輸液瓶液面位置測量及輸液報警器的制作研究

1、輸液瓶液面位置測量及輸液報警器的制作研究摘 要/便捷式輸液報警控制器是用于臨床患者輸液過程中的一種監(jiān)測控制裝置。當(dāng)病人在醫(yī)院輸液時，通常需要護士或家人看護。當(dāng)液體輸完時，如果沒人看護，會給病人帶來很大的麻煩甚至危險【1】。這種輸液報警器，可以在輸液滴完時，報警器自動發(fā)出聲信號，提示看護人很快拔掉輸液管，在安全時間內(nèi)更換輸液瓶或者停止輸液并進行下一步工作，減少了病人和陪床者的負(fù)擔(dān)。此儀器適用于各種顏色的藥液，而且結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，體現(xiàn)簡約理念。此儀器器材所需的材料價格低廉，利用率高，可反復(fù)使用。便捷式輸液報警控制器反應(yīng)靈敏，安全可靠，沒有電磁輻射干擾，對病人身體沒有傷害；更重要的是它的檢

2、測控制裝置，不接觸藥液，安全衛(wèi)生，讓人能更放心。該產(chǎn)品不影響患者走動，便于隨處移動。這種輸液報警裝置讓每瓶藥液充分輸盡，不浪費藥液，體現(xiàn)節(jié)約理念?？傊?，這種便攜式輸液報警器以安全操作、衛(wèi)生操作為前提，通過靈敏檢測電路的智能控制，以節(jié)約環(huán)保的理念為宗旨，設(shè)計之中充分融入了患者至上的人性化理念，整體達到了很好的效果。關(guān)鍵詞：安全，節(jié)約，靈敏，智能，衛(wèi)生THE INFUSION BOTTLE LIQUID LEVEL MEASUREMENT AND STUDY ON THE PRODUCTION OF TRANSFUSION ALARMABSTRACTThe new design of electr

3、omechanical infusion alarm controller is convenient for patients in the process of a kind of infusion monitoring control device. When patients get injection,they often need a nurse or family nursing.When infusion finished,there will be a lot of trouble or even more dangerous.When infusion finished,

4、alarm automatically give out sound and light signals,reminding nursing staff to pull out the tubing in time，reducing the burden of patients and nursing staff.This instrument is suitable for various kinds of color, and the solution of simple structure, small volume, light weight, reflects contracted

5、concept. This apparatus of required materials low prices, high efficiency, can use repeatedly. New convenient electromechanical infusion alarm controller senstive reaction, safe and reliable, no electromagnetic radiation, the body without interference to the patient harm; More important is its mecha

6、nical test and control device, not contact solution, safety and health, let a person can rest assured. This product does not affect patients ambulate, facilitate everywhere is mobile. This new infusion alarm device let every bottle of liquor fully lost all liquids and not waste, reflect save concept

7、 .In a word ,in premise of safe operation and sanitary operation, with the intelligent control of sensitive detective circuit ,with the purpose of energy conservation and environmental protection ,the new design of electromechanical infusion alarm controller is pretty good on the whole.KEY WORDS: se

8、curity, save, sensitive, intelligent, health目 錄前 言1第一章 研究的背景和意義2§1.1 輸液歷史回顧2§1.2 智能輸液報警器的歷史與現(xiàn)狀3§1.3 輸液報警器優(yōu)點4§1.4 功能特點5第二章 系統(tǒng)使用器件原理6§2.1 555定時器及觸發(fā)器組成6§2.1.1 555定時器的電路結(jié)構(gòu)及其功能6§2.2 STC89C51單片機的介紹9§2.2.1 主要功能、性能參數(shù)9§2.2.2 89C51單片機的引腳功能說明9§2.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換器電路13

9、7;2.3.1 MCP32Ol相關(guān)13§2.3.2 MCP32Ol簡介13§2.3.3 MCP3201的工作時序14§2.4 電阻應(yīng)變片原理15第三章 系統(tǒng)設(shè)計18§3.1 系統(tǒng)原理18§3.2 輸液瓶質(zhì)量測量電路18§3.3 輸液瓶液位閥值光電檢測電路19§3.4 主控及報警電路20§3.5 顯示電路21§3.6 軟件流程圖23結(jié) 論24參考文獻25致 謝2724前 言靜脈輸液技術(shù)的運用起源于公元16世紀(jì)，經(jīng)過400多年的發(fā)展逐漸形成一套完整的理論體系，成為最常用，最直接，最有效的臨床治療手段之一。在醫(yī)

