應用電子技術(shù)專業(yè)畢業(yè)論文21585

1、畢 業(yè) 設 計（論文）（說 明 書）題 目： 簡易輸液報警器 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢 業(yè) 設 計 （論文） 任 務 書姓名 專業(yè) 應用電子技術(shù) 任 務 下 達 日 期 2011 年 9 月 19 日設計（論文）開始日期 2011 年 9 月 26 日設計（論文）完成日期 2011 年 12 月 9 日設計（論文）題目： 簡易輸液報警器的設計 a編制設計 b設計專題（畢業(yè)論文） 指 導 教 師 系（部）主 任 2011 年 12 月 9日平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）答辯委員會記錄 自動化與信息工程 系 應用電子技術(shù)專業(yè)，學生 于 2011 年 12 月 15 日進行了畢業(yè)設計（論文）

2、答辯。設計題目： 簡易輸液報警器的設計 專題（論文）題目： 簡易輸液報警器 指導老師： 答辯委員會根據(jù)學生提交的畢業(yè)設計（論文）材料，根據(jù)學生答辯情況，經(jīng)答辯委員會討論評定，給予學生 畢業(yè)設計（論文）成績?yōu)?。答辯委員會 人，出席 人答辯委員會主任（簽字）： 答辯委員會副主任（簽字）： 答辯委員會委員： ， ， ， ， ， ， 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）評語第 頁共 頁學生姓名： 專業(yè) 應用電子技術(shù)專業(yè) 年級 2009 畢業(yè)設計（論文）題目： 簡易輸液報警器 評 閱 人： 指導教師： （簽字） 年 月 日成 績： 系（科）主任： （簽字） 年 月 日畢業(yè)設計（論文）及答辯評語： 摘

3、要靜脈輸液是現(xiàn)在醫(yī)院中常用的輸液方式，大部分的輸液要靠醫(yī)護人員手動控制滴速，輸液過程中藥液溫度取決于所處環(huán)境溫度，醫(yī)護人員要不定時的巡查，已確定輸液是否結(jié)束。這樣在輸液高峰期，醫(yī)護人員很難應付，常常會造成無法及時停止輸液，而造成“回血”等現(xiàn)象。由于環(huán)境因素造成的低溫輸液反應，以及滴速不準確帶來的藥理反應，有時甚至會造成醫(yī)療事故，簡易輸液報警器在這種情況下應運而生。本設計再結(jié)合實際生活和課題的實際要求，以單片機控制為核心，采用紅外對射技術(shù)，光電傳感技術(shù)，電機控制技術(shù)，并解決了大電流控制的問題。在分析各部分實施方案后。提出了輸液檢測與控制方案的設計方案。系統(tǒng)包括輸液報警單元，液位檢測單元，滴速檢測

4、單元，顯示單元和電源單元。通過硬件電路的設計和軟件編程的設計，實現(xiàn)了輸液滴速計數(shù)，顯示，越限報警等功能，并詳細介紹了各個模塊的硬件設計和工作原理，給出了各部分的軟件流程。為更好的實現(xiàn)，自行設計了相應的機械執(zhí)行機構(gòu)，是紅外對射和光電檢測裝置中液位，滴速以及電機控制的信號采集得到了保證，系統(tǒng)穩(wěn)定性增強，使整個系統(tǒng)性能得到提高，實現(xiàn)了輸液過程中滴速，液位越限報警的自動控制。本系統(tǒng)可適當改進，在醫(yī)療輸液領域有廣闊的應用前景。關鍵字：靜脈輸液；單片機控制；紅外對射；光電檢測；滴速檢測；越限報警；緒論 隨著社會現(xiàn)代化進程的不斷推進，傳統(tǒng)的服務方式已遠遠不能滿足人們的需求，尤其在公共醫(yī)療設施方面，追求相關產(chǎn)

5、品的安全、智能、高效已經(jīng)成為必然選擇，也成為企業(yè)不斷研發(fā)的動力。 在醫(yī)院輸液(俗稱打吊針)有一個難題長期困擾著病人與醫(yī)護人員：在病人輸液的過程中，往往由于病人體質(zhì)虛弱、昏迷或入睡或者醫(yī)護人員正在別處忙碌等而無法留意，當輸液完畢，若處理不及時，病人的血液就會因空管而倒流入輸液針管內(nèi)，時間稍長會使扎針處嚴重腫脹。若處理過早，即藥液還末完全輸盡就摘瓶取管則又會造成藥液的浪費等等。因此常引發(fā)病人的不滿以至投訴，甚至使醫(yī)護人員無奈。而醫(yī)用輸液報警器的設計和投入應用，可以較好地解決輸液中所遇到的這些困擾。靜脈輸液是最常規(guī)和最重要的醫(yī)療手段。但是現(xiàn)行的醫(yī)用點滴輸液方法中，靜脈輸液器都是懸掛在病人的上頭才能輸

