液體點滴速度監(jiān)控裝置(最終版)

1、 液體點滴速度監(jiān)控裝置組員：李海豹 王會強 楊亞娟時間：2011年7月27日液體點滴速度監(jiān)控裝置 摘要：本系統(tǒng)設計是以單片機stc89c52為核心，以鍵盤及紅外對射式傳感器作為輸入系統(tǒng)，以液晶顯示屏及電動機作為輸出系統(tǒng)的智能化輸液控制及監(jiān)測系統(tǒng)。鍵盤系統(tǒng)為矩陣式按鍵系統(tǒng)，紅外傳感器的功能為檢測點滴的速度，紅外對管監(jiān)測儲液瓶內(nèi)液體剩余量，少于一定量時報警。報警系統(tǒng)用蜂鳴器。電動機具有轉速可控功率大及輸入脈沖不變時可保持大力矩等優(yōu)點，這樣就可以自如控制吊瓶的上、下緩移可以達到智能控制的目的。關鍵字：紅外對射式傳感器 矩陣式按鍵系統(tǒng) 智能化輸液控制監(jiān)測系統(tǒng)目錄1 系統(tǒng)設計11.1 方案選擇11.1.

2、1 點滴速度監(jiān)測方案 .11.1.2 儲液量監(jiān)測方案.11.1.3 鍵盤顯示模塊方案設計11.1.4 電機控制系統(tǒng)模塊11.2 系統(tǒng)最終方案確定.12 單元電路設計22.1 點滴速度測量電路設計.22.2 儲液檢測電路.22.3 鍵盤顯示電路.32.4 點滴速度控制電路設計.33 系統(tǒng)軟件設計53.1 檢測點滴速度子程序.53.2 儲液檢測子程序.53.3點滴速度控制子程序.63.4鍵盤顯示子程序.63.5系統(tǒng)的主程序設計.74 系統(tǒng)測試.85結論.9參考文獻.10附錄.111 系統(tǒng)設計1.1 方案選擇1.1.1 點滴速度監(jiān)測方案 方案一，采用紅外對管測量點滴一段時間落下的液滴數(shù),點滴落下時擋

3、住了紅外發(fā)射管發(fā)出的光，接收管無法接受。此時計數(shù)一次。采用塑料泡沫將對管固定在滴斗上，簡單輕巧，減小滴管擺動帶來的采集誤差，同時不影響電機工作。方案二， 采用電感式傳感器測量點滴速度。在輸液器的漏斗外圍繞線圈作為敏感元件。當液滴滴下是電感量發(fā)生變化，通過lc振蕩電路后輸出變化的頻率值，經(jīng)過f/v變換電路及電壓比較后輸出ttl電平信號來檢測點滴速度。此方案測量精度比較高，但是外圍電路比較復雜。1.1.2 儲液量監(jiān)測方案方案一：同點滴速度測量模塊，仍然采用紅外對管發(fā)射接收。根據(jù)該接收管收到的光強的大小來判斷液位是否達到警戒水位。方案二：采用稱重傳感器檢測。利用稱重傳感器檢測總質量，并與實際測量中當

4、液體液面達到設定位置時的總質量相比較，根據(jù)液體體積與質量的關系，當測量總質量與設定值相等時發(fā)出報警。1.1.3 鍵盤顯示模塊方案設計方案一：采用液晶顯示屏和通用矩陣鍵盤。液晶顯示屏用1602。液晶顯示屏（lcd）具有功耗小、輕薄短小無輻射危險，平面直角顯示以及影象穩(wěn)定不閃爍，可視面積大，畫面效果好，抗干擾能力強等特點。輸入簡單，靈活。方案二：采用三位led七段數(shù)碼管顯示點滴數(shù)目。按鍵采用單列三按鍵。數(shù)碼管具有：低能耗、低損耗、低壓、壽命長、耐老化，對外界環(huán)境要求較低。但數(shù)碼管顯示時，每個字符都要查詢段碼值，使用起來沒有液晶顯示方便。1.1.4 電機控制系統(tǒng)模塊方案一：通過改變滴斗到受液瓶的高度