10、院輸液有一個難題長期困擾著病人與醫(yī)護人員，當(dāng)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(yán)重腫脹【2】。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。醫(yī)用輸液報警器的設(shè)計和投入應(yīng)用，可以較好地解決輸液中所遇到的這些困擾。輸液報警器會自動監(jiān)測病人輸液液面的變化，當(dāng)輸液完畢時發(fā)出報警提示聲，醫(yī)務(wù)人員便可有足夠的時間展開下一步工作。輸液報警器提高了護士的工作效率，減輕了護士的工作負(fù)擔(dān)和病人的心理壓力，減少了靜脈輸液時的醫(yī)療事故及糾紛的發(fā)生，增加了輸液的安全系數(shù)。本文第一章回顧了輸液報警器的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀，綜述了國內(nèi)外輸液報警器的綜合研究；第二

11、章主要講述了系統(tǒng)使用元器件的原理；第三章著重闡述系統(tǒng)設(shè)計原理，第四章為總結(jié)部分。第一章 研究的背景和意義§1.1 輸液歷史回顧靜脈輸液的技術(shù)起源于公元16世紀(jì)，經(jīng)過四百年的發(fā)展逐漸形成了完整的理論體系，成為最直接，最常用，最有效的治療手段之一。在醫(yī)院輸液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(dāng)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(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造成藥液的浪費等等【3】。因此常引發(fā)病人的不滿以至投訴，甚使醫(yī)護人員無

12、奈。而醫(yī)用輸液報警器的設(shè)計和投入應(yīng)用，可以較好地解決輸液中所遇到的這些困擾。輸液報警器會自動監(jiān)測病人輸液液面的變化，當(dāng)輸液完畢時發(fā)出報警提聲，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。同時，還可將輸液報警器與醫(yī)院的護理對講系統(tǒng)相連，輸液完畢后相應(yīng)的對講設(shè)備響應(yīng)并伴有語音播報聲“××號輸液完畢”，以提示醫(yī)護人員。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【4】。自人類步入科技時代以來，生產(chǎn)生活等方面得到不斷的提高，人們對自己的生活標(biāo)準(zhǔn)也相應(yīng)提高，而為人類服務(wù)的用具也不斷的邁向科技化、智能化、人文化。在我們的日常生

13、活中，我們經(jīng)常會看到一些特殊人群（如盲人、聾啞人、癡呆患、老年人、特殊傷患人士等）他們或是行動不方便，或是須借助某種外界工具以滿足自己的需求，尤其是在他們生病時候更要外在的幫助【10】。§1.2 智能輸液報警器的歷史與現(xiàn)狀靜脈輸液技術(shù)的運用起源于公元16世紀(jì)，經(jīng)過400多年的發(fā)展逐漸形成一套完整的理論體系，成為最常用，最直接，最有效的臨床治療手段之一。日常生活中我們經(jīng)常會遇到一些行動不便或無法自理的病人到醫(yī)院就診；還有近年來屢次發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害給救災(zāi)人員提出了一個嚴(yán)峻的課題，醫(yī)護人員不夠，輸液器材短缺，醫(yī)護場所窄小等困難【9】。靜脈輸液技術(shù)推行極大地提高了臨床治療的效率，然而大量的病人

14、同時輸液，護士的工作壓力甚大，而且一旦產(chǎn)生疏漏，沒有及時換藥，會給病人身體帶來不必要的傷害。另外病人往往一次需要輸液多瓶，現(xiàn)有的做法是每輸完一瓶藥水，護士就需要更換新的輸液瓶，多次更換藥瓶，不僅加大了護士的勞動強度，影響了護士的工作效率，而且病人需時常注意輸液進度，加重病人的心理負(fù)擔(dān)，不利于病人休養(yǎng)身體20。為避免護士沒有給病人及時換藥水，現(xiàn)有醫(yī)療市場出現(xiàn)了多種輸液報警器，其中紅外輸液報警器在安全，實用方面占有領(lǐng)先地位，然而其價格高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此推廣阻力大，市場前景有限，尤其不利于在基層醫(yī)院推廣【5】。輸液報警器裝置成本低廉，使用簡單，易于推廣，可成為輸液報警器系統(tǒng)的首選裝置。與現(xiàn)有技術(shù)相比