6、液，輸液速度難以準確控制，醫(yī)師和護士只能依據(jù)經(jīng)驗來來控制墨菲氏管的輪夾，而不能依據(jù)患者病情的程度控制藥液的速度和流量，這種輸液控制的方法顯然是不方便的，并且可能對患者趙成不必要的傷害。這對特護病人和對輸液速度有較嚴格的病人是不方便的。傳統(tǒng)的輸液設備笨重、體積大、價格貴，增加了醫(yī)院和病人的費用。輸液報警器會自動監(jiān)測病人輸液液面的變化，當輸液完畢時發(fā)出報警提示聲，醫(yī)護人員有足夠的時間拔針或換藥，避免了“回血”等現(xiàn)象的發(fā)生。輸液報警器的使用既可減輕醫(yī)護人員和陪護人員的勞動強度，又能最大限度地利用藥物，避免了浪費。所以有輸液報警器的使用，必將受到醫(yī)務人員和病人的歡迎。針對這種情況，本文設計了一種由單片

7、機控制的液滴速度監(jiān)控液面報警裝置。該系統(tǒng)包括紅外發(fā)射接收裝置，at89s52單片機，步進電機，led顯示屏和蜂鳴器等。其中紅外對射傳感器接收裝置用于將液滴滴下一滴的信息轉(zhuǎn)化為電信號傳入單片機，經(jīng)過單片機計算其點滴速度，并在led顯示屏上顯示，用電動機控制速度。當輸液完成時或出現(xiàn)異常情況是會聲光報警。因為它有很多的優(yōu)點，可以較為準確地控制速度，可以報警，設備簡單，價格便宜。所以對輸液報警的研究十分有意義。第1章 方案設計與論證設計要求：設計并制作一臺簡易的醫(yī)生用輸液液位控制報警器。1.具有液滴速度計算功能（單位：滴/分鐘），范圍在0-300滴/分鐘。2.當輸液瓶內(nèi)剩余量低于報警值時或出現(xiàn)意外情況

8、時，顯示控制器將發(fā)出聲音報警，提示輸液者。3. 顯示器：4位一體數(shù)碼管。4. 采用蜂鳴器報警，音樂聲自定。5. 自行設計并制作滿足本設計任務要求的+5v電源供電。1.1 點滴檢測方案比較 方案一：可見光發(fā)光二極管與光敏三極管傳感電路。由于系統(tǒng)外界光源會對光敏二極管的工作有很大的干擾，一旦外界光度改變，就會影響對液滴的判斷。如采用超強亮度發(fā)光管可以減小干擾，但功率損失大，此方案一定不可取。 方案二：不調(diào)制的紅外對外傳感器。由于直接采用直流電壓對發(fā)光管進行供電，考慮到平均功率的限制，工作電流不能高于元件的額定值，對投幣照射有一定的困難且仍然容易受到外部光源等干擾。 方案三：脈沖調(diào)制的紅外對外傳感器

9、。紅外對射管的最大工作電流是由其平均電流決定的采用占空比小的調(diào)制信號，瞬間電流會達到很大，大大提高了信號噪聲比，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。輸液管莫非氏 管的形狀決定了檢測滴速的方法,藥液在滴管處以液滴的形式一滴一滴滴落。光源發(fā)出的光垂直照射滴管并在滴管的剖面的中心線上，光線經(jīng)過滴管沒有折射發(fā)生（如圖1-1所示）。而液滴滴落的過程中要經(jīng)過滴管的中心線，當有也液滴經(jīng)過光源和紅外對射管之間時，光線會發(fā)生折射和散射，導致接收器收不到光信號，這時紅外對射管的輸出要產(chǎn)生一個電壓跳變，利用這個電平跳變可以實現(xiàn)對經(jīng)過滴管的液滴進行計數(shù)。示意圖如圖1-2所示圖1-2 紅外對射滴速檢測示意圖圖1-1 光線走向示意圖

10、圖 因此，本方案采用方案三。1.2 液位檢測方案比較 方案一：使用拉力傳感器間接測量。將拉力傳感器接在滑輪和儲液瓶之間，利用液位高度變化和拉力變化之間的線性關系進行間接測量。但是拉力傳感器價格貴，從實用性角度考慮，在設計系統(tǒng)中不合適。 方案二：利用超聲波測量液面高度。利用超聲波在不同物質(zhì)，不同密度內(nèi)傳播速度不同的原理，通過檢測超聲波發(fā)射后的回撥時間來檢測超聲波穿過物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，利用mcu定時控制超聲波的發(fā)射，利用中斷接受檢測到的回波，然后經(jīng)mcu的數(shù)據(jù)處理獲得需要的數(shù)據(jù)。此系統(tǒng)中，可預先測定液位到達警戒線時的回撥時間，然后將每次測量結(jié)果與此進行比較，便可得知是否到達警戒液位。超聲波測距準確，是一

