基于AT89S52單片機(jī)的醫(yī)用輸液液位控制報(bào)警器設(shè)計(jì)

1、 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）（說 明 書）題 目： 基于at89s52單片機(jī)的醫(yī)用輸液液位控制報(bào)警器設(shè)計(jì)姓 名： 學(xué) 號(hào)： 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2011 年 12 月 9 日摘 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(hù)人員手動(dòng)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(hù)人員要不定時(shí)的巡查，已確定輸液是否結(jié)束。這樣在輸液高峰期，醫(yī)護(hù)人員很難應(yīng)付，常常會(huì)造成無法及時(shí)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(yīng)，以及滴速不準(zhǔn)確帶來的藥理反應(yīng)，有時(shí)甚至?xí)斐舍t(yī)療事故，簡(jiǎn)易輸液報(bào)警器在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生。本設(shè)計(jì)再結(jié)

2、合實(shí)際生活和課題的實(shí)際要求，以單片機(jī)控制為核心，采用紅外對(duì)射技術(shù)，光電傳感技術(shù)，電機(jī)控制技術(shù)，并解決了大電流控制的問題。在分析各部分實(shí)施方案后。提出了輸液檢測(cè)與控制方案的設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)包括輸液報(bào)警單元，液位檢測(cè)單元，滴速檢測(cè)單元，顯示單元和電源單元。通過硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件編程的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了輸液滴速計(jì)數(shù)，顯示，越限報(bào)警等功能，并詳細(xì)介紹了各個(gè)模塊的硬件設(shè)計(jì)和工作原理，給出了各部分的軟件流程。為更好的實(shí)現(xiàn)，自行設(shè)計(jì)了相應(yīng)的機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是紅外對(duì)射和光電檢測(cè)裝置中液位，滴速以及電機(jī)控制的信號(hào)采集得到了保證，系統(tǒng)穩(wěn)定性增強(qiáng)，使整個(gè)系統(tǒng)性能得到提高，實(shí)現(xiàn)了輸液過程中滴速，液位越限報(bào)警的自動(dòng)控制。本系統(tǒng)

3、可適當(dāng)改進(jìn)，在醫(yī)療輸液領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵字：靜脈輸液；單片機(jī)控制；紅外對(duì)射；光電檢測(cè)；滴速檢測(cè)；越限報(bào)警；緒 論 隨著社會(huì)現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，傳統(tǒng)的服務(wù)方式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們的需求，尤其在公共醫(yī)療設(shè)施方面，追求相關(guān)產(chǎn)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(dòng)力。 在醫(yī)院輸液(俗稱打吊針)有一個(gè)難題長(zhǎng)期困擾著病人與醫(yī)護(hù)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(hù)人員正在別處忙碌等而無法留意，當(dāng)輸液完畢，若處理不及時(shí)，病人的血液就會(huì)因空管而倒流入輸液針管內(nèi)，時(shí)間稍長(zhǎng)會(huì)使扎針處嚴(yán)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(huì)造成藥液的浪費(fèi)等等

4、。因此常引發(fā)病人的不滿以至投訴，甚至使醫(yī)護(hù)人員無奈。而醫(yī)用輸液報(bào)警器的設(shè)計(jì)和投入應(yīng)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(diǎn)滴輸液方法中，靜脈輸液器都是懸掛在病人的上頭才能輸液，輸液速度難以準(zhǔn)確控制，醫(yī)師和護(hù)士只能依據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(duì)患者趙成不必要的傷害。這對(duì)特護(hù)病人和對(duì)輸液速度有較嚴(yán)格的病人是不方便的。傳統(tǒng)的輸液設(shè)備笨重、體積大、價(jià)格貴，增加了醫(yī)院和病人的費(fèi)用。輸液報(bào)警器會(huì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)病人輸液液面的變化，當(dāng)輸液完畢時(shí)發(fā)出報(bào)警提示聲，醫(yī)護(hù)人員有足

5、夠的時(shí)間拔針或換藥，避免了“回血”等現(xiàn)象的發(fā)生。輸液報(bào)警器的使用既可減輕醫(yī)護(hù)人員和陪護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，又能最大限度地利用藥物，避免了浪費(fèi)。所以有輸液報(bào)警器的使用，必將受到醫(yī)務(wù)人員和病人的歡迎。針對(duì)這種情況，本文設(shè)計(jì)了一種由單片機(jī)控制的液滴速度監(jiān)控液面報(bào)警裝置。該系統(tǒng)包括紅外發(fā)射接收裝置，at89s52單片機(jī)，步進(jìn)電機(jī)，led顯示屏和蜂鳴器等。其中紅外對(duì)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(hào)傳入單片機(jī)，經(jīng)過單片機(jī)計(jì)算其點(diǎn)滴速度，并在led顯示屏上顯示，用電動(dòng)機(jī)控制速度。當(dāng)輸液完成時(shí)或出現(xiàn)異常情況是會(huì)聲光報(bào)警。因?yàn)樗泻芏嗟膬?yōu)點(diǎn)，可以較為準(zhǔn)確地控制速度，可以報(bào)警，設(shè)備簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。