15、，這種裝置的有益效果是：當(dāng)液體流盡后報警，為護士提供輸液進度的有效信息，報警器價格低廉，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，推廣性強。輸液報警器提高了護士的工作效率，減輕了護士的工作負(fù)擔(dān)和病人的心理壓力，減少了靜脈輸液時的醫(yī)療事故及糾紛的發(fā)生，增加了輸液的安全系數(shù)【6】?？傊?，這種輸液報警器適用于各級醫(yī)院的臨床工作需要，工藝制作及設(shè)計方面有一定的創(chuàng)新性，具有較好的社會效益和廣闊的市場應(yīng)用前景：一、輸液即將完畢時自動聲光報警，無須“盯吊瓶”，體現(xiàn)人性化理念；二、適用于各種顏色的藥液；三、 結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，體現(xiàn)簡約理念；四、 價格低廉，可反復(fù)使用；五、反應(yīng)靈敏，安全可靠；六、 沒有電磁輻射干擾；七、機械

16、監(jiān)測，不接觸藥液，安全衛(wèi)生；八、可以讓每瓶藥液盡量輸盡，不浪費藥液，體現(xiàn)節(jié)約理念；九、 輸液控制裝置有效地保證了醫(yī)務(wù)人員的工作時間安排的合理性。§1.3 輸液報警器優(yōu)點與傳統(tǒng)方式相比，輸液報警器有一下常見優(yōu)點：一、結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，成本低；二、 減少護理人員工作量，減少病人因害怕輸入空氣而造成的心理負(fù)擔(dān)保證輸液完全；三、 手術(shù)室搶救創(chuàng)傷性，失血性休克病人多使用套管針，多路靜脈快速輸液應(yīng)用輸液報警器型適用500ml瓶裝液體使巡回護士既能及時更換液體又能有條不紊地進行其它搶救工作。當(dāng)病人在醫(yī)院輸液時，通常需要護士或家人看護【7】。當(dāng)液體輸完時，如果沒人看護，會給病人帶來很大的麻煩甚至危

17、險。這種輸液報警器，可以在輸液快要滴完時，及時發(fā)出報警，提示看護人很快拔掉輸液管，減少了病人和陪床者的負(fù)擔(dān)【8】。 四、早先的發(fā)明原理多是：利用光電非接觸式探測藥滴的動態(tài)，觸發(fā)電路工作，就是說在瓶子的底部或者滴管緩沖瓶處裝上光電設(shè)備，沒有液體時會產(chǎn)生電信號。但這樣的發(fā)明顯然有很多問題：1、這個東西得夾在瓶子或者滴管上，更換液體和瓶子的時候比較麻煩；2、瓶子的大小，還有些是袋裝的液體。五、 還有些發(fā)明應(yīng)用了重力的原理：不管是怎樣的液體，最后液體打完后剩下的袋子和瓶子的重量應(yīng)該是在某一重量以下，例如50g，那么只要找到分辨率達到50g以下的稱重傳感器，然后輔以控制電路，就能夠較為準(zhǔn)確的報出警報19

18、。 §1.4 功能特點一、夾裝在輸液管上，不與輸液接觸。單鍵操作，使用簡單，也可用于輸血報警。 二、輸液完畢時，輸液報警器可通過分機向護士站的主機發(fā)送輸液完畢警信號。優(yōu)點：這種發(fā)明實用性強， 可多次復(fù)用。它的創(chuàng)新點是不對藥液產(chǎn)生污染，聲光啟示，電路簡單造價低，小巧方便，自動報警并預(yù)留報警接口。 缺點：它的缺點是安裝在茂菲氏滴管上（安裝在輸液管外），給護士更換藥液帶來麻煩（方便護士操作），受外界光線干擾（采用慮恒光技術(shù)，抗干擾強），易誤報18。第二章 系統(tǒng)使用器件原理本次設(shè)計電路所用器件如下：555定時器、stc89c51單片機、MCP3201、電阻應(yīng)變片電橋電路§2.1 5