11、種常用的測距方法。但是超聲波探測不可避免的存在一些盲區(qū)，盲區(qū)的大小與相應的mcu處理速度相關，在對精度要求較高的場合還需加入溫度補償模塊及相應的軟件算法以改善超聲探測隨環(huán)境溫度的變化所產(chǎn)生的變化?？紤]到軟、硬件的復雜程度及要求的測量精度，以及本系統(tǒng)存在液體產(chǎn)生的表面波動，使用超聲波傳感器檢測液面會產(chǎn)生較大的誤差，同時超聲波傳感器安裝方位的確定也是一大難題。 方案三：使用光電傳感器定點対液面進行監(jiān)測。可以采用紅外對管進行實現(xiàn)。根據(jù)接收管接收到的光強大?。〞r間間隔3秒）來判斷液位是否到達警戒線。利用光在不同媒質(zhì)界面的折射和反射原理，通過光電傳感器接受光信號實現(xiàn)液面檢測功能。此外光電傳感器安裝方便，

12、只需將傳感器固定在儲液瓶外瓶壁上（圖1-3）即可，不需要詳細計算儲液瓶液面高度，簡化了外圍電路結(jié)構(gòu)。圖1-3 光電傳感器安裝示意圖 綜合比較上面三種方案，從實用，簡便同時保證測量準確度上，使用光電傳感器測量儲液瓶液面高度是最理想的選擇。1.3 速度控制方案 對液體點滴速度的控制，可以使用下面兩種方案： 方案一：采用輸液軟管夾頭松緊程度來控制液體的流速，控制滴速夾移動的距離很小，但是滴速夾的松緊過程中，存在很多因素，例如橡膠粘度與液體粘度，彈簧的彈力等，都為非線性控制量，移動距離，移動阻力等參數(shù)難以計算，用機電系統(tǒng)實現(xiàn)起來較為困難。所以如果采用夾頭控制難以實現(xiàn)類似的線性控制。方案二：通過電機和齒

13、輪系統(tǒng)控制莫非試管的松緊程度，來達到控制液滴流速的目的，方案實現(xiàn)較為簡便，通過步進電機可方便地實現(xiàn)對莫非試管的控制，從而達到控制液滴流速的目的。原有的輸液管上配有一楔形手動控制滴速控制裝置，內(nèi)有滑槽，通過推動滑槽上的圓形滾輪來控制輸液的快慢。在本系統(tǒng)的滴速控制中，保留原有的控制裝置以備應急使用，應用電機來控制輸液的滴速。方案如下（圖1-4）：電機選用步進電機，利用電機的旋轉(zhuǎn)，通過裝配一螺桿，將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動，推動（或者拽回）螺桿一端帶有內(nèi)螺紋的滑塊擠緊（或者放松）莫非氏管,從而實現(xiàn)輸液滴速的自動控制。第一項和第二項方案經(jīng)過綜合比較，使用電機控制度來實現(xiàn)控制效果較好，因此決定選擇第二項的方

14、案。圖1-4 電機控制滴速示意圖1.4 電機選擇及控制方案 常用的電機主要有以下幾種：直流電機、步進電機、伺服電機。 方案一：直流電機上電即可轉(zhuǎn)動，掉電后慣性較大，停機時還會轉(zhuǎn)動一定角度后才可停止，如果要 求準確控制其轉(zhuǎn)動的角度，其閉環(huán)算法比較復雜，系統(tǒng)硬件也會相應麻煩。 方案二：伺服電機的機械特性較好，輸出功率大，啟動轉(zhuǎn)矩大，驅(qū)動電路簡單，正反轉(zhuǎn)控制容易且 有抱死功能，但有由于其實際價格偏高，不適合普遍使用。 方案三：步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)換為角位移的執(zhí)行元件。步進電機轉(zhuǎn)矩相對直流電機大，控制精度比較高，其步進轉(zhuǎn)過的一個角度也固定，適用于較精確的測量，這可有效提高輸液速度的控制精度。 因此

15、，電機選用步進電機最佳。第2章 系統(tǒng)的硬件設計2.1芯片介紹 2.1.1 at89c52單片機1. at89c52單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片機的功能框圖（如圖2-1），在一塊兒小芯片上集成一個微機計算機的各個部分，其核心部分是中央處理器cpu，它由運算器和控制器兩大部分組成。運算器用來完成算術(shù)運算、邏輯運算和進行位操作，有算術(shù)邏輯單元（alu）、位處理器、累加器（acc），寄存器b、暫存器tmp1和tmp2組成?？刂破魇怯脕斫y(tǒng)一指揮和控制計算機進行工作的部件，它由控制邏輯、內(nèi)部振蕩電路osc、指令寄存器及其譯碼器、程序計數(shù)器pc及其增量器、程序地址寄存器、程序狀態(tài)字寄存器psw、ram地址寄存器、數(shù)據(jù)

