, MCU, CAN bus目錄1 緒論 .11.1研究背景及意義 .11.2國內外發(fā)展和研究現(xiàn)狀 .12 系統(tǒng)總體方案 .22.1系統(tǒng)設計方案 .22.1.1控制系統(tǒng)方案 .22.1.2點滴檢測方案 .32.1.3液位監(jiān)測方案 .32.1.4滴速控制方案 .32.1.5電機選擇方案 .32.1.6主從通信方案 .42.2系統(tǒng)硬件結構 .43 系統(tǒng)從站硬件設計 .53.1從站硬件系統(tǒng)框圖 .53.2從站系統(tǒng)各單元設計 .53.2.1點滴信號檢測單元 .53.2.2點滴信號整形單元 .73.2.3液位檢測單元 .73.2.4鍵盤控制電路 .83.2.5聲光報警單元 .93.

6、2.6電源電路單元 .103.3通信電路單元 .113.3.1 CAN 總線適配芯片連接電路 .113.3.2通信接口電路 .124 系統(tǒng)軟件設計 .124.1從站軟件系統(tǒng)總體設計 .124.2從站各模塊軟件設計 .134.2.1主控模塊 .134.2.2鍵盤控制模塊 .144.2.3點滴速度監(jiān)測模塊 .174.2.4電機控制模塊 .194.2.5報警模塊 .204.2.6 主從通信模塊215 結束語22致謝24參考文獻251 緒論1.1 研究背景及意義隨著微電子技術和信息技術的快速發(fā)展和應用， 醫(yī)療設備領域正在發(fā)生著一場悄無聲息的信息化革命。 尤其是近幾年來， 現(xiàn)代科技的高度發(fā)展更是為液體點

7、滴自動監(jiān)控提供了堅實可靠的技術基礎。 我國是世界上人口最多的國家， 隨著近些年來各個領域的高度發(fā)展加上環(huán)境的惡化， 各種疾病日益增多， 醫(yī)療消費的人群也與日俱增。 雖然對醫(yī)療的改革和創(chuàng)新政府每年都投入巨額財政支持， 但取得的效果還是微乎其微，與西方發(fā)達國家的技術還有一定得差距。目前， 我國醫(yī)療設備的市場份額在全球所占的份額依然很小。 根據(jù)國家經貿委的要求， 我國要在 2050 年左右成為世界醫(yī)療器械制造強國。由此可見，我國醫(yī)療技術的改革與創(chuàng)新具有巨大的前景。靜脈輸液在各個醫(yī)院的醫(yī)療工作中被廣泛應用，據(jù)統(tǒng)計住院輸液率為 70%80%1 ，它不僅是一種重要的給藥途徑， 而且還是給患者補充體液、營養(yǎng)

8、的重要方法。點滴輸液是臨床中一種普遍使用的治療手段， 長期以來一直靠人工控制。在傳統(tǒng)輸液中 2 ，易發(fā)生一些異常情況，如管路堵塞、滴速異常及輸液完畢無提示等情況。如果這些異常情況不能被及時發(fā)現(xiàn)，就會給病人造成傷害，嚴重的甚至還會造成醫(yī)療事故。 因此，設計一款無人監(jiān)守輸液監(jiān)控系統(tǒng)的醫(yī)療設備對提升我國醫(yī)療質量有著十分的重要幫助。針對上述情況，設計了一套無人堅守自動監(jiān)控的醫(yī)療輸液系統(tǒng)，通過CAN（ Controller Area Network）總線與上位機（主站）進行通信，利用8 位低功耗、高性能 AT89S53 單片機作為下位機（從站）控制芯片，來實現(xiàn)醫(yī)護人員對病房病人輸液過程的無人監(jiān)控。1.2

9、 國內外發(fā)展和研究現(xiàn)狀為了提高輸液過程的安全性和降低輸液過程中醫(yī)護人員的工作強度， 國內外都對輸液過程的智能監(jiān)控進行了研究和試驗。 點滴輸液監(jiān)控設備的發(fā)展主要經歷了下面幾個階段：（1）機械式該方法出現(xiàn)的比較早，利用輸液瓶中液位的下降會導致其重量下降的原理，用彈簧秤對其液位進行檢測。由于輸液瓶重量的不同，實際情況比較復雜， 此方法可靠性較差，操作使用不方便，適用性較差。（2）電容式當輸液瓶中的藥液液位變化，引起電容長度變化對藥液液位進行監(jiān)測。此類1監(jiān)控設備的可靠性、 實用性都相對較高， 但是由于輸液瓶形狀大小沒有統(tǒng)一的標準，因以輸液監(jiān)控設備需要多種設計規(guī)格， 在使用中不放便， 不能投入實際使用。

