光電式液滴檢測(cè)電路部分不用管它,脈沖信號(hào)用函數(shù)發(fā)生

1、致 謝要求我再說(shuō)一下：電源電路寫(xiě)得復(fù)雜，實(shí)際上我就用了220V/5V的一個(gè)轉(zhuǎn)換器，光電式液滴檢測(cè)電路部分不用管它，脈沖信號(hào)用函數(shù)發(fā)生器模擬就可以了，脈沖的大小幅度可自定，以430要求為主，我的脈沖信號(hào)幅度可以通過(guò)電阻調(diào)節(jié)，頻率在1/50-1/120之間；剩下的需要做的工作就是:對(duì)每5次下降沿計(jì)時(shí)求平均，轉(zhuǎn)換每分鐘多少滴，在LED上顯示出來(lái)，滴速為0或>150滴/分時(shí)，報(bào)警電路報(bào)警！報(bào)警電路我用TQ9561，LED我用4511驅(qū)動(dòng)！在硬件上需能跑過(guò)，電話電路結(jié)構(gòu)及部分程序:電路結(jié)構(gòu)：LED顯示電路KD9561報(bào)警電路電源電路MSP430F1611光電式液滴檢測(cè)電路

2、nRF401收發(fā)芯片JTAG接口電路圖3-1輸液數(shù)據(jù)采集器的組成3.2.1 電源電路由于七段LED的存在，使得采用鈕扣電池或手機(jī)電池供電的方案并不可行，本設(shè)計(jì)中采用220V交流電轉(zhuǎn)化為5V或3.3V直流電分別供系統(tǒng)中的發(fā)射芯片nRF401、七段LED顯示電路、報(bào)警電路及單片機(jī)使用。 1、220V交流電轉(zhuǎn)化為5V的直流電圖3-2 220V交流轉(zhuǎn)5V直流如圖3-2所示，首先通過(guò)一個(gè)變壓器將220V的交流電壓為8V的交流電，再通過(guò)由四個(gè)二極管組成的橋式整流電路，將8V的交流電轉(zhuǎn)化為脈動(dòng)直流，如圖3-3所示。0uO/Vt82圖3-3 脈動(dòng)直流電壓通過(guò)電解電容C1轉(zhuǎn)化為直流電，電容C2、C3和LM780

3、5組成穩(wěn)壓電路，C4起濾波作用，使輸出電壓為5V直流電，供發(fā)射芯片nRF401、七段LED顯示電路及報(bào)警電路使用。2、5V交流電轉(zhuǎn)化為3.3V的直流電單片機(jī)MSP430F1611需要3.3V電源驅(qū)動(dòng)，可將剛才獲得的5V直流電源轉(zhuǎn)為3.3V直流電源，如圖3-4所示。2C1EXT PWR11VINVD1+VCC(5V)3VOUTC2C3+V3.3VLM1117VD2100µF10µF10µF1K圖3-4 5V直流轉(zhuǎn)3.3V直流3.2.2 光電式液滴檢測(cè)電路1、液滴有無(wú)檢測(cè)電路+VCCR1R2VD1VD2圖3-5 光電對(duì)管模型 圖3-6 光電二極管的輸出電流脈沖系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4、的輸液數(shù)據(jù)采集器可固定在一次性輸液器的茂菲式滴管處， 其對(duì)應(yīng)的液滴采集電路如圖3-5所示，將發(fā)光二極管和光敏二極管分別置于茂菲式管的兩側(cè)，發(fā)光二極管發(fā)射的光束經(jīng)過(guò)茂菲式管中的液滴散射后投射到光敏二極管的感光面，將光線強(qiáng)度的變化反映在電流變化上：當(dāng)有液滴滴落時(shí)，由于液滴的光學(xué)特性，使光束發(fā)散，投射到光敏二極管上的光照度將下降，從而使光敏管產(chǎn)生的電流下降；而沒(méi)有液滴滴落時(shí)，光敏二極管接收到的光照度最大，產(chǎn)生的光生電流也最大；由此形成如圖3-6所示的不同幅度的脈沖信號(hào)，因此只要檢測(cè)光電二極管的輸出電流脈沖，就可以檢測(cè)出有無(wú)液滴的通過(guò)。由于光電式的檢測(cè)方法和液體不接觸，能很好的滿足臨床醫(yī)學(xué)中嚴(yán)格的無(wú)菌