16、指針dptr、堆棧指針sp等組成。圖2-1 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.at89c52單片機的功能及引腳兼容標準mcs-51指令系統(tǒng)的at89c52單片機（圖2-2）是美國atmel公司生產(chǎn)的一個低電壓，高性能cmos 8位單片機，推薦時鐘為0hz-24hz,在本系統(tǒng)中選取時鐘周期為24hz,片內(nèi)含8k bytes的芯片簡述可反復擦寫的flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標準mcs51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器和flash存儲單元，功能強大的at89c52單片機可以提供許多較復雜

17、系統(tǒng)控制應用場合。圖2-2 單片機封裝 at89c52單片機有40個引腳， 32個外部雙向輸入/輸出（i/o）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線 ，at89c52單片機可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復擦寫的flash存儲器可有效地降開發(fā)成本。外圍采用兩片串行輸入顯示驅(qū)動接口芯片max7219，其硬件開銷小，且編程簡單。 采用串行e2prom24lc01用于工況參數(shù)的設定，這些參數(shù)設定后，在24lc01中分3個區(qū)域存放，以3中取2方式讀取，以保證正確率。串行器件的選用，系

18、統(tǒng)的硬件簡單，調(diào)試方便。1）at89c52單片機的主要功能特性 1)兼容mcs51指令系統(tǒng) 2)32個雙向i/o口 3)3個16位可編程tim/con中斷 4)2個串行中斷5)2個外部中斷源 6)2個讀寫中斷口線 7)低功耗空閑和掉電模式 8)8k可反復擦寫(1000次)flash rom 9)256x8bit內(nèi)部ram 10)時鐘頻率0-24mhz 11)可編程uart串行通道 12)共6個中斷源 13)3級加密位 14)軟件設置睡眠和喚醒功能2）主要功能說明單片機at89c52的所有引腳的基本功能如圖2-3所示。圖2-3單片機引腳vcc(40腳)：主電源正端，接+5v; gnd(10腳)：

19、接地端。xtal1（19腳）片內(nèi)高增益反相放大器的輸入端，接外部石英晶體和電容的一端，若使用外部輸入時鐘，該引腳必須接地。xtal1（18腳）片內(nèi)高增益反相放大器的輸出端，接外部石英晶體和電容的一端，若使用外部輸入時鐘，該引腳作為外部輸入時鐘的輸入端。reset/vpd(9腳) 復位輸入端，高電平有效，此端保持兩個機器周期（24個時鐘周期）以上高電平就可以完成復位ea/vpp(31腳) 片內(nèi)程序存儲器選通控制端低電平有效。當ea保持低電平時將只訪問片外程序存儲器。當ea保持高電平時，執(zhí)行訪問片內(nèi)程序存儲器。i/o(輸入/輸出)：p0、p1、p2、p3（1）p0口(3932腳)：p0口有兩種工作

20、方式：一是作為普通的i/o端口使用二是在cpu訪問片外存儲器時，它是一個標準的雙向i/o口，采用分時復位方式提供低8位地址和用作8位雙向數(shù)據(jù)總線。（2）p1口(18腳)：p1口僅作普通的i/o端口使用，校驗時，要求外接上拉電阻。（3）p2口(2128腳)：p2口有兩種工作方式：一是作為普通的i/o端口使用，二是訪問外部存儲器時，p2口作高8位地址線使用。（4）p3口(2128腳)： p3口是一個自帶上拉電阻的8位準雙向i/o接口。p3口與其它的i/o口有很大區(qū)別，它除作為般準雙向io口外，每個引腳還有第二功能（表2-1）表2-1 第二功能端口引腳第二功能p3.0rxd（串行輸入口）p3.1tx

21、d（串行輸出口）p3.2int0（外部中斷0）p3.3int1（外部中斷1）p3.4t0（定時/計數(shù)器0）p3.5t1（定時/計數(shù)器1）p3.6wr（外部數(shù)據(jù)ram寫使能信號）p3.7rd（外部數(shù)據(jù)ram讀使能信號） rst： 復位輸入。當振蕩器工作時，rst引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片復位（圖2-4所示）。圖2-4 復位電路ale/prog： 當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ale（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ale仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ale

22、脈沖。對flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（prog）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（sfr）區(qū)中的8eh單元的d0位置位，可禁止ale操作。該位置位后，只有一條movx和movc指令才能將ale激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置ale禁止位無效。psen： 程序儲存允許（psen）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當at89c52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次psen有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次rsen信號。 ea/vpp： 外部訪問允許。欲使cpu僅訪問外部程序存儲器（地址為0000hf

23、fffh），ea端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位lb1被編程，復位時內(nèi)部會鎖存ea端狀態(tài)。如ea端為高電平（接vcc端），cpu則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。flash存儲器編程時，該引腳加上+12v的編程允許電源vpp，當然這必須是該器件是使用12v編程電壓vpp。xtal1： 振蕩器(圖2-5所示)反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。xtal2： 振蕩器反相放大器的輸出端。時鐘振蕩器： at89c52中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳xtal1和xtal2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。