19、55定時器及觸發(fā)器組成555定時器（時基電路）是1972年由西格尼蒂克斯（Signetics）公司研制的一種模擬電路與數(shù)字電路巧妙地結(jié)合在一起的中規(guī)模集成電路，因集成電路內(nèi)部含有三個5千歐電阻而得名。由于該集成電路設(shè)計新穎，構(gòu)思奇巧，使用方便靈活，適用范圍廣等優(yōu)點而備受廣大電子專業(yè)設(shè)計人員和電子愛好者的青睞。555定時器只要外部配上少數(shù)幾個阻容元件，就可以構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，多諧振蕩器，施密特觸發(fā)器等，因而在定時、檢測、控制、報警等方面都有廣泛的應(yīng)用。§2.1.1 555定時器的電路結(jié)構(gòu)及其功能555定時器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖2-1a所示。它由3個阻值為5K的電阻組成的分壓器、兩個電壓比

20、較器A1和A2、基本RS觸發(fā)器和放電管V組成。555定時器的外引線排列如圖2-1b所示a） 電路結(jié)構(gòu) b）外引線排列圖2-1 555定時器555定時器有兩個輸入端ui1、ui2（6腳和2腳），一個輸出端uo（3腳），共8個引腳。定時器的第6腳接電壓比較器A1的反相輸入端，稱為閾值端，用符號TH來標(biāo)注；第2腳接電壓比較器A2的同相輸入端，稱為觸發(fā)端，用符號來標(biāo)注；第5腳是控制電壓輸入端，用符號UCO來標(biāo)注；第4腳是RS觸發(fā)器的復(fù)位端；第3腳是信號輸出端，第1腳是接地端，第8腳是電源電壓輸入端。由圖2-1a可見，當(dāng)?shù)?腳懸空時，第8腳所接的電源電壓Ucc經(jīng)三個5k的電阻分壓，電壓比較器A1同相輸入

21、端的電壓為，該電壓是電壓比較器A1的參考電壓；電壓比較器A2反相輸入端的電壓為，該電壓是電壓比較器A2的參考電壓。555定時器的工作原理是：當(dāng)輸入電壓時，電壓比較器A1反相輸入端的輸入電壓小于同相輸入端的參考電壓，比較器A1輸出電壓為正極性的信號，即高電平信號“1”；電壓比較器A2同相輸入端的輸入電壓小于反相輸入端的參考電壓，比較器A2輸出電壓為負(fù)極性信號，即低電平信號“0”；RS觸發(fā)器被置位，輸出電壓u0等于1。當(dāng)輸入電壓，ui2從<變化到> 時，電壓比較器A1反相輸入端的輸入電壓小于同相輸入端的參考電壓，比較器A1的輸出電壓為高電平信號“1”；電壓比較器A2同相輸入端的輸入電壓

22、從小于反相輸入端的參考電壓變化到大于反相輸入端的參考電壓，電壓比較器A2的輸出電壓從低電平信號“0”變?yōu)楦唠娖叫盘枴?”；RS觸發(fā)器處在保持的狀態(tài)，保持，時的輸出狀態(tài)，輸出電壓u0等于1。當(dāng)輸入電壓；時，電壓比較器A1反相輸入端的輸入電壓大于同相輸入端的參考電壓，比較器A1的輸出電壓為負(fù)極性的信號，即低電平“0”；電壓比較器A2同相輸入端的輸入電壓大于反相輸入端的參考電壓，比較器A2的輸出電壓為正極性信號，即高電平信號“1”；RS觸發(fā)器被復(fù)位，輸出電壓u0等于0。當(dāng)輸入電壓ui1從變化到，時，電壓比較器A1反相輸入端的輸入電壓從大于同相輸入端的參考電壓變化到小于同相輸入端的參考電壓，電壓比較器

23、A1的輸出電壓從低電平“0”變?yōu)楦唠娖健?”；電壓比較器A2同相輸入端的輸入電壓大于反相端的參考電壓，比較器A2的輸出電壓為高電平“1”； RS觸發(fā)器處在保持的狀態(tài)，保持；時的輸出狀態(tài)，輸出電壓u0等于0。555定時器輸出與輸入的關(guān)系也可用功能表來描述，555定時器的功能表如表2-1所示。表2-1 555定時器的功能表ui1（TH）ui2（）uOV的工作狀態(tài)0´´0導(dǎo)通11截止1從<變化到>1截止10導(dǎo)通1從變化到<0導(dǎo)通§2.2 STC89C51單片機的介紹STC系列單片機是宏晶公司最新推出的一種新型51內(nèi)核的單片機。片內(nèi)含有Flash程序存儲