10、（3）電極式將正負兩個電極插入輸液器的莫菲氏管中， 當液體點滴下落時就會產生中斷信號，由此監(jiān)測點滴的速度。這類設備性能可靠、設計簡單，但是在點滴降落過程中會與電極發(fā)生接觸，可能會造成一些醫(yī)療衛(wèi)生等方面的問題。（4）光電式光電式是近年來較流行的點滴監(jiān)控方式。 它是利用藥液吸收和散射的方式減弱通過液體中紅外光的強度來進行測量。 在莫菲氏管的兩側分別安裝發(fā)射端和接收端，當液體點滴經過二者之間時， 傳感器感受到光線強弱的變化， 將光信號轉換成電信號， 并由下一級處理單元進行轉換處理， 由此監(jiān)視輸液過程由于光電傳感器和藥液不接觸，而且與液體、 輸液器材無關， 使輸液監(jiān)控設備的性能有很大提高，具有易用、高

11、效和適用性強的優(yōu)點 3 。除此之外，還有諸多液體點滴監(jiān)控方式，由于成本或性能上的差異，不能在日常中使用，例如感應式、光纖式、超聲波式等。此外，單機模式的點滴監(jiān)控設備在發(fā)展中逐漸吸收了網(wǎng)絡化的思想， 基本形成了以 RS-232 或 RS-485 總線的有線和基于無線通信技術的兩種監(jiān)控網(wǎng)絡。前者對系統(tǒng)化控制和管理方面的不完善，在實際應用中，往往要重新來布線，容易收到外接環(huán)境的影響和干擾。而后者則增加了成本，且輻射會對人身體產生危害，還會有些法律上的問題。2 系統(tǒng)總體方案2.1 系統(tǒng)設計方案系統(tǒng)由多個模塊組成， 在方案選擇上要比較選擇， 因此下文詳細介紹每個模塊的具體方案。2.1.1 控制系統(tǒng)方案在

12、無人監(jiān)控系統(tǒng)中微處理器作為核心， 對整個系統(tǒng)的影響較大， 因此在選擇上尤為重要。方案一：此方案是傳統(tǒng)的兩位模擬控制方案，具有電路簡單、易于實現(xiàn)等優(yōu)點。不過模擬控制很難做高精度， 并且遠程通信、 鍵盤設定和滴速控制的功能不易于實現(xiàn)。方案二：此方案采用單片機 AT89S53 作為從站來實現(xiàn)復雜的運算及控制。 AT89S53 單片機具有低功耗， 高性能且高性價比等特點。 對于鍵盤設定、 滴速控制、液位監(jiān)測等功能和主、從站之間的通信能夠能完美實現(xiàn)。因此，本設計選用方案二。22.1.2 點滴檢測方案方案一：可見光發(fā)光二極管與光敏三極管傳感器。 光線的亮度變化對此類傳感器的干擾很大，造成液滴判斷的不準確。

13、所以不宜采取此方案。方案二：不調制紅外對射傳感器。這類傳感器是直流供電，元件的額定值必須低于工作電流，對外部抗干擾能力較差。因此，也不宜采取。方案三：脈沖調制紅外對射傳感器。 紅外對射傳感器的平均電流決定其對打工作電流，即使占空比調制信號較小也可以獲得較大的電流。 這可以大幅度提高信噪比，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。綜上，本設計采取方案三。2.1.3 液位監(jiān)測方案方案一：拉力傳感器。 利用液面高度和拉力二者的線性關系這一原理進行測量。在實際中由于拉力傳感器價格較高，因此在設計中很少使用。方案二：超聲波。這一方案的原理是超聲波在不同的介質中傳播速度不同。把每一次的測量結果與標定達到警戒液位得回波時間比