24、外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容c1、c2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容c1、c2雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30pf10pf，而如使用陶瓷諧振器建議選擇40pf10pf。用戶也可以采用外部時鐘。采用外部時鐘的電路如圖右圖所示。這種情況下，外部時鐘脈沖接到xtal1端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端，xtal2則懸空。圖2-5 振蕩器中斷寄存器： at89c52有6個中斷源，2個中斷優(yōu)先級，ie寄存器控制各中斷位，ip寄存器中6個中斷源的每一個可定為2個優(yōu)先級

25、。數(shù)據(jù)存儲器： at89c52有256個字節(jié)的內(nèi)部ram，80hffh高128個字節(jié)與特殊功能寄存器（sfr）地址是重疊的，也就是高128字節(jié)的ram和特殊功能寄存器的地址是相同的，但物理上它們是分開的。當一條指令訪問7fh以上的內(nèi)部地址單元時，指令中使用的尋址方式是不同的，也即尋址方式?jīng)Q定是訪問高128字節(jié)ram還是訪問特殊功能寄存器。如果指令是直接尋址方式則為訪問特殊功能寄存器。定時器0和定時器1：at89c52的定時器0和定時器1的工作方式與at89c51相同定時器2：定時器2是一個16位定時/計數(shù)器。它既可當定時器使用，也可作為外部事件計數(shù)器使用。定時器/計數(shù)器（t/c）定時和計數(shù)功能

26、由工作方式寄存器tmod進行選擇。tmod只能進行字節(jié)操作，不能位尋址。其格式如下（表2-2）。表2-2位d7d6d5d4d3d2d1d0字節(jié)地址tmodgatem1m0gatem1m089hgate：門控制位。gate=0時，只要軟件使tr0或tr1置1就可以啟動定時器。gate=1時，只有或引腳為高電平且tr0或tr1由軟件置1后，才能啟動定時器。：定時或計數(shù)功能選擇位。=0時，用于定時。=1時，用于計數(shù)。m1和m0位：t1和t0工作方式選擇位。定時器/計數(shù)器有4種工作方式，由m1和m0進行設置，如表2-3所示表2-3 t1和t0工作方式選擇位.m1 m0工作方式功能選擇00方式013位定

27、時器/計數(shù)器01方式116位定時器/計數(shù)器10方式28位定時器/計數(shù)器11方式3t0分為兩個獨立的8位位定時器/計數(shù)器。t1此時停止計數(shù)3.at89c52單片機中斷系統(tǒng)中斷是使cpu暫停當前工作，去處理當前中斷事件，執(zhí)行完當前中斷服務，再回到原程序的過程。at89c52共有6個中斷向量：兩個外中斷（int0和int1），3個定時器中斷（定時器0、1、2）和串行口中斷。所有這些中斷源如圖2-6所示。這些中斷源可通過分別設置專用寄存器ie的置位或清0來控制每一個中斷的允許或禁止。ie也有一個總禁止位ea，它能控制所有中斷的允許或禁止。返回主程序主程序主程序斷點響應中斷中斷服務子程序圖2-6 中斷請

28、求中斷源是向cpu發(fā)出中斷請求的事件。中斷源入口地址如表2-4。表2-4 中斷源入口地址中斷源請求標志入口地址優(yōu)先級外部中斷0ie00003h最高級最低級定時器中斷0tf0000bh外部中斷1 ie10013h定時器中斷1tf1001bh串口發(fā)送接受中斷t1/r10023h2. 定時器/計數(shù)器控制寄存器 tcon(88h) 表2-5表2-5 tcon地址位d7d6d5d4d3d2d1d0字節(jié)地址tcontf1tr1tf0tr0ie1it1ie0t088h位地址8fh8eh8dh8ch8bh8ah89h88hit0：外部中斷0觸發(fā)方式控制位。it0=0，int0 (p3.2)為低電平觸發(fā)方式；i

29、t0=1，int0 (p3.2)為邊沿觸發(fā)方式。ie0：外部中斷0標志位。ie0=1，外部中斷0向cpu請求中斷。it1：外部中斷1觸發(fā)方式控制位。ie1：外部中斷1標志位。tf0：t0中斷溢出標志位。t0溢出硬件置1，響應中斷后硬件清0(在查詢方式下軟件清0)。tf1：t1中斷溢出標志位，功能同tf0。tr0：t0的啟停控制位。tr1：t1的啟?？刂莆弧?.1.2 555定時器555定時器（如圖2-7）是一種電路結(jié)構(gòu)簡單、使用方便靈活、用途廣泛的多功能電路。只要外部配接少個幾個阻容元件便可組成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器等電路。555定時器的電源電壓范圍寬，雙極型555定時器為51