5、操作的要求，而且與液體、輸液器材無(wú)關(guān)，使輸液監(jiān)控設(shè)備的性能有很大提高，具有易用、高效和適用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)（23）（24）。2、檢測(cè)信號(hào)放大電路R4+VCCC3C2R3R6C5C4R5C1C6R7R8R9C7R10R12R13R11R241A1C1B1D1216571312149108P2.7+VCCR1R2VD1VD2MSP430圖3-7 檢測(cè)放大電路如圖3-7所示，當(dāng)有液滴通過(guò)液滴接收檢測(cè)組件，VD1、VD2兩端的變化電壓由1A，1C進(jìn)行兩級(jí)放大，C3、C5起濾除高頻成分的作用。R7、R8與1B組成低阻抗電源，除為放大器提供偏壓；此外1B本身為一電壓跟隨器，同時(shí)為1D提供基準(zhǔn)電壓。有液滴通過(guò)液滴

6、檢測(cè)組件時(shí)，液滴會(huì)吸收反向紅外光，使得VD1、VD2的電壓改變，因此，當(dāng)有液滴通過(guò)時(shí)，1D輸出一系列與液滴同步的正脈沖串，當(dāng)無(wú)液滴通過(guò)時(shí)，1D的輸出始終為高電平，由單片機(jī)MSP430的P2.7腳接收。3.2.3 MSP430的時(shí)鐘電路MSP430系列單片機(jī)時(shí)鐘模塊有低速晶體振蕩器（LFXT1）、高速晶體振蕩器（XT2）和數(shù)字控制振蕩器（DCO）3個(gè)時(shí)鐘源。其目的是為了解決系統(tǒng)快速處理數(shù)據(jù)的要求和低功耗要求之間的矛盾，通過(guò)設(shè)計(jì)多個(gè)時(shí)鐘源或?yàn)闀r(shí)鐘設(shè)計(jì)各種不同工作模式，才能解決某些外圍部件實(shí)時(shí)應(yīng)用的時(shí)鐘要求，如低頻通信、LCD顯示、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等。數(shù)字控制振蕩器DCO己經(jīng)集成在MSP430內(nèi)部，因

7、此系統(tǒng)中需設(shè)計(jì)低速晶體振蕩器和高速晶體振蕩器兩部分電路，連接如圖3-8和3-9所示。XT1XOUT1XIN1C24C25C26C27XT2XIN2XOUT2圖3-8 低速振蕩晶體 圖3-9 高速振蕩晶體LFXT1滿足了低功耗及使用32.768KHz晶振的要求。LFXT1振蕩器默認(rèn)工作在低頻模式，即32.768KHz，也可以通過(guò)外接450KHz-8MHz的高速晶體振蕩器或陶瓷諧振器工作在高頻模式，在本電路中使用低頻模式，晶振外接2個(gè)22pF的電容C24、C25經(jīng)過(guò)XIN和XOUT連接到MCU。XT2為MSP430F1611工作在高頻模式時(shí)提供時(shí)鐘，XT2最高可達(dá)8MHz。在系統(tǒng)中XT2采用4MH

8、z的晶體，XT2外接2個(gè)22pF的電容C26、C27經(jīng)過(guò)XIN2和XOUT2連接到MCU。本系統(tǒng)利用MSP430自帶的時(shí)鐘電路實(shí)現(xiàn)對(duì)藥液滴速的計(jì)算，以5次液滴為一個(gè)周期算一次平均值，再將時(shí)間單位換算成分鐘，用LED顯示出來(lái)。工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)時(shí)，時(shí)鐘電路主要應(yīng)用高速振蕩器XT2。3.2.4 MSP430的JTAG接口電路MSP430F1611是具有48KB可擦寫(xiě)的FLASH存儲(chǔ)器型MCU，具有JTAG調(diào)試接口，因此采用先通過(guò)JTAG調(diào)試器將編輯好的程序從PC直接下載到FLASH內(nèi)，再由JTAG接口控制程序運(yùn)行、讀取片內(nèi)CPU狀態(tài)，以及存儲(chǔ)器內(nèi)容等信息供設(shè)計(jì)者調(diào)試，整個(gè)開(kāi)發(fā)(編譯、調(diào)試)都可以在同一