6、所以對(duì)輸液報(bào)警的研究十分有意義。第1章 方案設(shè)計(jì)與論證設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)并制作一臺(tái)簡(jiǎn)易的醫(yī)生用輸液液位控制報(bào)警器。1.具有液滴速度計(jì)算功能（單位：滴/分鐘），范圍在0-300滴/分鐘。2.當(dāng)輸液瓶?jī)?nèi)剩余量低于報(bào)警值時(shí)或出現(xiàn)意外情況時(shí)，顯示控制器將發(fā)出聲音報(bào)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(bào)警，音樂聲自定。5. 自行設(shè)計(jì)并制作滿足本設(shè)計(jì)任務(wù)要求的+5v電源供電。1.1 點(diǎn)滴檢測(cè)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(huì)對(duì)光敏二極管的工作有很大的干擾，一旦外界光度改變，就會(huì)影響對(duì)液滴的判斷。如采用超強(qiáng)亮度發(fā)光管可以減小干擾，但功率損失大，此

7、方案一定不可取。 方案二：不調(diào)制的紅外對(duì)外傳感器。由于直接采用直流電壓對(duì)發(fā)光管進(jìn)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(duì)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(duì)外傳感器。紅外對(duì)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(hào)，瞬間電流會(huì)達(dá)到很大，大大提高了信號(hào)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(cè)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(dāng)有也液滴經(jīng)過光源和紅外

8、對(duì)射管之間時(shí)，光線會(huì)發(fā)生折射和散射，導(dǎo)致接收器收不到光信號(hào)，這時(shí)紅外對(duì)射管的輸出要產(chǎn)生一個(gè)電壓跳變，利用這個(gè)電平跳變可以實(shí)現(xiàn)對(duì)經(jīng)過滴管的液滴進(jìn)行計(jì)數(shù)。示意圖如圖1-2所示圖1-2 紅外對(duì)射滴速檢測(cè)示意圖圖1-1 光線走向示意圖圖 因此，本方案采用方案三。1.2 液位檢測(cè)方案比較 方案一：使用拉力傳感器間接測(cè)量。將拉力傳感器接在滑輪和儲(chǔ)液瓶之間，利用液位高度變化和拉力變化之間的線性關(guān)系進(jìn)行間接測(cè)量。但是拉力傳感器價(jià)格貴，從實(shí)用性角度考慮，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)中不合適。 方案二：利用超聲波測(cè)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(cè)超聲波發(fā)射后的回?fù)軙r(shí)間來檢測(cè)超聲波穿過物質(zhì)的結(jié)

9、構(gòu)，利用mcu定時(shí)控制超聲波的發(fā)射，利用中斷接受檢測(cè)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(yù)先測(cè)定液位到達(dá)警戒線時(shí)的回?fù)軙r(shí)間，然后將每次測(cè)量結(jié)果與此進(jìn)行比較，便可得知是否到達(dá)警戒液位。超聲波測(cè)距準(zhǔn)確，是一種常用的測(cè)距方法。但是超聲波探測(cè)不可避免的存在一些盲區(qū)，盲區(qū)的大小與相應(yīng)的mcu處理速度相關(guān)，在對(duì)精度要求較高的場(chǎng)合還需加入溫度補(bǔ)償模塊及相應(yīng)的軟件算法以改善超聲探測(cè)隨環(huán)境溫度的變化所產(chǎn)生的變化?？紤]到軟、硬件的復(fù)雜程度及要求的測(cè)量精度，以及本系統(tǒng)存在液體產(chǎn)生的表面波動(dòng)，使用超聲波傳感器檢測(cè)液面會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，同時(shí)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

10、電傳感器定點(diǎn)対液面進(jìn)行監(jiān)測(cè)?？梢圆捎眉t外對(duì)管進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。根據(jù)接收管接收到的光強(qiáng)大?。〞r(shí)間間隔3秒）來判斷液位是否到達(dá)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(hào)實(shí)現(xiàn)液面檢測(cè)功能。此外光電傳感器安裝方便，只需將傳感器固定在儲(chǔ)液瓶外瓶壁上（圖1-3）即可，不需要詳細(xì)計(jì)算儲(chǔ)液瓶液面高度，簡(jiǎn)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(shí)用，簡(jiǎn)便同時(shí)保證測(cè)量準(zhǔn)確度上，使用光電傳感器測(cè)量?jī)?chǔ)液瓶液面高度是最理想的選擇。1.3 速度控制方案 對(duì)液體點(diǎn)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(dòng)的距離

11、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(dòng)距離，移動(dòng)阻力等參數(shù)難以計(jì)算，用機(jī)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)起來較為困難。所以如果采用夾頭控制難以實(shí)現(xiàn)類似的線性控制。方案二：通過電機(jī)和齒輪系統(tǒng)控制莫非試管的松緊程度，來達(dá)到控制液滴流速的目的，方案實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)便，通過步進(jìn)電機(jī)可方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)莫非試管的控制，從而達(dá)到控制液滴流速的目的。原有的輸液管上配有一楔形手動(dòng)控制滴速控制裝置，內(nèi)有滑槽，通過推動(dòng)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(yīng)急使用，應(yīng)用電機(jī)來控制輸液的滴速。方案如下（圖1-4）：電機(jī)選用步進(jìn)電機(jī)，利用電機(jī)的旋