5、來調(diào)節(jié)點滴的速度。由電動機帶動儲液瓶使儲液瓶上升或下降改變滴斗到受液瓶的高度，從而調(diào)節(jié)點滴速度。此種調(diào)節(jié)方法簡單，容易實現(xiàn)。方案二：通過控制滴速夾的松緊來控制點滴的速度。不過滴速夾用于大范圍的調(diào)節(jié)滴速，調(diào)節(jié)是不精確，1.2 最終方案確定綜合考慮，最終方案確定為點滴速度和儲液均用紅外對管監(jiān)測，鍵盤顯示模塊用44矩陣鍵盤和1602液晶顯示，液滴速度控制用電機實現(xiàn)。2 單元電路設計2.1 點滴速度測量電路設計采用紅外對管發(fā)射接收測量點滴速度，其電路原理圖如圖2.1.1.所示。 圖2.1點滴速度測量電路由電路圖可以看到，接收管與發(fā)射管正相對，無液滴滴下時，接收管收到信號，輸出低電平；有液滴滴下時，下落

6、的水滴對紅外光有較強的漫反射、吸收及一定的發(fā)散作用，導致接收光強的較大改變，接收管不能收到較強的信號，產(chǎn)生一個較長的脈動，但是波形不是太好，需要經(jīng)過一級施密特觸發(fā)器整形，輸出一個正向的脈沖信號送給單片機中斷口，據(jù)此就可以正確的測出液滴的滴數(shù)，即點滴的速度（滴/分）。 2.2 儲液檢測電路液檢測電路圖仍然是和點滴速度測量電路一樣，只是所接單片機的接口不同。其電路圖如2.2.2圖所示。 2.2.1 儲液檢測電路 該電路圖的原理和點滴雕塑度檢測電路的原理是一樣的。由于紅外光在水中和空氣中的吸收系數(shù)不同，從而通過空氣和水后的光強也是不同的。其報警信號也是由儲液信號來決定的。當儲液的液面的高度為23cm

7、后，會由紅外對管發(fā)射接收產(chǎn)生檢測信號，即為報警信號。2.3 鍵盤顯示電路 鍵盤采用44矩陣鍵盤，按鍵有09,+，-,=,on 字符， 采用1602液晶顯示屏 2.4 點滴速度控制電路設計系統(tǒng)將點滴速度采集信號和儲液信號進行處理后，在相應的單片機的i/o控制口輸出對應的控制信號來驅動電動機的正反轉，從而進行精確的控制。點滴的控制其實是靠單片機檢測滴速，得到一個反饋量，輸出一定信號驅動電動機，控制電動機的正轉或反轉，進而帶動儲液瓶的上升或下降來調(diào)節(jié)滴斗的高度即控制點滴的速度。電動機驅動電路就如圖2.4.1示。圖2.2. 4路是用uln20003來驅動電機，圖2.4.1 電動機驅動電路點滴控制靠單片

8、機檢測滴速，得到一個反饋量，輸出一定信號控制電機上升或下降調(diào)節(jié)滴斗的高度。3 系統(tǒng)軟件設計 系統(tǒng)的軟件設計采用c語言，對單片機進行編程來實現(xiàn)各項功能。主程序對模塊進行初始化，接收從傳感器傳來的信號，并對此信號進行處理，輸出調(diào)整信號控制電動機的轉動，掃描鍵盤進行動態(tài)顯示。用的是循環(huán)查詢方式，來顯示和控制點滴的速度。3.1 監(jiān)測點滴速度子程序檢測點滴速度子程序主要是用與系統(tǒng)信號的采集。經(jīng)過光電傳感器采集，后由施密特觸發(fā)器整形，輸出到單片機的端口送入單片機內(nèi)部。3.2 儲液監(jiān)測子程序本程序主要是用于測量儲液瓶內(nèi)部的液位高度的，當液位低于23cm時，發(fā)出報警信號。如果液位的高度不在此區(qū)間內(nèi)，則點滴的速

9、度照常采集，并送入單片機內(nèi)部。其儲液子程序流程圖如圖3.2.1所示。開 始光電傳感信號變化否？發(fā)出報警信號，儲液面進入23cm的警戒水位進入檢測點滴速度子程序yn發(fā)出報警信號，儲液面進入23cm的警戒水位圖3.2.1儲液子程序流程圖3.3 點滴速度控制子程序開 始當前值與設定值比較小于大于等于電動機正轉，儲出液瓶下降電動機維持，滴速穩(wěn)定電動機反轉，儲液瓶上升先設定一個速度值，隨著點滴數(shù)落下，檢測到信號后。滴數(shù)值加一，同時定時器工作計時，每有液滴被檢測到時，程序計算出當前液滴落下速，與之前設定的值比較，來控制電機是正轉、反轉還是停止。3.4 鍵盤顯示子程序鍵盤及顯示字程序主要是用于判斷速度有沒有