24、器、SRAM、UART、SPI、AD、PWM等模塊15。該器件的基本功能與普通的51單片機完全兼容?！?1】§2.2.1 主要功能、性能參數(shù)一、內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)51內(nèi)核，機器周期：增強型為6時鐘，普通型為12時鐘；二、工作頻率范圍：040MHZ，相當(dāng)于普通8051的080MHZ；三、 STC89C5xRC對應(yīng)Flash空間：4KB8KB15KB；四、內(nèi)部存儲器（RAM)：512B；五、定時器計數(shù)器：3個16位；六、通用異步通信口（UART）1個；七、中斷源：8個；八、有ISP(在系統(tǒng)可編程）IAP(在應(yīng)用可編程)，無需專用編程器仿真器；九、通用IO口：3236個；十、工作電壓：3.85.5V

25、；十一、外形封裝：40腳PDIP、44腳PLCC和PQFP等。§2.2.2 89C51單片機的引腳功能說明 圖2-2 STC89C51引腳一、VCC：電源電壓二、GND：地三、P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口P0寫“1”時可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址(低8位)和數(shù)據(jù)總線復(fù)位，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。四、P1口：P1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個TTE邏輯門電路。對端口寫

26、“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(ILL)。與AT89C51不同之處是，P1.0和P1.1還可分別作為定時/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入(P 1.0/T2)和輸入(P 1.1/T2EX )，參見表2-2。Flash編程和程序校驗期間，P1接收低8位地址。表2-2 P1.0和P1.1的第二功能引 腳 號 功能特性P1.0T2（定時/計數(shù)器2外部計數(shù)脈沖輸入），時鐘輸出P1.1T2EX（定時/計數(shù)2捕獲/重裝載觸發(fā)和方向控制）五、P2口：P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可

27、驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。對端口P2寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(ILL)。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器(例如執(zhí)行MOVX DPTR指令)時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器(如執(zhí)行MOVX RI指令)時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。六、P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外

28、部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流(ILL)。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表2-3所示。七、RST：復(fù)位輸入。當(dāng)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機復(fù)位。表2-3 P3口的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）P3.2（外中斷0）P3.3（外中斷1）P3.4T0（定時/計數(shù)0）P3.5T1（定時/計數(shù)1）P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）八、/VPP:外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器(地址為0000H-FFFFH ) 。 端必須保持低電平(接地)。需注

29、意的是:如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存端狀態(tài)。如端為高電平(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(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓VCC 。九、XTAL1:振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。十、XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。十一、數(shù)據(jù)存儲器：89C51有256個字節(jié)的內(nèi)部RAM,80H-FFH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，但在物理上它們是分開的17。當(dāng)一條指令訪問7FH以上的內(nèi)部地址單元時，指令中使用的

30、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)。 a)并聯(lián)振蕩電路 b)采用外部時鐘的自激振蕩器圖2-3 自激振蕩器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。十二、中斷：89C51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。十三、時鐘振蕩器：89C51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。 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

31、蕩電路，對外接電容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、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30pF士10pF，而如果使用陶瓷諧振器，建議選擇40pF士l0pF。【12】用戶也可以采用外部時鐘。采用外部時鐘的電路如圖2-3b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。 由于外部時鐘信號是通過一個2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。§2.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換

32、器電路§2.3.1 MCP32Ol相關(guān)MCP3201是Microchip公司生產(chǎn)的12位分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，可以借助兼容SPI的簡單串行接口進行通訊，具有高性能、低價格、高速度、低功耗的優(yōu)點，適用于傳感器接口、數(shù)據(jù)采集、工程控制及電池供電系統(tǒng)等諸多場所。MCP320X系列芯片是Microchip公司生產(chǎn)的的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包含MCP3201/02/04/08四種。這幾種芯片除了輸入采樣通道不同（分別為1,2,4,8）外，其余電氣特性基本一致。結(jié)合芯片的量化位數(shù)、轉(zhuǎn)換速度、轉(zhuǎn)換精度、接口方式功耗及價格等諸多方面評測，MCP320X系列與市場上極為豐富的同類產(chǎn)品相比，客觀地說，除了具備