14、較， 既可得知是否達到警戒液位。這種方法存在盲區(qū)，當液體波動時會產生誤差，且不方便安裝。方案三：光電傳感器。此方法是利用光的折射或反射原理，通過接受管接收到的光的強弱判斷是否達到警戒液位以此來實現(xiàn)檢測功能。在安裝上，把光電傳感器置于輸液瓶外壁上即可，非常方便。對于上述三種方案，方案一成本較高，方案二精確度不夠。所以，本設計選擇方案三。2.1.4 滴速控制方案方案一：滑動軟管夾的滑輪控制滴速。 此方案在控制中由于移動阻力和距離難計算且很多非線性控制量的影響，采用電機調節(jié)軟管夾不容易實現(xiàn)。方案二：電機和滑輪系統(tǒng)控制輸液瓶高度，實現(xiàn)對滴速的控制。本方案調節(jié)液體高度方便，由于輸液瓶高度和流速之間存在非

15、線性關系，沒有公式可應用，因此采樣點必須足夠多，這也保證了精確性。比較方案一和方案二，本設計取用方案二。2.1.5 電機選擇方案方案一：直流電機。這類電機掉電后慣性大、制動時間較長、轉矩小、無抱死功能，且閉環(huán)算法復雜。方案二：伺服電機。這類電機具有機械性能好、起動轉矩大、抱死功能等諸多優(yōu)點，不過由于其高昂的價格，因此不予采用。方案三：步進電機。這類電機較之直流電機轉矩大，較之伺服電機價格低且測量的精確度較高。故綜合三種方案，本設計采用方案三。32.1.6 主從通信方案方案一：藍牙技術。藍牙技術存在傳輸距離短、傳輸速度慢、功耗大、技術復雜，而且價格不菲。方案二：紅外技術。紅外技術利用紅外線的方式

16、進行數(shù)據(jù)傳遞。在傳輸中具有速度快，但傳輸距離短，只能直線傳輸且易受干擾。方案三： Zigbee 技術。 Zigbee 技術一種低速短距離傳輸?shù)臒o線網(wǎng)絡協(xié)議，其成本比較高，穿透性不好。方案四：CAN 總線。CAN 總線是異步串行通信中總線的一種， 全稱“ControllerArea Network ”即控制器局域網(wǎng)，是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。具有傳輸速度快、傳輸距離遠、總線利用率高、通信失敗率低、節(jié)點錯誤系統(tǒng)無影響、抗干擾能力強、網(wǎng)絡調試容易、后期維護成本低等寶貴特點。根據(jù) AT89S53 的 4 種不同工作方式，分析上述四種方案，最終選定上位機與下位機之間采取基于 CAN 總線的有線異

17、步傳輸通信方式，既方案四。2.2 系統(tǒng)硬件結構根據(jù)系統(tǒng)設計方案，整體系統(tǒng)結構如圖1 所示。主站從站 1CAN 總線CAN 接口從站單片機外圍電路點滴檢測單元AT89S53通信電路單元單片機液位檢測聲光報警單元圖 1 系統(tǒng)結構框圖根據(jù)系統(tǒng)需求分析，本硬件系統(tǒng)主要是主站，基于AT89S53 單片機各個從站，主、從站之間的數(shù)據(jù)通信總線等三大部分構成的。按系統(tǒng)設計方案，系統(tǒng)電路主要包含從站電路、外圍電路及通信電路三個電路單元：4（1）從站電路單元該電路單元主要是負責輸液信號采集和輸液監(jiān)控的任務， 包含以下四個電路單元： 點滴信號檢測單元； 液位檢測單元； 鍵盤控制單元； 聲光報警單元。（2）外圍電路單

18、元該電路單元主要是對從站采集的輸液信號進行處理， 即把從站采取的信號進行整形以便單片機處理， 該電路單元還包括對從站系統(tǒng)的供電部分， 供電系統(tǒng)采取單電源供電。主要有： 點滴信號整形單元； 電源電路單元。（3）通信電路單元該電路單元是通過CAN 總線將下位機 (從站 )采集的各模塊數(shù)據(jù)信息傳送至由 PC 機構筑上位機，上位機可以通過開發(fā)的監(jiān)控軟件實現(xiàn)對各從站的輸液情況實時監(jiān)控。該電路包含兩個內容： CAN 總線適配芯片連接電路； 通信接口電路。3 系統(tǒng)從站硬件設計3.1 從站硬件系統(tǒng)框圖根據(jù)從站系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能，為從站系統(tǒng)設計出硬件系統(tǒng)框圖 4 ，如圖 2 所示：點滴信號檢測單元報警電路單元A