30、6v，cmos555定時器為318v.可以提供與ttl及cmos數(shù)字電路兼容的接口電平。555定時器還可以輸出一定的功率，可驅(qū)動微電機、指示燈、揚聲器等。它在脈沖波形的產(chǎn)生與變換、儀器與儀表、測量與控制、家用電器與電子玩具等領域都有著廣泛的應用。圖2-7 555定時器封裝它的各個引腳功能如下： 1腳：外接電源負端vss或接地，一般情況下接地。8腳：外接電源vcc，雙極型時基電路vcc的范圍是4.5 16v，cmos型時基電路vcc的范圍為3 18v。一般用5v。 3腳：輸出端vo 2腳：低觸發(fā)端 6腳：th高觸發(fā)端 4腳：是直接清零端。當端接低電平，則時基電路不工作，此時不論、th處于何電平，

31、時基電路輸出為“0”，該端不用時應接高電平。 5腳：vc為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個比較器的基準電壓，當該端不用時，應將該端串入一只0.01f電容接地，以防引入干擾。 7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。圖2-8為雙極型5g555定時器的電路結(jié)構(gòu)圖。圖2-8 555定時器電路結(jié)構(gòu)它由電壓比較器c1和c2（包括電阻分壓器）、g1和g2組成的基本rs觸發(fā)器、集電極開路的放電v和輸出緩g3散步分組成。c1和c2為兩個電壓比較器，當co端懸空時，它們的基準電壓為vcc經(jīng)3個5k 電阻分壓后提供。ur1=2/3vcc為比較器c1的基準電壓，th（閾值輸入端)為

32、其輸入端。ur2=1/3vcc為比較器c2的基準電壓，tr /(觸發(fā)輸入端）為其輸入端。co為控制端，當外接固定電壓uco時，則 ur1=uco、ur2=1/2uco。rd/ 為直接置0端，只要 rd/=0，輸出uo便為低電平，正常工作時，rd/端必須為高電平。 下面分析5g555的邏輯功能。設th和tr/端的輸入電壓分別為u11和u12,5q555定時器的工作情況如下：當u11ur1、u12ur2時,比較器c1和c2的輸出uc1=0、uc2=1，基本rs觸發(fā)器被置0，q=0、q/=1，輸出uo=0,同時v導通。當u11ur1、u12ur2時,兩個比較器輸出uc1=1、uc2=0，基本rs觸發(fā)

33、器被置01，q=1、q/=0，輸出uo=1,同時v截止。當u11ur2時,uc1=01、uc2=1，基本rs觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。綜上所述，5g555定時器的功能如下表2-6所示。表2-6輸入輸出u11u12rd/uov狀態(tài)00導通2/3vcc1/3vcc10導通2/3vcc1/3vcc11截止1/3vcc1不變不變2.1.3 uln2003auln是集成達林頓管ic，內(nèi)部還集成了一個消線圈反電動勢的二極管，可用來驅(qū)動繼電器。它是雙列16腳封裝,npn晶體管矩陣,最大驅(qū)動電壓=50v,電流=500ma,輸入電壓=5v,適用于ttl coms,由達林頓管組成驅(qū)動電路。它的輸出端允許通過電流為20

34、0ma，飽和壓降vce約1v左右，耐壓bvceo約為36v。用戶輸出口的外接負載可根據(jù)以上參數(shù)估算。采用集電極開路輸出，輸出電流大，故可直接驅(qū)動繼電器或固體繼電器，也可直接驅(qū)動低壓燈泡。通常單片機驅(qū)動uln2003時，上拉2k的電阻較為合適，同時，com引腳應該懸空或接電源。 uln2003a（如圖2-9所示）是一個非門電路，包含7個單元，但獨每個單元驅(qū)動電流最大可達350ma。uln2003的17腳為信號輸入腳，依次對應的輸出端為1610腳，8腳為接地端。當驅(qū)動電源電壓為+12 v時，若要求數(shù)碼管每段導通電流為40 ma，則每段的限流電阻為50。圖2-9 uln2003a電路結(jié)構(gòu)uln200

35、3是高耐壓、大電流達林頓陳列,由七個硅npn達林頓管組成，具有7個獨立的反相驅(qū)動器，每個驅(qū)動器的輸出灌電流可達500 ma，導通時輸出電壓約1 v，截止時輸出電壓可達50v。 uln2003 的封裝（如圖2-10所示）采用dip16 或sop16。該電路的特點如下: uln2003的每一對達林頓都串聯(lián)一個2.7k的基極電阻,在5v的工作電壓下它能與ttl和cmos電路直接相連, 可以并聯(lián)使用，在相應的oc輸出管腳上串聯(lián)幾個歐姆的均流電阻后再并聯(lián)使用，防止陣列電流不平衡，可以直接處理原先需要標準邏輯緩沖器。圖2-10 uln2003a封裝uln2003a的作用： uln2003是大電流驅(qū)動陣列,