12、轉(zhuǎn)，通過裝配一螺桿，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)（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(shí)現(xiàn)輸液滴速的自動(dòng)控制。第一項(xiàng)和第二項(xiàng)方案經(jīng)過綜合比較，使用電機(jī)控制度來實(shí)現(xiàn)控制效果較好，因此決定選擇第二項(xiàng)的方案。圖1-4 電機(jī)控制滴速示意圖1.4 電機(jī)選擇及控制方案 常用的電機(jī)主要有以下幾種：直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)。 方案一：直流電機(jī)上電即可轉(zhuǎn)動(dòng)，掉電后慣性較大，停機(jī)時(shí)還會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度后才可停止，如果要 求準(zhǔn)確控制其轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，其閉環(huán)算法比較復(fù)雜，系統(tǒng)硬件也會(huì)相應(yīng)麻煩。 方案二：伺服電機(jī)的機(jī)械特性較好，輸出功率大，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，正反轉(zhuǎn)控制容易且 有抱死功能，

13、但有由于其實(shí)際價(jià)格偏高，不適合普遍使用。 方案三：步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)換為角位移的執(zhí)行元件。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩相對(duì)直流電機(jī)大，控制精度比較高，其步進(jìn)轉(zhuǎn)過的一個(gè)角度也固定，適用于較精確的測(cè)量，這可有效提高輸液速度的控制精度。 因此，電機(jī)選用步進(jìn)電機(jī)最佳。第2章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2.1芯片介紹 2.1.1 at89c52單片機(jī)1. at89c52單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片機(jī)的功能框圖（如圖2-1），在一塊兒小芯片上集成一個(gè)微機(jī)計(jì)算機(jī)的各個(gè)部分，其核心部分是中央處理器cpu，它由運(yùn)算器和控制器兩大部分組成。運(yùn)算器用來完成算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和進(jìn)行位操作，有算術(shù)邏輯單元（alu）、位處理器、累加器（acc），寄存器

14、b、暫存器tmp1和tmp2組成?？刂破魇怯脕斫y(tǒng)一指揮和控制計(jì)算機(jī)進(jìn)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(jì)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)指針dptr、堆棧指針sp等組成。圖2-1 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.at89c52單片機(jī)的功能及引腳兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)的at89c52單片機(jī)（圖2-2）是美國atmel公司生產(chǎn)的一個(gè)低電壓，高性能cmos 8位單片機(jī)，推薦時(shí)鐘為0hz-24hz,在本系統(tǒng)中選取時(shí)鐘周期為24hz,片內(nèi)含8k bytes的芯片簡(jiǎn)述可反復(fù)擦寫的flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的

15、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的at89c52單片機(jī)可以提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。圖2-2 單片機(jī)封裝 at89c52單片機(jī)有40個(gè)引腳， 32個(gè)外部雙向輸入/輸出（i/o）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫口線 ，at89c52單片機(jī)可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的flash存儲(chǔ)器可有效地降開發(fā)成本。外圍采

16、用兩片串行輸入顯示驅(qū)動(dòng)接口芯片max7219，其硬件開銷小，且編程簡(jiǎn)單。 采用串行e2prom24lc01用于工況參數(shù)的設(shè)定，這些參數(shù)設(shè)定后，在24lc01中分3個(gè)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，系統(tǒng)的硬件簡(jiǎn)單，調(diào)試方便。1）at89c52單片機(jī)的主要功能特性 1)兼容mcs51指令系統(tǒng) 2)32個(gè)雙向i/o口 3)3個(gè)16位可編程tim/con中斷 4)2個(gè)串行中斷5)2個(gè)外部中斷源 6)2個(gè)讀寫中斷口線 7)低功耗空閑和掉電模式 8)8k可反復(fù)擦寫(1000次)flash rom 9)256x8bit內(nèi)部ram 10)時(shí)鐘頻率0-24mhz 11)可編程uart

17、串行通道 12)共6個(gè)中斷源 13)3級(jí)加密位 14)軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能2）主要功能說明單片機(jī)at89c52的所有引腳的基本功能如圖2-3所示。圖2-3單片機(jī)引腳vcc(40腳)：主電源正端，接+5v; gnd(10腳)：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(shí)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(shí)鐘，該引腳作為外部輸入時(shí)鐘的輸入端。reset/vpd(9腳) 復(fù)位輸入端，高電平有效，此端保持兩個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)時(shí)鐘周期）以上高電平就可以完成復(fù)位ea/v

18、pp(31腳) 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器選通控制端低電平有效。當(dāng)ea保持低電平時(shí)將只訪問片外程序存儲(chǔ)器。當(dāng)ea保持高電平時(shí)，執(zhí)行訪問片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。i/o(輸入/輸出)：p0、p1、p2、p3（1）p0口(3932腳)：p0口有兩種工作方式：一是作為普通的i/o端口使用二是在cpu訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，它是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的雙向i/o口，采用分時(shí)復(fù)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(yàn)時(shí)，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(chǔ)器時(shí)，p2口作高8位地址線使用。（4）p3口(21

19、28腳)： p3口是一個(gè)自帶上拉電阻的8位準(zhǔn)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(zhǔn)雙向io口外，每個(gè)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）p3.1txd（串行輸出口）p3.2int0（外部中斷0）p3.3int1（外部中斷1）p3.4t0（定時(shí)/計(jì)數(shù)器0）p3.5t1（定時(shí)/計(jì)數(shù)器1）p3.6wr（外部數(shù)據(jù)ram寫使能信號(hào)）p3.7rd（外部數(shù)據(jù)ram讀使能信號(hào)） rst： 復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，rst引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片復(fù)位（圖2-4所示）。圖2-4 復(fù)位電路ale/prog： 當(dāng)訪問外部程序存