19、T89S53電源電路單元鍵盤控制電路單元液體檢測單元點滴信號整形單元通信電路單元圖 2 從站硬件系統(tǒng)框圖3.2 從站系統(tǒng)各單元設計有上面的框圖可以知道， 從站系統(tǒng)所包含的子模塊較多，因此下面進行逐一介紹。3.2.1 點滴信號檢測單元此單元模塊是通過固定在輸液瓶外側的紅外傳感器來檢測是否有點滴滴下，電路圖如圖 3 所示。5圖 3 點滴信號檢測電路紅外傳感器是有發(fā)射管和受光管二者構成，其主要功能是實現(xiàn)光和電之間的轉換。紅外系統(tǒng)具有尺寸小、重量輕、易于安裝等優(yōu)點，且紅外光波長長與可見光，受后者的影響較小， 因此選用紅外傳感器來檢測液體點滴滴速。增強信噪比以減少環(huán)境光源的干擾，并采用脈沖調制的方式。發(fā)

20、射、接受的簡化原理電路如圖 4 所示。圖 4 脈沖產生電路74HC14 是具有施密特功能的六反相器，圖 5 是 74HC14 所構成的多諧振蕩電路。施密特觸發(fā)器具有上限閾值電壓 V 、下限閾值 V的特性，且受芯片電源21VDD的限制。多諧振蕩器電路產生信號的周期頻率滿足f=1/RClnV （VDD V ）21/V 1（V DD V 2） ，令 lnV 2（ VDD V 1）/V 1（ V DD V 2）為 k，則 f=1/kRC ，即 T=kRC 。對于 74HC14 而言，當 V DD =5V 時，下限閩值電壓 V1 =1.4V，上限閩值電壓V2= 3.6V，所以有k=1.89?？紤]到脈寬可

21、調的狀況進而可以得出1.89（ R1 /R2 +R2）C=T ， T 表示方形脈沖的一個周期大小， （ R1/R2）:（R1/R2+R2）=1:5。6圖 5 多諧振蕩電路3.2.2 點滴信號整形單元在實際操作中， 當點滴落下時，接收到的信號會產生相距很近的雙脈沖，這極大的干擾了計數(shù)。為了消除這種干擾，減小虛假信息的影響， 提高采樣的可靠性，用軟件濾波的方式濾去兩個脈沖中的一個，這樣就確保了計數(shù)的精確性。圖6 是信號整形原理電路圖，同過原理圖，可以對整形有簡單的了解。圖 6 點滴信號整形電路3.2.3 液位檢測單元按照醫(yī)用衛(wèi)生標準， 吊瓶中應盡可能避免異物進入， 所以在紅外有損探測和無損探測中我

22、們選擇后者。 液位檢測電路是利用安裝在輸液瓶頸部的紅外對射管對瓶內無液空間與有液空間光的折射差異來判斷輸液是否結束。 光電轉換原理類似以滴速檢測，但紅外接收管輸出的電信號是電平信號，而不是脈沖信號。 電平信號經放大后輸入到比較器與門限電路比較，輸出后送至單片機外部中斷接口 INT1 。因考慮到儲液瓶壁較厚，可利用紅外無損探測方式，增大紅外發(fā)射功率來加強接收信號以保證對液位進行精確檢測， 儲液瓶有液空間和無液空間信號差異電壓比較差可以達到 40mV 左右，說明該電路在液位下降到紅外對射管以下時系統(tǒng)即能發(fā)出警越限報。 該電路接收到的信號只需對其放大不需濾波處理， 所以本電路結構單間，安裝簡易。其系

23、統(tǒng)框圖及電路圖如下圖7 和圖 8 所示。7輸液瓶紅外發(fā)射門限信號至單片機放大比較圖 7 液位檢測框圖圖 8 液位檢測電路3.2.4 鍵盤控制電路本設計中所采用的鍵盤為非編碼機械觸點式按鍵開關，其主要功能是把機械上的通斷轉換成為電氣上的邏輯關系。觸點式開關按鍵在最常見，且壽命長。 非編碼鍵盤只簡單地提供行和列的矩陣， 其它工作均由軟件完成， 因此既經濟又實用。在機械鍵盤按鍵按下或釋放時， 由于機械彈性作用的影響， 通常伴隨一定時間的觸點機械抖動，然后才穩(wěn)定下來。 其抖動過程如圖 9 所示，抖動時間的長短與開關的機械特性有關，一般為 5l0ms。按鍵抖動會導致錯誤判斷按鍵通或斷的狀態(tài)，這種情況是絕