10、調(diào)整的動向和點滴速度的顯示（包括當前值和設定值）。其程序流程圖如3.4.1所示。開 始初始化繼續(xù)掃描顯示判斷有沒有鍵盤的按下延時子程序顯 示數(shù)據(jù)轉化成bcd碼，查表送入顯示緩沖區(qū)yn圖3.4.1系統(tǒng)鍵盤顯示子程序3.5 系統(tǒng)的主程序開 始初 始 化判斷液位的高度，有沒有產(chǎn)生中斷有沒有調(diào)整鍵按下調(diào)用按鍵處理程序數(shù)據(jù)的bcd碼轉換 顯 示繼續(xù)執(zhí)行，等待4 系統(tǒng)測試4.1 系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)表4.2.1液滴速度檢測測試速據(jù)單片機檢測速度（滴/分） 實際速度 30 30 52 53 23 23 34 35 85 85 73 74 133 133 144 145表4.2.2流速調(diào)整測試原始值（滴/分）預置值（

11、滴/分）調(diào)整后低速（滴/分）穩(wěn)定時間秒2380833493120119781038077434.2 報警功能測試：將夾頭放松，使瓶中的水快速流出至警戒線附近，稍稍夾緊夾頭，可以看到當水位降至警戒水位時，從機蜂鳴器發(fā)出報警信號。此功能正常。4.3 測試結果分析從以上測試結果可以看出，本系統(tǒng)已基本完成題目中的各項要求并在此基礎上有所發(fā)揮，其中點滴速度的測量比較精確，在全量程內(nèi)其誤差小于3(滴/分)。設置點滴速度功能中，控制精度在全量程范圍內(nèi)優(yōu)于4(滴/分)，但是還是有一定的誤差，經(jīng)分析主要是由以下原因造成的：1由于瓶中的水不斷減少，造成水滴的下落速度不均勻。2中斷處理的進入和中斷處理程序都會有一定

12、時間的延時，這也是造成測量誤差的一個因素。3在動態(tài)控制時，由于瓶處于運動狀態(tài)，其上升、下降運動不可避免的會產(chǎn)生加速度，導致水滴下落時速度不穩(wěn)定。5 結論 本系統(tǒng)完成了在滴斗處檢測點滴速度，并制作了一個數(shù)碼管顯示裝置，能動態(tài)顯示點滴速度（滴/分）。通過改變高度控制點滴速度，點滴速度可用鍵盤設定并顯示，設定范圍為20150(滴/分)，誤差在要求范圍內(nèi)。當高度降到警戒值是能發(fā)出報警信號。每個從站都可以和主站通信。主站可以工作在定點和巡回檢測兩種方式下，可以顯示從站傳輸來的從站號和點滴速度。參考文獻：1郭天祥.51單片機c語言教程m.北京：電子工業(yè)出版社，20092譚浩強.c程序設計.北京：清華大學出

13、版社，19913單片機應用開發(fā)實用子程序. 邊春元等 編著. 人民郵電出版社. 2005附錄： 元器件明細表：序號元器件數(shù)量備注1stc89c512個2液晶顯示16021個3紅外對管2對444矩陣鍵盤1個528byj-48電機1個6lm3241個7iln20031個8電阻若干9晶振1個12mhz10排阻1個103程序清單：#include #define db0_db7 p0 #define busy 0x80 #define scanport p1 sbit e=p25; sbit rw=p26; sbit rs=p27; unsigned char uca_linescan4=0xef,0

14、xdf,0xbf,0x7f;/列線掃描電壓，分為第1,2,3,4 根列線unsigned char key_ctt4=0; unsigned int time_sq4=0; / 連續(xù)測得的三點的時間unsigned char speed_bcd4=0; /unsigned int speed_ck4=0; /unsigned int di_xx2=0; unsigned char speed_sc2=0; unsigned char yy=0,temp; unsigned int ct=0,ttb=0,xx=0,tt3=0,speedct=0,speed=0,speedcd=10,cott=0

15、; typedef unsigned char uchar; uchar code lcd3=0123456789abcdef; uchar code lcdnow=now:000; uchar code lcdset=set:000; unsigned char control8=0x38,0x18,0x98,0x88,0xc8,0x48,0x68,0x28; unsigned char codes18=0xb8,0x98,0xd8,0xc8,0xe8,0x68,0x78,0x38;/9,18,36,45,54,63,72,81度順時針/ unsigned char codes28=0x38