20、儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ale脈沖。對(duì)flash存儲(chǔ)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(duì)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(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ale禁止位無效。psen： 程序儲(chǔ)存允許（psen）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)at89

21、c52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次psen有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過兩次rsen信號(hào)。 ea/vpp： 外部訪問允許。欲使cpu僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000hffffh），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(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)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(chǔ)器中的指令。flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12v的編程允許電源vpp，當(dāng)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(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。xtal2： 振

22、蕩器反相放大器的輸出端。時(shí)鐘振蕩器： at89c52中有一個(gè)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(gè)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。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(duì)外接電容c1、c2雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)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(shí)鐘。采用外部時(shí)鐘的電路如圖右圖所示。這種

23、情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到xtal1端，即內(nèi)部時(shí)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(gè)中斷源，2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，ie寄存器控制各中斷位，ip寄存器中6個(gè)中斷源的每一個(gè)可定為2個(gè)優(yōu)先級(jí)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器： at89c52有256個(gè)字節(jié)的內(nèi)部ram，80hffh高128個(gè)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(dāng)一條指令訪問7fh以上的內(nèi)部地址單元時(shí)，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

24、功能寄存器。定時(shí)器0和定時(shí)器1：at89c52的定時(shí)器0和定時(shí)器1的工作方式與at89c51相同定時(shí)器2：定時(shí)器2是一個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。它既可當(dāng)定時(shí)器使用，也可作為外部事件計(jì)數(shù)器使用。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（t/c）定時(shí)和計(jì)數(shù)功能由工作方式寄存器tmod進(jìn)行選擇。tmod只能進(jìn)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(shí)，只要軟件使tr0或tr1置1就可以啟動(dòng)定時(shí)器。gate=1時(shí)，只有或引腳為高電平且tr0或tr1由軟件置1后，才能啟動(dòng)定時(shí)器。：定時(shí)或計(jì)數(shù)功能選擇

25、位。=0時(shí)，用于定時(shí)。=1時(shí)，用于計(jì)數(shù)。m1和m0位：t1和t0工作方式選擇位。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器有4種工作方式，由m1和m0進(jìn)行設(shè)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位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器01方式116位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器10方式28位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器11方式3t0分為兩個(gè)獨(dú)立的8位位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。t1此時(shí)停止計(jì)數(shù)3.at89c52單片機(jī)中斷系統(tǒng)中斷是使cpu暫停當(dāng)前工作，去處理當(dāng)前中斷事件，執(zhí)行完當(dāng)前中斷服務(wù)，再回到原程序的過程。at89c52共有6個(gè)中斷向量：兩個(gè)外中斷（int0和int1），3個(gè)定時(shí)器中斷（定時(shí)器0、1、2）和串行口中斷。所有

26、這些中斷源如圖2-6所示。這些中斷源可通過分別設(shè)置專用寄存器ie的置位或清0來控制每一個(gè)中斷的允許或禁止。ie也有一個(gè)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(diǎn)響應(yīng)中斷中斷服務(wù)子程序圖2-6 中斷請(qǐng)求中斷源是向cpu發(fā)出中斷請(qǐng)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(qǐng)求標(biāo)志入口地址優(yōu)先級(jí)外部中斷0ie00003h最高級(jí)最低級(jí)定時(shí)器中斷0tf0000bh外部中斷1 ie10013h定時(shí)器中斷1tf1001bh串口發(fā)送接受中斷t1/r10023h2. 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器 tcon(88h) 表2-5表2-5 tcon地址位d7d6d5d4

27、d3d2d1d0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；it0=1，int0 (p3.2)為邊沿觸發(fā)方式。ie0：外部中斷0標(biāo)志位。ie0=1，外部中斷0向cpu請(qǐng)求中斷。it1：外部中斷1觸發(fā)方式控制位。ie1：外部中斷1標(biāo)志位。tf0：t0中斷溢出標(biāo)志位。t0溢出硬件置1，響應(yīng)中斷后硬件清0(在查詢方式下軟件清0)。tf1：t1中斷溢出標(biāo)志位，功能同tf0。tr0：t0的啟停控制位。tr1：t1的啟停控制位。2.1.2 55

28、5定時(shí)器555定時(shí)器（如圖2-7）是一種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(gè)幾個(gè)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(shí)器的電源電壓范圍寬，雙極型555定時(shí)器為516v，cmos555定時(shí)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(shí)器還可以輸出一定的功率，可驅(qū)動(dòng)微電機(jī)、指示燈、揚(yáng)聲器等。它在脈沖波形的產(chǎn)生與變換、儀器與儀表、測(cè)量與控制、家用電器與電子玩具等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。圖2-7 555定時(shí)器封裝它的各個(gè)引腳功能如下： 1腳：外接電源負(fù)端vss或接地，一般情況下接地。8腳：外接電源vcc，雙極型時(shí)

29、基電路vcc的范圍是4.5 16v，cmos型時(shí)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(dāng)端接低電平，則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論、th處于何電平，時(shí)基電路輸出為“0”，該端不用時(shí)應(yīng)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?jī)蓚€(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時(shí)，應(yīng)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(shí)器時(shí)電容的放電。圖2-8為雙極型5g555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)圖。圖2-8 555定時(shí)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