24、對不允許出現(xiàn)的。 所以在設計中必須采取去抖動措施， 由于按鍵數(shù)較多，故采用軟件去抖。 軟件去抖采取的措施是： 在檢測到有按鍵按下時，執(zhí)行一個 l0ms 左右的延時程序后，再確認該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，若仍保持閉合狀態(tài)電平，則確認該鍵處于閉合狀態(tài)；同理，在檢測到該鍵釋放后，也應采用相同的步驟進行確認，從而可消除抖動的影響。 一個完善的鍵盤控制程序應具備以下功能： （ 1）檢測有無按鍵按下，并采取硬件或軟件措施，消除鍵盤按鍵機械觸點抖動的影響。 （2）有可靠的邏輯處理辦法。每次只處理一個按鍵，其間對任何按鍵的操作對系統(tǒng)不產生影響，且無論一次按鍵時間有多長，系統(tǒng)僅執(zhí)行一次按鍵功能程序。 （3

25、）準確輸出按鍵值（或鍵號） ，以滿足跳轉指8令要求。圖 9 按鍵抖動過程由于本系統(tǒng)按鍵數(shù)較多，故采用 44 行、列結構的 16 位矩陣鍵盤，如圖 10 所示。矩陣式鍵盤中，行、列線分別連接到按鍵開關的兩端，行線通過上拉電阻接到 +5V 上。當無鍵按下時，行線處于高電平狀態(tài)；當有鍵按下時，行、列線將導通，此時，行線電平將由與此行線相連的列線電平決定。 這是識別按鍵是否按下的關鍵。然而，矩陣鍵盤中的行線、列線和多個鍵相連，各按鍵按下與否均影響該鍵所在行線和列線的電平，各按鍵間將相互影響，因此，必須將行線、列線信號配合起來作適當處理，才能確定閉合鍵的位置。圖 10 矩陣鍵盤電路3.2.5 聲光報警單

26、元本設計采用蜂鳴器與發(fā)光二極管實現(xiàn)聲光報警。 當傳感器檢測到液位低于預設值或傳感器檢測不到有液滴下落時， 從站單片機控制蜂鳴器和報警燈工作， 在發(fā)出聲光報警的同時向主站發(fā)出報警信息。 在實際應用中，如果設定的滴速過高，輸液瓶上升到支架頂部時， 仍達不到設定的滴速， 輸液瓶繼續(xù)上升有可能會拉倒支架，造成危險。 所以在支架的頂部安裝一個紅外探測器， 如檢測到輸液瓶上升到支架頂部，則發(fā)出信號， 通知單片機控制電機停轉， 同時發(fā)出聲光報警并向主站發(fā)送報警信號。下圖 11 為聲光報警電路。9圖 11 聲光報警電路3.2.6 電源電路單元任何電氣設備的使用都離不開供電系統(tǒng)，在整個單片機系統(tǒng)設計中， 電源的

27、設計是必須要考慮的。 電源的設計取決于系統(tǒng)所要求的供電方式， 如是采用單電源方案，還是多電源方案， 系統(tǒng)的功耗有無特殊規(guī)定等等。 本系統(tǒng)所選用的單片機是 AT89S53，其標準工作電壓為 +5V，且發(fā)光二極管和光敏三極管以及通訊所用的 CAN 總線適配器等電路的工作電壓都是 +5V ，因此在本設計中采用單電源方案。單電源方案的優(yōu)點是系統(tǒng)簡單、 工作可靠。 此外還涉及到對步進電機的控制，步進電機及驅動電路由 L297 和 L298N 組成，L297 的工作電壓為 +5V ，L298N除邏輯電路工作電壓 +5V 外，因此還需加入一個較高的電源電壓來增強電機的驅動能力。根據(jù) L298N 的相關資料，

28、這個電源電壓的范圍在 +2.5V+46V 之間，考慮到用電安全及設計方便等因素，將其設定在 +15V 。因此我們的目標是設計出一個能夠提供 +5V 與+15V 的電源，其電路如圖 12 所示。圖 12 電源電路由上圖可以知，此電源電路可以將 220V 的交流市電轉換為 +5V 和 +15V 直流電輸出。從原理上看，首先將通過變壓器的 220V 交流市電轉換為 24V 交流電，然后經過二極管橋式整流電路和濾波電容 C3 對其進行整流，獲得略低于 24V 的直流電輸出，經過 C4 濾除紋波電壓后進入集成穩(wěn)壓源 L7815 產生 +15V 直流電壓供 L298N 使用，同時此電壓又作為 MC7805