9、個(gè)軟件集成環(huán)境中進(jìn)行，不需要專門(mén)的編程器。這種以FLASH技術(shù)、JTAG調(diào)試、集成開(kāi)發(fā)環(huán)境結(jié)合的開(kāi)發(fā)方式，具有方便、廉價(jià)、實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。由于MSP43OF1611具有JTAG調(diào)試接口，所以只需把單片機(jī)的調(diào)試接口按照標(biāo)準(zhǔn)引出，在調(diào)試時(shí)與購(gòu)買的JTAG調(diào)試器連接，即可在線調(diào)試程序，JTAG接口如3-10所示。P2TDO213+V3.3V213TDITMSTCKRST5467810911121314圖3-10 JTAG接口電路具有JTAG接口的芯片，相關(guān)JTAG引腳定義為（22）：TCK為測(cè)試時(shí)鐘輸入；TDI為測(cè)試數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)通過(guò)TDI引腳輸入JTAG接口；TDO為測(cè)試數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)通過(guò)TDO引腳從

10、JTAG接口輸出；TMS為測(cè)試模式選擇，TMS用來(lái)設(shè)置JTAG接口處于某種特定的測(cè)試模式；TRST為測(cè)試復(fù)位，低電平有效。JTAG是有14條線的接口，在MSP430中實(shí)際使用了其中的5條，其余引腳未用，跳線P2用來(lái)選擇JTAG調(diào)試器使用外接電源還是內(nèi)部電源，當(dāng)外圍電路功率比較大時(shí)，應(yīng)使用外接電源。如外圍電路功率比較小時(shí)，使用JTAG提供的內(nèi)部電源即可。3.2.5 七段LED顯示電路5KD9561P4.6MSP430F1611P4.4P4.5P4.3P4.1P4.2P4.0··DS2DS3+VCC2DS1·451145114511R14圖3-11 LED顯示電路如圖

11、3-11所示，七段LED采用并行方式連接，4511為驅(qū)動(dòng)芯片，上拉電阻R14起分壓作用，以工作電壓為2.2V、工作電流為10mA 的七段LED為例，上拉電阻R14的取值為（25）：液滴變化通過(guò)液滴檢測(cè)放大電路輸入單片機(jī)MSP430的P2.7腳，單片機(jī)設(shè)為負(fù)跳變中斷觸發(fā)模式， 故每次脈沖下降沿到達(dá)時(shí)觸發(fā)單片機(jī)產(chǎn)生中斷并進(jìn)行計(jì)時(shí)；對(duì)多個(gè)脈沖進(jìn)行計(jì)時(shí)，取數(shù)學(xué)平均值，通過(guò)P4.0P4.5口把結(jié)果送到七段LED同步顯示滴速快慢。當(dāng)?shù)我嚎旖Y(jié)束時(shí)，通過(guò)單片機(jī)MSP430的P4.6 腳，連結(jié)到高電平報(bào)警器，發(fā)出聲音報(bào)警。3.2.6 報(bào)警電路12345KD956176GNDVCCF1OSCOOUTF2OSCIR

12、1P4.6C3VCCR3圖3-12 報(bào)警電路如圖3-12所示，R1為振蕩電阻，一般為240K左右。滴液結(jié)束時(shí)， MSP430的P4.6引腳輸出為高電平，通過(guò)電阻R3對(duì)電容C3充電，使KD9561的5引腳為高電平，報(bào)警芯片工作，發(fā)出聲音報(bào)警。病人可根據(jù)報(bào)警提示將一次性輸液器的控制閥調(diào)至最小，實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明此種狀態(tài)下，茂菲式滴管中剩余藥量滴完一般需12-43分鐘，這段時(shí)間預(yù)留給醫(yī)護(hù)人員前來(lái)處理。3.2.7 無(wú)線通信電路LVCCGVDC9R14C10C11XC1VDDVSSHLT1VCO1VCO2VSSVDDDINDOUTVCCTXENPWR-UPANT1VSSANT2VSSVDDCSRF-PWRXT