30、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(gè)電壓比較器，當(dāng)co端懸空時(shí)，它們的基準(zhǔn)電壓為vcc經(jīng)3個(gè)5k 電阻分壓后提供。ur1=2/3vcc為比較器c1的基準(zhǔn)電壓，th（閾值輸入端)為其輸入端。ur2=1/3vcc為比較器c2的基準(zhǔn)電壓，tr /(觸發(fā)輸入端）為其輸入端。co為控制端，當(dāng)外接固定電壓uco時(shí)，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(shí)，rd/端必須為高電平。 下面分析5g555的邏輯功能。設(shè)th和tr/端的輸入電壓分別為u11和u12,5q555定時(shí)器的工作情況如下：

31、當(dāng)u11ur1、u12ur2時(shí),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(shí)v導(dǎo)通。當(dāng)u11ur1、u12ur2時(shí),兩個(gè)比較器輸出uc1=1、uc2=0，基本rs觸發(fā)器被置01，q=1、q/=0，輸出uo=1,同時(shí)v截止。當(dāng)u11ur2時(shí),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(shí)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(dǎo)通2/3vcc1/3vcc10導(dǎo)通2/3vcc1/3vcc11截止1/3vcc1不變不變2.1.3 uln2003auln是集成達(dá)林頓管ic，內(nèi)

32、部還集成了一個(gè)消線圈反電動(dòng)勢(shì)的二極管，可用來驅(qū)動(dòng)繼電器。它是雙列16腳封裝,npn晶體管矩陣,最大驅(qū)動(dòng)電壓=50v,電流=500ma,輸入電壓=5v,適用于ttl coms,由達(dá)林頓管組成驅(qū)動(dòng)電路。它的輸出端允許通過電流為200ma，飽和壓降vce約1v左右，耐壓bvceo約為36v。用戶輸出口的外接負(fù)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(dòng)繼電器或固體繼電器，也可直接驅(qū)動(dòng)低壓燈泡。通常單片機(jī)驅(qū)動(dòng)uln2003時(shí)，上拉2k的電阻較為合適，同時(shí)，com引腳應(yīng)該懸空或接電源。 uln2003a（如圖2-9所示）是一個(gè)非門電路，包含7個(gè)單元，但獨(dú)每個(gè)單元驅(qū)動(dòng)電流最大可達(dá)35

33、0ma。uln2003的17腳為信號(hào)輸入腳，依次對(duì)應(yīng)的輸出端為1610腳，8腳為接地端。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電源電壓為+12 v時(shí)，若要求數(shù)碼管每段導(dǎo)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)uln2003是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列,由七個(gè)硅npn達(dá)林頓管組成，具有7個(gè)獨(dú)立的反相驅(qū)動(dòng)器，每個(gè)驅(qū)動(dòng)器的輸出灌電流可達(dá)500 ma，導(dǎo)通時(shí)輸出電壓約1 v，截止時(shí)輸出電壓可達(dá)50v。 uln2003 的封裝（如圖2-10所示）采用dip16 或sop16。該電路的特點(diǎn)如下: uln2003的每一對(duì)達(dá)林頓都串聯(lián)一個(gè)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

34、相連, 可以并聯(lián)使用，在相應(yīng)的oc輸出管腳上串聯(lián)幾個(gè)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(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器。圖2-10 uln2003a封裝uln2003a的作用： uln2003是大電流驅(qū)動(dòng)陣列, 具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)經(jīng)常在以下電路中使用，作為：顯示驅(qū)動(dòng)、繼電器驅(qū)動(dòng)、照明燈驅(qū)動(dòng)、電磁閥驅(qū)動(dòng)、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)等電路中，在驅(qū)動(dòng)繼電器這種裝置時(shí)，com端最好接上電源，以用來泄放繼電器線圈的反向電動(dòng)勢(shì)。輸入5v ttl電平，輸出可達(dá)500ma/50v,輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)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

35、個(gè)上拉電阻，在輸入低電平的時(shí)候輸出才是高電平。在驅(qū)動(dòng)負(fù)載的時(shí)候，電流是由電源通過負(fù)載灌入uln2003a的。uln2003a在各種控制電路中常用它作為驅(qū)動(dòng)繼電器的芯片，其芯片內(nèi)部做了一個(gè)消線圈反電動(dòng)勢(shì)的二極管。uln2003的輸出端允許通過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(dòng)繼電器或固體繼電器(ssr)等外接控制器件，也可直接驅(qū)動(dòng)低壓燈泡。uln2003可以驅(qū)動(dòng)7個(gè)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(guān)型感性負(fù)載。每對(duì)達(dá)林頓管的額定集電極電流是500ma，達(dá)林頓對(duì)管還可并聯(lián)使用以達(dá)到更高的輸出電流能力

36、。2.1.4 步進(jìn)電機(jī)控制原理 步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，它將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，因此非常適合于單片機(jī)控制。步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱vr）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱pm）和混合式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱hb）。 步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制電機(jī)的最大特點(diǎn)是，它是通過輸入脈沖信號(hào)來進(jìn)行控制的，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率決定。 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)工作，控制信號(hào)由單片機(jī)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(jìn)電機(jī)的三拍工作方式，其各相通電順序?yàn)閍-b-cd,通電控制脈沖必須嚴(yán)