29、 的輸入電壓，通過 MC7805 產生 +5V10電壓供系統(tǒng)邏輯電路和各模塊使用。 這種做法的好處是只使用一個變壓器， 降低了成本的同時還減小了 +5V 直流電源的紋波電壓。3.3 通信電路單元本系統(tǒng)所采用的是 CAN 總線作為通信總線，以下就對 CAN 總線的適配芯片以及通信接口連接做簡要介紹。3.3.1 CAN 總線適配芯片連接電路系統(tǒng)主控制器MPC2510CAN 收發(fā)器CAN 收發(fā)器CAN 收發(fā)器CAN 收發(fā)器CAN 收發(fā)器MPC2510MPC2510MPC2510MPC2510節(jié)點控制器節(jié)點控制器節(jié)點控制器節(jié)點控制器圖 13 CAN 總線通信原理圖以 CAN 總線作為通信系統(tǒng)的典型實現(xiàn)

30、方法如圖13 所示。由系統(tǒng)框圖中的CAN 接口部分可以得知， CAN 接口由兩個部分組成： CAN 控制器和 CAN 收發(fā)器。其中前者主要用于實現(xiàn)物理信令子層和數(shù)據(jù)鏈路層，而后者則是CAN 控制器與物理傳輸媒體之間連接的子層接口。在本設計中，采用 MCP2510 作為 CAN控制器， CAN 收發(fā)器采用 TJA1050。MCP2510 是 Microchip Technology Inc. （美國微芯科技有限公司）生產的一款控制器局域網(wǎng)絡協(xié)議控制器，完全支持CAN 總線 V 2.0A /B 技術規(guī)范。該器件支持 CAN1.2 、CAN2.0A 、主動和被動 CAN2.0B 等版本的協(xié)議，能夠發(fā)

31、送和接收標準和擴展報文。 同時它還具備驗收過濾以及報文管理功能。 該器件包含三個發(fā)送緩沖器和兩個接收緩沖器，減少了單片機的管理負擔。TJA1050 是控制器區(qū)域網(wǎng)絡協(xié)議控制器和物理總線之間的接口，是一種標準的高速 CAN 收發(fā)器。 TJA1050 可以為總線提供差動發(fā)送性能，為CAN 控制器11提供差動接收性能，是 PCA82C250 和 PCA82C251 高速 CAN 收發(fā)器的后繼產品。3.3.2 通信接口電路通信接口電路即適配芯片連接電路其連接方法如圖14 所示：圖 14 通信接口電路適配芯片各引腳連接情況如下：(1)CAN 收發(fā)器 TJA1050 引腳連接情況： CANL 為低電平 C

32、AN 總線，CANH為高電平 CAN 總線， TXD 為發(fā)送數(shù)據(jù)輸入引腳， RXD 為接收數(shù)據(jù)輸入引腳。(2)CAN 協(xié)議控制器 MCP2510 各引腳的連接情況： TX0RS 為通用數(shù)字輸入或發(fā)送緩沖器（ TXB0 ）請求發(fā)送引腳， TX1BF 為接收緩沖器， RXB1 的通用數(shù)字輸出或中斷引腳 TXCAN 引腳與 CAN 總線的發(fā)送輸出引腳（ TXD ）連接， RXCAN 引腳與 CAN 總線的接收輸入引腳（ RXD ）連接。TJA1050 具有高速模式和靜音模式兩種工作模式，通過引腳“ 8”的得取來選擇模式。若引腳“8”接地則進入高速模式；若引腳“8”沒有接地則進入靜音模式；若引腳“8”

33、不連接，則默認高速模式。4 系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)軟件設計是基于單片機硬件進行的。軟件設計是系統(tǒng)的主要組成部分，軟件的好壞將直接影響到系統(tǒng)的性能指標。無人堅守點滴自動監(jiān)控系統(tǒng)的設計采用模塊化結構的方式，模塊化編程是分別對各模塊程序進行編寫、編譯，最后通過主程序將各模片相互調用的軟件設計方法。 本系統(tǒng)包含從站軟件設計和主站軟件設計，主站程序主要是對從從站各程序模塊的協(xié)調管理。4.1 從站軟件系統(tǒng)總體設計12從站軟件設計是對從站各模塊進行嵌入式程序編譯， 本系統(tǒng)中需要進行程序編譯的模塊主要有：（ 1）主控模塊即初始化模塊；（ 2）鍵盤控制模塊；（3）點滴速控制模塊；（ 4）電機控制模塊；（ 5）報警模塊