16、,0x78,0x68,0xe8,0xc8,0xd8,0x98,0xb8; /9,18,36,45,54,63,72,81度逆時針unsigned char counts,pt; bit flag=1; / 度數(shù)，正反轉，速度控制 bit a_ac=0;/比較系統(tǒng)標志unsigned char uc_keytemp=0;/按鍵鍵碼暫存。 unsigned char uc_clickcount=0; unsigned char uccount; void vkeyprocess(unsigned char uckeycode); void bleep();/報警 bit bleept=0;/報警標

17、準 bit moto=0;/電機標志位void ac();/電機速度比較 void akey();/功能處理a bit a_key=0; bit b_key=0; void getspeed();/速度檢測 void stdisplay();/顯示void delay(unsigned int t);/延時 void delay_50ms(unsigned int t); void sendcommand(unsigned char ch);/發(fā)送命令void vwritedata(unsigned char ch);/發(fā)送數(shù)據(jù)void initlcd();/初始化 void displayo

18、nechar(unsigned char x,unsigned y,unsigned char ddata);/按指定位置顯示一個字符void displaylistchar(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char *ddata);/按指定位置顯示一串字符 /= void delay(unsigned int t) / delay 40us /for(;t!=0;t-) ; while(t-); void delay_50ms(unsigned int t) unsigned int j; /* 可以在此加少許延時補償，以禰補大數(shù)值傳遞時

19、（如delay_50ms(1000)）造成的誤差， 但付出的代價是造成傳遞小數(shù)值（delay_50ms(1)）造成更大的誤差。 因為實際應用更多時候是傳遞小數(shù)值，所以補建議加補償！ */ for(;t0;t-) for(j=6245;j0;j-); void sendcommand(unsigned char ch)/發(fā)送命令 /*checkbusy();*/ rs=0; rw=0; db0_db7=ch; e=1; delay(1000); e=0; delay(1000); /delay 40us /= void vwritedata(unsigned char ch)/發(fā)送數(shù)據(jù) /* c

20、heckbusy(); */ rs=1; rw=0; db0_db7=ch; e=1; delay(1000); e=0; delay(1000); /delay 40us /= void initlcd()/ sendcommand(0x38); delay(1000); sendcommand(0x08); / delay(10); sendcommand(0x01); /顯示狀態(tài)設置 delay(1000); sendcommand(0x06); /清屏 delay(2000); sendcommand(0x0c); /輸入方式設置 /= void displayonechar(unsi

21、gned char x,unsigned y,unsigned char ddata)/按指定位置顯示一個字符 y &= 0x1; x &= 0xf; /限制x不能大于15，y不能大于1 if (y) x |= 0x40; /當要顯示第二行時地址碼+0x40; x |= 0x80; /算出指令碼 sendcommand(x); vwritedata(ddata); /= void displaylistchar(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char *ddata)/按指定開始位置顯示字符串 unsigned char listlengt

22、h; listlength = 0; y &= 0x1; x &= 0xf; /限制x不能大于15，y不能大于1 while (ddatalistlength0x20) /若到達字串尾則退出 if (x = 0xf) /x坐標應小于0xf displayonechar(x, y, ddatalistlength); /顯示單個字符 listlength+; x+; void vshowonechar(unsigned char ucchar) switch(ucchar) case 0: vwritedata(0x30);break; case 1: vwritedata(0x31);brea

23、k; case 2: vwritedata(0x32);break; case 3: vwritedata(0x33);break; case 4: vwritedata(0x34);break; case 5: vwritedata(0x35);break; case 6: vwritedata(0x36);break; case 7: vwritedata(0x37);break; case 8: vwritedata(0x38);break; case 9: vwritedata(0x39);break; case a: vwritedata(0x61);break; case b: v

24、writedata(0x62);break; case c: vwritedata(0x63);break; case d: vwritedata(0x64);break; case e: vwritedata(0x65);break; case f: vwritedata(0x66);break; default: break; /= unsigned char uckeyscan() unsigned char uctemp=0; /掃描狀態(tài)暫存。 unsigned char ucrow=0,ucline=0; /行號，列號。 for(ucline=0;ucline4;ucline+) /

25、列掃描 scanport=uca_linescanucline; /輸出掃描電位。 uctemp=scanport&0x0f; /輸入掃描電位，并屏蔽高4位。 if(uctemp!=0x0f) /判斷該列是否有按鍵按下。 switch(uctemp) case 0x0e: ucrow=10;break; /如果有，則判斷行號。 case 0x0d: ucrow=20;break; case 0x0b: ucrow=30;break; case 0x07: ucrow=40;break; default: ucrow=50;break; break; /恢復鍵掃描處理前初始狀態(tài) scanport