37、格按照這一順序分別控制a,b,c，d相的通斷。2.控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向如果給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。3.控制步進(jìn)電機(jī)的速度如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整單片機(jī)發(fā)出的脈沖頻率，就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。2.2 系統(tǒng)各部分設(shè)計(jì) 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(hào)采集單元、聲光報(bào)警單元、電動(dòng)機(jī)單元、液滴顯示單元、液位檢測(cè)單元和單片機(jī)外圍電路等。輸液信號(hào)采集單元將采集到的信號(hào)經(jīng)過整形后發(fā)送給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后在鍵盤上顯示計(jì)算所得的液滴滴速

38、，來調(diào)整控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)控制滴速。當(dāng)達(dá)到報(bào)警預(yù)設(shè)值時(shí)，發(fā)生聲光報(bào)警。得出整體系統(tǒng)框圖如圖2-11at89c52單片機(jī)外圍電路輸入信號(hào)采集單元步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)液滴顯示單元聲光報(bào)警單元剩余液位檢測(cè)圖2-11 整體系統(tǒng)框圖2.2.1 點(diǎn)滴檢測(cè)單元此單元模塊用來檢測(cè)是否有液滴滴下，其傳感器部分采用紅外對(duì)射傳感器， 紅外對(duì)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(shí)現(xiàn)電紅外線電的轉(zhuǎn)換。由于紅外光波長(zhǎng)比可見光長(zhǎng)，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(diǎn)。因此是檢測(cè)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

39、 點(diǎn)滴檢測(cè)電路2.2.2 液位檢測(cè)單元 同速度檢測(cè)部分一樣，本文也曾提了兩種實(shí)現(xiàn)方法，即有損檢測(cè)和無損檢測(cè)?？紤]到系統(tǒng)的醫(yī)用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，醫(yī)用吊瓶中應(yīng)盡量避免異物進(jìn)入，所以采用紅外無損探測(cè)方案。雖然吊瓶壁厚度和外直徑都比滴斗大得多，但在增大了紅外發(fā)射功率后，通過有水和無水儲(chǔ)液瓶接收信號(hào)差異還是可以達(dá)到30到40mv,這說明紅外無損探測(cè)對(duì)于越限報(bào)警電路來說也是可行的。液面檢測(cè)原理圖如圖2-13所示。紅外對(duì)夾管在滴管兩邊一個(gè)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(duì)紅外光的反射和折射，使得接收管的接收信號(hào)變?nèi)?，形成一個(gè)小脈沖。同理當(dāng)液面低于所檢測(cè)液面時(shí)，使得接收管接收信號(hào)變

40、弱。將檢測(cè)到的信號(hào)送入單片機(jī)int0和int1產(chǎn)生中斷進(jìn)行計(jì)數(shù)。圖2-13 液面檢測(cè)原理為了驗(yàn)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(cè)量穩(wěn)定，雖有一些vbas上下的波動(dòng)，但是脈沖還是比較的明顯，通過設(shè)定一個(gè)參考電平vref，可以用運(yùn)放來產(chǎn)生一個(gè)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(duì)紅外對(duì)管的干擾附近輻射源對(duì)信號(hào)干擾極大。為此，采取黑色覆蓋物包裹在對(duì)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(yīng)略大于vbas，這樣可以減小波動(dòng)對(duì)脈沖信號(hào)的影響。但是不能太高，不然無法精確

41、測(cè)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(gè)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(cè)量電路2.2.3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(jī)接口簡(jiǎn)單，廣泛應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)中。 led顯示器是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的顯示器件。它由若干個(gè)發(fā)光二極管組成的，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫發(fā)亮，控制不同組合的二極管導(dǎo)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

42、是7段位數(shù)碼管（如圖2-16），它一般由8個(gè)發(fā)光二極管組成，其中由7個(gè)細(xì)長(zhǎng)的發(fā)光二極管組成數(shù)字顯示，另外一個(gè)圓形的發(fā)光二極管顯示小數(shù)點(diǎn)。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)碼管公共端接電源（如圖2-18）。每段發(fā)光二極管需要510ma的驅(qū)動(dòng)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dpgfedcba0c0h3fh110000001f9h06h111110012a4h5bh101001003b0h4fh10110000499h66h10011001592h6dh10010010682h7dh100

43、000107f8h07h11111000880h7fh10000000990h6fh10010000a88h77h10001000b83h7ch10000011cc6h39h11000110da1h5eh10100001e86h79h10000110f8eh71h10001110p8ch73h10001100uc1h3eh11000001lc7h38h11000111h89h76h10001001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(dǎo)體材料制成的，能直接將電能轉(zhuǎn)變成光能的

44、發(fā)光顯示器件。當(dāng)其內(nèi)部有一一電流通過時(shí)，它就會(huì)發(fā)光。7段數(shù)碼管每段的驅(qū)動(dòng)電流和其他單個(gè)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(dòng)態(tài)顯示，下面分別介紹。1. 靜態(tài)顯示所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)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(gè)8位輸出口控制。對(duì)于51單片機(jī)，可以在并行口上擴(kuò)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(diǎn)是顯示穩(wěn)定，在發(fā)光二極管導(dǎo)通電注一定的情況下顯示器的亮度高，控制系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，僅僅在需要更新顯示內(nèi)容時(shí)，cpu才執(zhí)行一次顯示更新子程序，