33、寬廣的應(yīng)用領(lǐng)域外，確實具有更為出色的性價比。在對模數(shù)轉(zhuǎn)換的要求不甚苛刻的諸多場合， MCP320X幾乎具備通用解決方案的潛質(zhì)。如果考慮到實際設(shè)計中經(jīng)常會面對的多通道模擬信號采集，MCP3201結(jié)合多路模擬開關(guān)的方案在應(yīng)用上更為靈活并有助于降低系統(tǒng)的成本。 以下簡單介紹MCP3201的主要特性并具體介紹應(yīng)用接口的實現(xiàn)。 §2.3.2 MCP32Ol簡介MCP3201主要特性：一、不超過+一1 LSB的轉(zhuǎn)換精度； 二、片上采樣保持； 三、SPI兼容串行接口； 四、2755 V的單電源工作電壓； 五、VDD一5 V時高達100 ks及VDD一27 V時高達 50 ks的轉(zhuǎn)換速率； 六、VD

34、D一5 V時500 nA的典型待機電流及最大不超 過400 A的工作電流； 七、工業(yè)級工作溫度范圍一4085； 八、8引腳PDIP，SOIC，TSS()P等多種封裝。 圖2-4 MCP32O1引腳分布圖§2.3.3 MCP3201的工作時序 MCP3201完整的工作周期包括信號采樣和轉(zhuǎn)換輸出 2個環(huán)節(jié)。 信號采樣在MCP3201的 引腳出現(xiàn)下跳變后的第一個時鐘脈沖(CLK)上升沿到來時開始，在2個時鐘脈沖負(fù)跳變后結(jié)束。時鐘信號的允許頻率受芯片工作電壓信號源內(nèi)阻的影響，在V。一VREF一5 V及信號源內(nèi)阻不超過1 kfl前提下，CLK的允許頻率可高達16 MHz。恰當(dāng)?shù)腃IK頻率選擇可

35、參照圖2-5。 圖2-5 CLK頻率圖轉(zhuǎn)換輸出在CLK控制下進行，從DOUT引腳串行輸出。每個CI K下降沿到來時，轉(zhuǎn)換結(jié)果移出一位。串行移出的數(shù)據(jù)允許兩種格式：一種是高位在前的標(biāo)準(zhǔn)模式； 另一種格式是高位在前完整輸出一次轉(zhuǎn)換結(jié)果后，在CLK以約定方式持續(xù)提供脈沖信號的情況下再以低位在 前的方式輸出一次。相對而言，前一種方式為首選的實用 方式，圖2-6為這種方式的工作時序圖。圖2-6 工作時序圖§2.4 電阻應(yīng)變片原理電阻應(yīng)變片是一種將被測件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號的敏感器件。它是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一。本文詳細(xì)介紹電阻應(yīng)變片的分類，構(gòu)造，工作原理及其應(yīng)用【14】。

36、電阻應(yīng)變片應(yīng)用最多的是金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。通常是將應(yīng)變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應(yīng)變片在受力時產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進行放大，再傳輸給處理電路（通常是A/D轉(zhuǎn)換和CPU）顯示或執(zhí)行機構(gòu)。金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是電阻應(yīng)變效應(yīng)，即金屬絲在受到應(yīng)力作用時，其電阻隨著所發(fā)生機械變形(拉伸或壓縮)的大小而發(fā)生相應(yīng)的變化。電阻應(yīng)變效應(yīng)的理論公式如下： (

37、2-1)式中，電阻率（）； L金屬絲的長度（）； S金屬絲的橫截面積（）。由上式可知，金屬絲在承受應(yīng)力而發(fā)生機械變形的過程中，、L、S三者都要發(fā)生變化，從而必然會引起金屬絲電阻值的變化。當(dāng)受外力伸張時，長度增加，截面積減小，電阻值增加；當(dāng)受壓力縮短時，長度減小，截面積增大，電阻值減小。因此，只要能測出電阻值的變化，便可金屬絲的應(yīng)變情況。這種轉(zhuǎn)換關(guān)系為 (2-2)式中：R金屬絲電阻值的變化量；Ko金屬材料的應(yīng)變靈敏系數(shù),它主要由試驗方法確定，且在彈性極限內(nèi)基本為常數(shù)值；-金屬材料的軸向應(yīng)變值，因此又稱為長度應(yīng)變值，對金屬絲而言，其值在0.24-0.4之間。金屬電阻應(yīng)變片應(yīng)用于力學(xué)測量時，需要和電