36、 具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負載能力強等特點經(jīng)常在以下電路中使用，作為：顯示驅(qū)動、繼電器驅(qū)動、照明燈驅(qū)動、電磁閥驅(qū)動、伺服電機、步進電機驅(qū)動等電路中，在驅(qū)動繼電器這種裝置時，com端最好接上電源，以用來泄放繼電器線圈的反向電動勢。輸入5v ttl電平，輸出可達500ma/50v,輸出還可以在高負載電流并行運行。它的輸出結(jié)構(gòu)是集電極開路的，所以要在輸出端接一個上拉電阻，在輸入低電平的時候輸出才是高電平。在驅(qū)動負載的時候，電流是由電源通過負載灌入uln2003a的。uln2003a在各種控制電路中常用它作為驅(qū)動繼電器的芯片，其芯片內(nèi)部做了一個消線圈反電動勢的二極管。uln2003的

37、輸出端允許通過ic電流200ma，飽和壓降vce 約1v左右，耐壓bvceo約為36v。輸出電流大，故可以直接驅(qū)動繼電器或固體繼電器(ssr)等外接控制器件，也可直接驅(qū)動低壓燈泡。uln2003可以驅(qū)動7個繼電器,具有高電壓輸出特性，并帶有共陰極的續(xù)流二極管使器件可用于開關型感性負載。每對達林頓管的額定集電極電流是500ma，達林頓對管還可并聯(lián)使用以達到更高的輸出電流能力。2.1.4 步進電機控制原理 步進電機是數(shù)字控制電機，它將脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個脈沖信號，步進電機就轉(zhuǎn)動一個角度，因此非常適合于單片機控制。步進電機可分為反應式步進電機（簡稱vr）、永磁式步進電機（簡稱pm）和混合式

38、步進電機（簡稱hb）。 步進電機區(qū)別于其他控制電機的最大特點是，它是通過輸入脈沖信號來進行控制的，即電機的總轉(zhuǎn)動角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率決定。 步進電機的驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作，控制信號由單片機產(chǎn)生。其基本原理作用如下：1.控制換相順序通電換相這一過程稱為脈沖分配。例如：三相步進電機的三拍工作方式，其各相通電順序為a-b-cd,通電控制脈沖必須嚴格按照這一順序分別控制a,b,c，d相的通斷。2.控制步進電機的轉(zhuǎn)向如果給定工作方式正序換相通電，步進電機正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機就反轉(zhuǎn)。3.控制步進電機的速度如果給步進電機發(fā)一個控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個脈沖，它

39、會再轉(zhuǎn)一步。兩個脈沖的間隔越短，步進電機就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整單片機發(fā)出的脈沖頻率，就可以對步進電機進行調(diào)速。2.2 系統(tǒng)各部分設計 根據(jù)前面的系統(tǒng)分析，本文輸液監(jiān)控系統(tǒng)其中包含的主要模塊有：輸液信號采集單元、聲光報警單元、電動機單元、液滴顯示單元、液位檢測單元和單片機外圍電路等。輸液信號采集單元將采集到的信號經(jīng)過整形后發(fā)送給單片機，經(jīng)單片機處理后在鍵盤上顯示計算所得的液滴滴速，來調(diào)整控制電動機的正反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)控制滴速。當達到報警預設值時，發(fā)生聲光報警。得出整體系統(tǒng)框圖如圖2-11at89c52單片機外圍電路輸入信號采集單元步進電機及驅(qū)動液滴顯示單元聲光報警單元剩余液位檢測圖2-11 整體系統(tǒng)框圖2.

40、2.1 點滴檢測單元此單元模塊用來檢測是否有液滴滴下，其傳感器部分采用紅外對射傳感器， 紅外對射傳感器是由紅外發(fā)射管和受光管組成的，它的主要功能是實現(xiàn)電紅外線電的轉(zhuǎn)換。由于紅外光波長比可見光長，受可見光的影響較小，其紅外系統(tǒng)具有尺寸小、重量輕、易于安裝等優(yōu)點。因此是檢測液滴滴速的首選傳感器。為了減少環(huán)境光源的干擾、增加信噪比，采用脈沖調(diào)制的方式。如圖2-12所示圖2-12 點滴檢測電路2.2.2 液位檢測單元 同速度檢測部分一樣，本文也曾提了兩種實現(xiàn)方法，即有損檢測和無損檢測。考慮到系統(tǒng)的醫(yī)用衛(wèi)生標準，醫(yī)用吊瓶中應盡量避免異物進入，所以采用紅外無損探測方案。雖然吊瓶壁厚度和外直徑都比滴斗大得多

41、，但在增大了紅外發(fā)射功率后，通過有水和無水儲液瓶接收信號差異還是可以達到30到40mv,這說明紅外無損探測對于越限報警電路來說也是可行的。液面檢測原理圖如圖2-13所示。紅外對夾管在滴管兩邊一個發(fā)射管發(fā)出的紅外光被一頭的接收管所接收。一旦光路上有水滴通過，由于水對紅外光的反射和折射，使得接收管的接收信號變?nèi)?，形成一個小脈沖。同理當液面低于所檢測液面時，使得接收管接收信號變?nèi)?。將檢測到的信號送入單片機int0和int1產(chǎn)生中斷進行計數(shù)。圖2-13 液面檢測原理為了驗證以上的理論分析，專門用示波器記錄了多次這樣的脈沖如圖2-14所示。 脈沖圖2-14 干擾波形圖多次測量穩(wěn)定，雖有一些vbas上下的