45、這樣大大節(jié)省了cpu的時(shí)間，提高了cpu的工作效率；缺點(diǎn)是位數(shù)較多時(shí)，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(dòng)態(tài)顯示。2.動(dòng)態(tài)顯示所謂動(dòng)態(tài)顯示就是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器（掃描），對(duì)于顯示器的每一位而言，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。雖然在同一時(shí)刻只有一位顯示器在工作（點(diǎn)亮），但利用人眼的視覺暫留效應(yīng)和發(fā)光二極管熄 滅時(shí)的余輝效應(yīng)，看到的卻是多個(gè)字符“同時(shí)”顯示。顯示器亮度既與點(diǎn)亮?xí)r的導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。調(diào)整電流和時(shí)間參烽，可實(shí)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電位只需一個(gè)8位i/o口（稱為掃描口或字位口），控制各位

46、led顯示器所顯示的字形也需要一個(gè)8位口（稱為數(shù)據(jù)口或字形口）。動(dòng)態(tài)顯示器的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省硬件資源，成本較低，但在控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中，要保證顯示器正常顯示，cpu必須每隔一段時(shí)間執(zhí)行一次顯示子程序，這占用了cpu的大量時(shí)間，降低了cpu工作效率，同時(shí)顯示亮度較靜態(tài)顯示器低。綜合以上考慮，由于溫度顯示為精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位，故只需4個(gè)數(shù)碼管，又考慮到cpu工作效率與電源效率，本畢業(yè)設(shè)計(jì)采用靜態(tài)顯示，為共陽極顯示。顯示電路原理圖2-19圖2-19 顯示電路2.2.4 聲光報(bào)警單元 本設(shè)計(jì)采用一個(gè)蜂鳴器與一個(gè)發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警。當(dāng)傳感器檢測(cè)到液位低于預(yù)設(shè)值或傳感器檢測(cè)不到有液滴下落時(shí)，單片機(jī)控制蜂鳴器

47、和報(bào)警燈工作，發(fā)出聲光報(bào)警。 在實(shí)際應(yīng)用中，如果設(shè)定的速度過高，輸液瓶上升到支架頂部時(shí)，仍達(dá)不到設(shè)定的滴速，輸液瓶繼續(xù)上升有可能會(huì)拉到支架，造成危險(xiǎn)。所以在支架的頂部安裝一個(gè)紅外探測(cè)器，如檢測(cè)到輸液瓶上升到支架頂部，則發(fā)出信號(hào)，通知單片機(jī)控制電機(jī)停轉(zhuǎn)，同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警。電路如圖2-20.圖2-20 聲光報(bào)警電路2.2.5 步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路 步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電數(shù)字控制系統(tǒng)中常用的執(zhí)行元件之一。由于其精度高、體積小、控制方便靈活，因此在智能儀表和位置控制得到了廣泛的應(yīng)用。大規(guī)模集成電路的發(fā)展以及單片機(jī)技術(shù)的迅速普及，為設(shè)計(jì)功能強(qiáng)、價(jià)格低的步進(jìn)電機(jī)機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器提供了先進(jìn)的技術(shù)和足夠的資源。本設(shè)計(jì)移永磁

48、步進(jìn)電機(jī)為例介紹步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制器的設(shè)計(jì)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)根據(jù)工作原理分為反應(yīng)式、永磁式、永磁感應(yīng)式3類。以永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為例，介紹步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是用永磁材料制成的，轉(zhuǎn)子本身就是一個(gè)磁源，它的輸出轉(zhuǎn)矩大，倒臺(tái)性能好。斷電時(shí)有定位轉(zhuǎn)矩，消耗功率低；轉(zhuǎn)子的級(jí)數(shù)與釘子的級(jí)數(shù)相同，所以步矩角較大，啟動(dòng)和運(yùn)行頻率較低，并需要正負(fù)脈沖信號(hào)。但在其相應(yīng)相序加上反向繞組，就不需要負(fù)脈沖。永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有四相：a、b、c、d。工作方式有：?jiǎn)嗡呐模杭碼bcd順序通電；雙四拍：即abbdcdda順序通電；八拍：即aabbccdd順序通電；四相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作方式的電源通電時(shí)序與波形

49、如圖2-22所示圖2-21 步進(jìn)電機(jī)時(shí)序與波形控制系統(tǒng)有單片機(jī)、施密特反相器74hc14、達(dá)林頓管陣列驅(qū)動(dòng)芯片uln2003a和人機(jī)接口部分組成，如圖2-22所示。人機(jī)接口只是增加了3個(gè)按鍵，按鍵的功能在程序流程圖中給出了。相關(guān)的關(guān)鍵部分器件名稱及其在電路中的主要功能如下。圖2-22 步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路單片機(jī);完成步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方式、狀態(tài)監(jiān)測(cè)。uln2003：驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。74hc14：斯密特反相器。2.2.6供電單元任何電氣設(shè)備的使用均離不開供電系統(tǒng)，在整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，電源的設(shè)計(jì)是必須考慮的。電源的設(shè)計(jì)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