13、3C12C13R15C15C14R17R16C16C17C18PWR-UPDINDOUTCSTXENnRF401圖3-13 無(wú)線通信電路如圖3-13所示，通信模塊的硬件電路的設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下（26）： （1）、射頻電路對(duì)于電源噪聲相當(dāng)敏感，必須采用星形布線的方法使數(shù)字部分和RF部分有各自的電源線路，并且應(yīng)在靠近集成電路電源引腳處加上去耦電容。（2）、外接VCO電感應(yīng)選用高頻電感，Q45，電感的精度對(duì)無(wú)線通信的距離有較大的影響，應(yīng)盡量選擇精度高即2的電感，也可使用精度為5的，但通信距離會(huì)大大減小。VCO電感連線應(yīng)與其他控制線保持一定的距離，應(yīng)避免數(shù)字控制線從電感引腳之間經(jīng)過(guò)，并且應(yīng)該使VCO電感元件

14、的中心距離nRF401的VCO1，VCO2引腳焊盤(pán)的中心5.4mm左右，電感元件的選擇與布局很重要，是設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵點(diǎn)。 （3）、在電路板的正反兩面可使用大面積鋪銅作為接地面，使所有的器件容易去耦，兩面的鋪銅應(yīng)使用多個(gè)過(guò)孔相連，所有對(duì)地線層的連接必須盡量短，接地過(guò)孔應(yīng)放置在非?？拷暮副P(pán)處。 （4）、天線的設(shè)計(jì)使用PCB板的環(huán)形天線，尺寸為35mm×20mm，天線增益為11dB，天線阻抗為380，天線應(yīng)位于PCB板的頂部，天線部分不要鋪銅。 （5）、如果PCB板的VCO電感設(shè)計(jì)合理，當(dāng)模塊處于接收狀態(tài)時(shí)，nRF401的第4管腳電壓為1.1±0.2V。 輸液數(shù)據(jù)采集器程序

15、5.3.1 系統(tǒng)主程序在系統(tǒng)主程序中，主要完成三大任務(wù)：1. 初試化各硬件設(shè)備；2. 初始化各軟件模塊；3. 進(jìn)入死循環(huán)(無(wú)限循環(huán))，調(diào)用各模塊的處理函數(shù)。流程圖如圖5-2所示。圖5-2 輸液數(shù)據(jù)采集器主程序流程圖5.3.2 系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化中，要按照順序?qū)⑾铝心K初始化：1. 設(shè)置看門(mén)狗寄存器。在系統(tǒng)初始化開(kāi)始前，為了系統(tǒng)正常工作，先關(guān)閉看門(mén)狗定時(shí)器。2. 初始化系統(tǒng)時(shí)鐘。將BCSCTL1寄存器的內(nèi)容清零，開(kāi)啟XT2，清除振蕩器失效標(biāo)志，延時(shí)并等待XT2起振。當(dāng)XT2起振后，將BCSCTL2寄存器的內(nèi)容清零，并選擇XT2為MCLK、SMCLK的振蕩源。3. 初始化定時(shí)器A。首先選擇ACL

16、K為時(shí)鐘源，清除TAR寄存器，然后選擇CCI0B為信號(hào)源，并選擇下降沿捕獲模式。4. 設(shè)置I/O端口。包括端口的方向寄存器，輸出寄存器和功能寄存器。設(shè)置P2.7口為輸入端口；P3.0P3.2 、P4.0P4.5和P4.6作為輸出端口，用于連接LED，其中P3.0P3.2用來(lái)控制3個(gè)數(shù)碼管的選通狀態(tài)，P4.0P4.5用來(lái)顯示每分鐘的滴速，P4.6用來(lái)控制聲音報(bào)警。5. 初始化nRF40l無(wú)線模塊，將nRF40l設(shè)置成發(fā)射模式。 5.3.3 循環(huán)程序系統(tǒng)初始化后，輸液數(shù)據(jù)采集器的各項(xiàng)功能通過(guò)主循環(huán)和中斷服務(wù)程序處理，其中主循環(huán)中主要處理兩件事情：一是顯示每分鐘滴速，二是若滴速為0時(shí)，則發(fā)出聲音報(bào)警