42、波動，但是脈沖還是比較的明顯，通過設定一個參考電平vref，可以用運放來產(chǎn)生一個ttl電平的脈沖，經(jīng)多次分析，有以下不穩(wěn)定因素：1.外界對紅外對管的干擾附近輻射源對信號干擾極大。為此，采取黑色覆蓋物包裹在對管周圍，既可以很好地吸收水滴反射和折射的紅外光，而且能盡量減小干擾。2.vref的選取考慮應略大于vbas，這樣可以減小波動對脈沖信號的影響。但是不能太高，不然無法精確測量出脈沖來。所以可以使用精密電阻來微調(diào)vref，讓其保持在一個合適的值。充分考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，本單元硬件抗干擾由單穩(wěn)態(tài)電路構(gòu)成，通過改變電阻電容參數(shù)，消除雙脈沖干擾。電路如圖2-15所示圖2-15 液位測量電路2.

43、2.3顯示單元 常用的顯示器有數(shù)碼管（led），液晶顯示器（lcd)和熒光屏顯示。其中一數(shù)碼管顯示最便宜，而且它的配置靈活，與單片機接口簡單，廣泛應用于單片機系統(tǒng)中。 led顯示器是單片機應用系統(tǒng)中常用的顯示器件。它由若干個發(fā)光二極管組成的，當發(fā)光二極管導通時，相應的一個點或一個筆畫發(fā)亮，控制不同組合的二極管導通，就能顯示出各種字符如表2-7所示。常用的led顯示器顯示器是7段位數(shù)碼管（如圖2-16），它一般由8個發(fā)光二極管組成，其中由7個細長的發(fā)光二極管組成數(shù)字顯示，另外一個圓形的發(fā)光二極管顯示小數(shù)點。這種顯示器有共陽極和共陰極兩種，共陰極數(shù)碼管公共端接地（如圖2-17），共陽極數(shù)碼管公共端

44、接電源（如圖2-18）。每段發(fā)光二極管需要510ma的驅(qū)動電流才能正常發(fā)光，一般需要加限流電阻控制電流的大小。表2-7 顯示字符顯示字符共陽極字碼共陰極字碼dpgfedcba0c0h3fh110000001f9h06h111110012a4h5bh101001003b0h4fh10110000499h66h10011001592h6dh10010010682h7dh100000107f8h07h11111000880h7fh10000000990h6fh10010000a88h77h10001000b83h7ch10000011cc6h39h11000110da1h5eh10100001e86

45、h79h10000110f8eh71h10001110p8ch73h10001100uc1h3eh11000001lc7h38h11000111h89h76h10001001滅00hffh00000000圖2-17 共陽極圖2-16 7段數(shù)碼管內(nèi)部字段led和引腳分布圖2-18 共陰極發(fā)光二極管（led）是一種由磷化鎵（gap）等半導體材料制成的，能直接將電能轉(zhuǎn)變成光能的發(fā)光顯示器件。當其內(nèi)部有一一電流通過時，它就會發(fā)光。7段數(shù)碼管每段的驅(qū)動電流和其他單個led發(fā)光二極管一樣，一般為510ma；正向電壓隨發(fā)光材料不同表現(xiàn)為1.82.5v不等。7段數(shù)碼管的顯示方法可分為靜態(tài)顯示與動態(tài)顯示，下面分

46、別介紹。1. 靜態(tài)顯示所謂靜態(tài)顯示，就是當顯示某一字符時，相應段的發(fā)光二極管恒定地尋能可截止。這種顯示方法為每一們都需要有一個8位輸出口控制。對于51單片機，可以在并行口上擴展多片鎖存74ls573作為靜態(tài)顯示器接口。靜態(tài)顯示器的優(yōu)點是顯示穩(wěn)定，在發(fā)光二極管導通電注一定的情況下顯示器的亮度高，控制系統(tǒng)在運行過程中，僅僅在需要更新顯示內(nèi)容時，cpu才執(zhí)行一次顯示更新子程序，這樣大大節(jié)省了cpu的時間，提高了cpu的工作效率；缺點是位數(shù)較多時，所需i/o口太多，硬件開銷太大，因此常采用另外一種顯示方式動態(tài)顯示。2.動態(tài)顯示所謂動態(tài)顯示就是一位一位地輪流點亮各位顯示器（掃描），對于顯示器的每一位而言，每隔一段時間點亮一次。雖然在同一時刻只有一位顯示器在工作（點亮），但利用人眼的視覺暫留效應和發(fā)光二極管熄 滅時的余輝效應，看到的卻是多個字符“同時”顯示。顯示器亮度既與點亮時的導通電流有關，也與點亮時間和間隔時間的比例有關。調(diào)整電流和時間參烽，可實現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。若顯示器的位數(shù)不大于8位，則控制顯示器公共極