26、=0x0f; /恢復p1口 return ucrow+ucline+1; /返回按鍵編碼。格式為2位數(shù)，高位為行號，低位為列號 void vkeyprocess(unsigned char uckeycode) sendcommand(0xc4+uc_clickcount); if(a_key=1) switch(uckeycode) case 41:vshowonechar(7);temp=7;break; /7 case 42:vshowonechar(8);temp=8;break; /8 case 43:vshowonechar(9);temp=9;break; /9 case 31:

27、vshowonechar(4);temp=4;break; /4 case 32:vshowonechar(5);temp=5;break; /5 case 33:vshowonechar(6);temp=6;break; /6 case 21:vshowonechar(1);temp=1;break; /1 case 22:vshowonechar(2);temp=2;break; /2 case 23:vshowonechar(3);temp=3;break; /3 case 12:vshowonechar(0);temp=0;break; /0 sendcommand(0xc4+uc_c

28、lickcount); sendcommand(0x0f); switch(uckeycode) case 44:/*vshowonechar(c);*/temp=12;break; / case 34:/*vshowonechar(d)*/temp=13;break; /* case 24:/*vshowonechar(e)*/temp=14;break; /- case 14:/*vshowonechar(f)*/temp=15;break; /+ case 13:/*vshowonechar(b);*/temp=11;break; /= case 11:/*vshowonechar(a)

29、;*/temp=10;break; /on/c default:break; if(temp=11) /判斷按鍵與上一次所按的鍵是否相同 delay_50ms(100); if(uc_clickcount255) /同一個按連續(xù)按下的次數(shù):1255 uc_clickcount+; sendcommand(0xc3+uc_clickcount); sendcommand(0x0f); if(uc_clickcount=3) uc_clickcount=0; sendcommand(0xc4+uc_clickcount); sendcommand(0x0f); if(temp=9) switch(

30、uc_clickcount) case 0:key_ctt0=temp;break; case 1:key_ctt1=temp;break; case 2:key_ctt2=temp;break; default:break; void int_timer0(void) tmod=0x10; tmod=0x01; th0=0x3c; tl0=0xb0; th1=0x3c; tl1=0xb0; et1=1; tr1=1; et0=1; tr0=1; ea=1; it1=1; ex1=1; void timer1() interrupt 3 th1=0x3c; tl1=0xb0; pt+; /控制

31、速度 if(pt=2) pt=0; if(flag=0&moto=1) p2=(p2&0x0f)|controlcounts; if(flag=0&moto=0) p2=(p2&0x0f)|codes2counts; counts+; if(counts=8)counts=0; /角度重置 void timer0() interrupt 1 th0=0x3c; tl0=0xb0; yy+; if(yy=2) ct+; tt3+; yy=0; if(ct=600)/60秒定時 ct=0; xx=0; if(tt3=20) tt3=0; di_xx1=di_xx0; di_xx0=xx; if(d

32、i_xx0=di_xx1)&a_ac=1) bleept=1;flag=1; void int1() interrupt 2 static cott=0; cott+; if(cott=2) xx+; time_sq2=time_sq1; /把當前檢測到液滴的時間保存起來 time_sq1=time_sq0; time_sq0=ct; if(a_key=0) displayonechar(10,0,lcd3speed/100); displayonechar(11,0,lcd3speed%100/10); displayonechar(12,0,lcd3speed%10); displayon

33、echar(10,1,lcd3xx/100); displayonechar(11,1,lcd3xx%100/10); displayonechar(12,1,lcd3xx%10); sendcommand(0xc4+uc_clickcount); getspeed(); cott=0; void stdisplay() displaylistchar(0,0,lcdnow); displaylistchar(0,1,lcdset); displayonechar(14,0,0x4f); displayonechar(15,0,0x46); displaylistchar(8,0,s:); d

34、isplaylistchar(8,1,t:); void main(void) delay_50ms(1); int_timer0(); initlcd(); p2_3=1; scanport=0x0f; stdisplay(); while(1) bleep(); if(scanport!=0x0f) for(uccount=0;uccount=(speedcd+5) moto=0;flag=0; else if(speedct=(speedcd-5) moto=1;flag=0; else flag=1; void bleep() if(a_ac=1) if(bleept=1) p2_3=0; if(bleept=0) p2_3=1; void akey() if(a_key=1) sendcommand(0x0c); displayonechar(14,0,0x4f); displayonechar(15,0,0x4e); /