34、；（ 6）主從通信模塊。4.2 從站各模塊軟件設計從站系統(tǒng)程序由一個主控程序模塊和若干個子程序模塊組成， 其中主控程序模塊為軟件系統(tǒng)的核心， 其作用是管理協(xié)調各子模塊， 使之按照總體設計流程工作。4.2.1 主控模塊主控模塊是從站軟件系統(tǒng)的核心，其主要負責調度各子模塊程序。工作時，首先對串口部分和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)進行初始化，然后調用各子模塊程序來協(xié)調各子模塊工作。系統(tǒng)初始化有兩方面的工作內容：（1）串口初始化，即讓串口工作處方式“ 1?！蓖ㄟ^定時器 T1 來設定波特率的溢出率值為 1200bit/s，串口處于接收的狀態(tài)。此時把定時器T1 的初始值設定為248(0E8)， MUC 外圍電路使用的晶振頻

35、率為11.0592MHz。（2）外部中斷“0”的設置，串口數(shù)據(jù)通信通過中斷來進行實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收，所以初始化程序還需設定串口的中斷方式。在從站系統(tǒng)中，當有液滴滴下時，液滴檢測電路就會捕捉到一個電信號，將捕捉的電信號送到A/D 轉換電路中對其整形， 最后產生一個數(shù)字脈沖信號，將脈沖信號送至單片機內部處理使之產生一個外部中斷“0。”系統(tǒng)進行中斷計數(shù)時， 必須開啟外部中斷“0”和R4 寄存器。同時，還需將外部中斷“ 0”設置為電平觸發(fā)模式。串口初始化程序部分源碼如下：#include #include #include “tdp.h”#ifdef evalboard/采用硬件目標板時需要使用以下

36、外部函數(shù)extern void DNPUT(unsigned char aa, unsigned char bb);extern void DISPLY(unsigned char data *cc) ;static unsigned char data dg = 0, 0, 10, 0, 0, 10, 0, 0 ;#end ifvoid main (void) unsigned i; for (i=0; i1000; i+);/延時，等待系統(tǒng)上電穩(wěn)定timer0_initialize ();/ 定時器 0 初始化com_initialize ();/串行口初始化#ifdef evalboar

37、d/ 采用硬件目標板時DINPUT (0X0A, 0X07);/需要對板上 MAX7219 初始化13DNPUT (0X0B, 0X07);DINPUT (0X09, 0X0FF);DINPUT (0X0c, 0X01);DISPLY (dg); / 板上 LCD 顯示 00-00-00 #end iftimer0_wait (TIMER0_TICKS_PER_ SEC / 10);clock_init ();com _ puts (“TDP Vl.0rn ”);while (1) const char *cmd;cmdb_init ();cmdb_prompt ();for (cmd=NUL

38、L; cmd=NULL; cmd=cmdb_ scan () clock _ update ();cmd_proc (cmd);4.2.2 鍵盤控制模塊鍵盤掃描采用行列式矩陣接口，子程序采用中斷方式進行行列掃描，以獲得鍵值輸入。由于鍵盤抖動會對結果造成影響，因此必須消除。程序流程圖如圖15 所示，鍵盤掃描程序和防抖子程序如下：（1）鍵盤掃描程序：byte key_scan(void) byte ktrnp, key;key=0;key_ 4x4_line_output();key_ 4x4_ row_input();key_4x4_get_row(ktmp);while ( (ktrnp&0x

39、0f)=0x0f) key_4x4_get_row(ktmp); delay_ms(10);key_4x4_get_row (ktmp);if ( (ktmp&0x0f)!=0x0f)key= (ktmp&0x0)14key_4x4_row_okey_4x4_line_indelay_ms(10);key_4x4_get_linif (ktmp&0xf0)!while( (ktmpkey_4x4_linkey_4x4_rokey+=(ktmfor (ktmp=0;if (key=kreturn(0xff)else return(0xff)else return(0xff);（2）防抖子程序：#include#includesbit P34=0xB4;sbit P35=0xB5;un