17、。流程圖如圖5-3所示。圖5-3 循環(huán)流程圖int main ( )WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; /關(guān)閉看門(mén)狗Init_Clk ( ); /初始化時(shí)鐘Init_TimerA ( ); /初始化定時(shí)器AInit_Led ( ); /初始化LEDInit_nRF401 ( ); /初始化nRF401 While(1) if (counter = 5) /若計(jì)滿5次 counter = 0; /計(jì)數(shù)位清零 Led_Display ( ); /顯示每分鐘滴數(shù) If(Freq =0) /若滴完 Alarm_Out ( ); /報(bào)警 else LPM3; /若不滿5次，轉(zhuǎn)到低功耗模式

18、3繼續(xù)計(jì)數(shù) 5.3.4 滴速計(jì)算程序在滴速顯示程序中，首先判斷標(biāo)志位是否為0，若為0，則初始化，允許定時(shí)器A中斷和允許捕獲中斷，并將標(biāo)志位置為1，以便下次中斷到來(lái)時(shí)停止計(jì)時(shí)。本程序利用Timer_A的中斷設(shè)置成一計(jì)時(shí)電路，開(kāi)始滴速計(jì)算，計(jì)滿5個(gè)周期算一次平均值，并將單位換算成秒。1Timer_A初始化Timer_A具有多種可選的計(jì)數(shù)器時(shí)鐘源，8種輸出模式。Timer_A有兩種工作模式：定時(shí)器模式和捕獲模式。在定時(shí)器模式下有4種計(jì)數(shù)模式：停止模式、增計(jì)數(shù)模式、連續(xù)計(jì)數(shù)模式、增/減計(jì)數(shù)模式。在監(jiān)控服務(wù)器中Timer_A作為定時(shí)器，在增計(jì)數(shù)模式下定時(shí)呼叫輸液數(shù)據(jù)采集器。在采集器中Timer_A以增模

19、式計(jì)數(shù)，以32768Hz的ACLK為T(mén)imer_A時(shí)鐘源，當(dāng)捕獲此較寄存器CCR0的值設(shè)置為32767時(shí)，Timer_A正好計(jì)數(shù)l秒，循環(huán)4次剛好為4s，即對(duì)250個(gè)采集器輪詢一個(gè)周期后發(fā)生中斷。void Init_ Timer_A (void)CCTL0 = CCIE; /開(kāi)啟計(jì)數(shù)器CCR0 = 32767; /設(shè)置計(jì)數(shù)時(shí)間TACTL = TASSEL_1 + MC_1; /設(shè)置Timer_A時(shí)鐘源流程圖如圖5-4所示。圖5-4 滴速計(jì)算流程圖int Timer_Counter = 0;pragma vector = TIMERA0_VECTOR _interrupt void TimerA

20、0 ( ) if (flag = 0) / 標(biāo)志位為零，開(kāi)始計(jì)時(shí) TACTL |= MC_2 + TACLR; / 允許Timer A中斷 CCTL0 |= CCIE; / 允許捕獲中斷 flag = 1; / 下一次中斷時(shí)，結(jié)束計(jì)時(shí) else if (index = 5) / 若計(jì)完5次 index = 0; / 清零 data index = TAR / 3276; / 將計(jì)時(shí)單位換算成秒 index = index + 1; / 移至下一位等待 TAR = 0; / 計(jì)數(shù)寄存器清零Timer_Counter+; / 計(jì)時(shí)次數(shù)加1 If(Timer_Counter>=3) /計(jì)時(shí)次數(shù)