50、規(guī)定等。本設(shè)計(jì)中由于系統(tǒng)所選用的單片機(jī)是at89c52,它的標(biāo)準(zhǔn)工作電壓為+5v，采集所用的發(fā)光二極管和光敏三極管等電路它們的工作電壓都是+5v,因此在本設(shè)計(jì)中采用單電源方案(如圖2-23)，單電源方案的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，工作可靠。圖2-23電源電路第3章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)3.1 軟件總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)的要求可畫出軟件設(shè)計(jì)流程圖，如圖3-1所示led顯示開始sfr初始化由eeprom讀取預(yù)設(shè)值是否有異常聲光報(bào)警掃描外設(shè)端口自動(dòng)控制滴速電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)結(jié)束圖3-1 總體流程圖3.2 各模塊軟件設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)程序有若干個(gè)子程序和一個(gè)主程序組成，其中主程序模塊是軟件設(shè)計(jì)的核心，其作用是管理協(xié)調(diào)子模塊，使子模

51、塊按照設(shè)計(jì)的流程工作。3.2.1 主控模塊設(shè)計(jì) 主控模塊是軟件設(shè)計(jì)的核心，在工作的時(shí)候首先對(duì)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和串口部分進(jìn)行初始化，然后協(xié)調(diào)各子模塊進(jìn)行工作。本設(shè)計(jì)的初始化包括兩個(gè)方面，一個(gè)是對(duì)串口進(jìn)行初始化，讓串口工作在方式1，波特率則由定時(shí)器t1的溢出進(jìn)行設(shè)定，設(shè)置為122bit/s，并處于允許接受的狀態(tài)。單片機(jī)外圍電路中使用頻率為11.0592mhz的晶振，需將定時(shí)器1的初始值設(shè)定為248（0e8）。因?yàn)榇跀?shù)據(jù)通信過程中的發(fā)送和接受都必須通過中斷來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，因此還必須設(shè)定串口的中斷工作方式；另一方面是對(duì)外部中斷0的設(shè)置，在輸液監(jiān)控系統(tǒng)中，每當(dāng)有液滴下落時(shí)，液滴檢測(cè)電路就會(huì)將其產(chǎn)生的電信號(hào)捕捉，

52、送到信號(hào)整形與a/d轉(zhuǎn)換電路中，最后產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字脈沖，送至單片機(jī)內(nèi)部使之產(chǎn)生一個(gè)外部中斷1.系統(tǒng)在此中斷計(jì)數(shù)時(shí)，需要開啟外部中斷0，且將其設(shè)置在電平觸發(fā)模式，以及用于技術(shù)的r4寄存器清零。流程圖如圖3-2 開始初始化有無中斷循環(huán)處理定時(shí)中斷有圖3-2 主控程序3.2.2 點(diǎn)滴速度測(cè)量模塊設(shè)計(jì) 點(diǎn)滴速度可以有以下兩種方法進(jìn)行測(cè)量。方法一：以時(shí)間間隔為單位，記錄點(diǎn)滴的時(shí)間，用60除以點(diǎn)滴單位時(shí)間就可以得到每分鐘的點(diǎn)滴數(shù)。這種算法用于除法操作，而且當(dāng)點(diǎn)滴速度較快時(shí)，測(cè)量誤差較大，因?yàn)闇y(cè)量單位點(diǎn)滴時(shí)間的誤差會(huì)被60秒這樣大的時(shí)間單位放大。但此法在修正點(diǎn)滴速度時(shí)，可以實(shí)時(shí)的測(cè)量當(dāng)前的點(diǎn)滴的速度變化率，適

53、合在調(diào)整速度使用。方式二：以單位時(shí)間記錄點(diǎn)滴數(shù)。通過簡(jiǎn)單的乘法就可以計(jì)算出點(diǎn)滴速度，但此法也存在單位時(shí)間內(nèi)不是完整的點(diǎn)滴數(shù)目，從而存在一定的測(cè)量誤差。但是此法在點(diǎn)滴速度恒定的情況下，可以采用多個(gè)單位時(shí)間求平均值，從而求得單位時(shí)間的平均點(diǎn)滴數(shù)，這樣可以得到比較好的精度。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用兩者結(jié)合的方法進(jìn)行測(cè)量。以點(diǎn)滴為單位，同時(shí)記錄單位時(shí)間內(nèi)的點(diǎn)滴數(shù)，通過對(duì)多個(gè)點(diǎn)滴測(cè)量計(jì)算出點(diǎn)滴速度。實(shí)現(xiàn)原理如圖使用定時(shí)器t1定時(shí)200us,但檢測(cè)到第一個(gè)到來的脈沖信號(hào)時(shí)，程序進(jìn)行中斷處理，將計(jì)數(shù)器存儲(chǔ)內(nèi)容讀出，再將計(jì)數(shù)器清零作為記錄脈沖信號(hào)的初始值計(jì)為count=0，當(dāng)定時(shí)器到達(dá)200us時(shí)，程序中斷檢測(cè)輸入信號(hào)是否有脈沖信號(hào)到來，同時(shí)計(jì)數(shù)器加1即為count=1，另外設(shè)定計(jì)數(shù)器count=1記錄檢測(cè)到的脈沖信號(hào)個(gè)數(shù)，設(shè)定計(jì)數(shù)器count=1的存儲(chǔ)單元為10，這樣可以通過循環(huán)存儲(chǔ)脈沖個(gè)數(shù)。在定時(shí)器cou