38、橋電路一起使用；由于應(yīng)變片電橋電路的輸出信號微弱，采用直流放大器又容易產(chǎn)生零點漂移現(xiàn)象，故多采用交流放大器對信號進行放大處理，所以應(yīng)變片電橋電路一般都采用交流電供電，組成交流電橋。根據(jù)讀數(shù)方法的不同，電橋又分為平衡電橋和不平衡電橋兩種。平衡電橋僅適合測量靜態(tài)參數(shù)，而不平衡電橋則適合測量動態(tài)參數(shù)。 由于直流電橋和交流電橋在工作原埋上相似，為了方便起見，下面僅就直流不平衡電橋進行介紹。圖2-8 直流不平衡電橋圖2-8所示電路是輸出端接放大器的直流不平衡電橋的電路。第一橋臂接電阻應(yīng)變片R1，其他三個橋臂接固定電阻。當(dāng)應(yīng)變片R1末發(fā)生應(yīng)變時，由于沒有阻值變化，電橋維持初始平衡條件的R1.R4=R2.R

39、3，因而輸出為零。 當(dāng)應(yīng)變片產(chǎn)生應(yīng)變時，應(yīng)變片產(chǎn)生R1的電阻變化，電橋處于不平衡狀態(tài)，此時 (2-3)假設(shè)，并考慮到電橋初始平衡條件，省略去分母中的微量，則上式可寫成為 (2-4) 第三章 系統(tǒng)設(shè)計§3.1 系統(tǒng)原理單片機主控電路按鍵瓶內(nèi)液體剩余量顯示555觸發(fā)器光電感應(yīng) 模數(shù)轉(zhuǎn)換器電阻應(yīng)變電橋測量電路 圖3-1 系統(tǒng)框架圖§3.2 輸液瓶質(zhì)量測量電路圖3-2應(yīng)變片電橋電路下面計算出U+與U-的值，并得到兩者的差值。由歐姆定律可知： (3-1) (3-2)故可得到 (3-3) 圖3-3 測量電路圖對于該測量電路圖【13】，可作以下分析：對于U3A LM358_1有： (3-

40、4)對于U3B LM358_2有： (3-5)對于U4A LM358_1有： (3-6)§3.3 輸液瓶液位閥值光電檢測電路 圖3-4 光電檢測電路§3.4 主控及報警電路圖3-5 主控電路 圖3-6蜂鳴器報警電路單片機輸出方波驅(qū)動蜂鳴器工作 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計算機、打印機、復(fù)印機、報警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。 蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。蜂鳴器在電路中用字母“H”或“HA”（舊標(biāo)準(zhǔn)用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。在單片機應(yīng)用的設(shè)計上，很多方案都會用到蜂鳴

41、器，大部分都是使用蜂鳴器來做提示或報警，比如按鍵按下、開始工作、工作結(jié)束或是故障等等。由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機的I/O 口是無法直接驅(qū)動的（但AVR可以驅(qū)動小功率蜂鳴器），所以要利用放大電路來驅(qū)動，一般使用三極管來放大電流就可以了。§3.5 顯示電路圖3-7顯示電路數(shù)碼管按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、3位、4位、5位、6位、7位等數(shù)碼管，按發(fā)光二極管單元連接方式可分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管，共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)

42、字段就點亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮，當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮，由圖可知，此種數(shù)碼管為共陰極三位數(shù)碼管。數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃“a, b, c, d,e, f, g,

43、d, p“的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當(dāng)單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是哪個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。§3.6 軟件流程圖 開始 初始化顯示電路 設(shè)定輸液瓶液體容量 讀取AD求出輸液瓶液體剩余量并顯示 否-是否達到閥值 是 發(fā)出警報 結(jié)束 圖3-8 軟件流程圖16結(jié) 論本文主要設(shè)計了基于單片機設(shè)計的輸液報警系統(tǒng)，來滿足現(xiàn)在臨床醫(yī)學(xué)中輸液監(jiān)護的需要。此項設(shè)計提高了監(jiān)護的質(zhì)量，具有一定的實際意義。在硬件設(shè)計上，充分使用了光電感應(yīng)技術(shù)，加上一些消除措施，使抗干擾性大大提高。基于單片機STC89