基于單片機的智能輸液系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計-供參考

1、 基于單片機的智能輸液系統(tǒng)設(shè)計 院 系：機電與自動化學(xué)院 專 業(yè) 班：電氣工程及其自動化1004班 姓 名：張翰墨 學(xué) 號：20101131168 指導(dǎo)教師：吳 雯 2014年5月 基于單片機的智能輸液系統(tǒng)設(shè)計Design of Control System for Liquid-dropping Based on Single Chip Microcomputer摘 要 隨著智能化控制的不斷發(fā)展，自動化臨床設(shè)備的研究已成為醫(yī)療器械的一個重點.其可以減輕工作人員的壓力，提高醫(yī)護(hù)人員的工作效率。靜脈輸液是一種常見的臨床治療方法，通過在靜脈輸入起到治療的作用，本課題是研究智能輸液系統(tǒng)的設(shè)計方法，本

2、方案是基于AT89S51控制的。這個系統(tǒng)操作簡潔、上手較快、具有報警功能并且方便集中控制，在現(xiàn)代醫(yī)療事業(yè)具有較大意義，推動了自動化的智能醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展, 有利于提高醫(yī)護(hù)質(zhì)量。本課題的主要功能有：實現(xiàn)了利用電路采集液滴速度，可設(shè)置液滴速度并且進(jìn)行比較，可顯示液滴滴速和剩余輸液時間；可自行設(shè)置液滴滴速；在輸液剩余液量低于設(shè)定值，自動報警，或者輸液過程出現(xiàn)特殊情況也可報警。補充了這個方向的輸液系統(tǒng)的部分研究空白，對于設(shè)備結(jié)構(gòu)的分析和其電子設(shè)計的研究具有重要意義；通過理論分析，很好的分析了整個輸液系統(tǒng)的理論與實踐基礎(chǔ)。本課題的研究成果為輸液系統(tǒng)的研究提供了豐富的信息。關(guān)鍵詞：51單片機 醫(yī)院輸液系統(tǒng)

3、輸液監(jiān)控 Abstract With the continuous development of intelligent control, clinical research automation equipment has become a focus of medical devices. It can reduce the pressure of staff, improve the working efficiency of medical staffs. Intravenous infusion is a common clinical treatment，the treatment

4、 effect in the vein of the input,this topic is the design method of the intelligent infusion system, the scheme is based on AT89S51 control. This system operation is simple, started fast, has an alarm function and convenient centralized control, is of great significance in modern medical enterprise，

5、promote the development of intelligent medical business automation，is conducive to improving the quality of medical care. The main function of this subject: the circuit for collecting the droplet velocity，droplet velocity can be set and compared, can display the drop speed and the rest of the infusi

6、on time; can set up their own drop speed; in the infusion of remaining liquid volume is lower than the set value, the automatic alarm, or infusion process there are special circumstances can also alarm. Part of the research blank infusion system added to the direction, have important significance fo

7、r analyzing the structure of the equipment and electronic design research; through theoretical analysis, a very good analysis of the theory and practice basis of the infusion system. The results of research on this to picprovides abundant information for the study of transfusion system.Key words: 51

8、MCU hospital infusion system transfusion monitoring目 錄 HYPERLINK l _Toc325389639 摘要 PAGEREF _Toc325389637 h I HYPERLINK l _Toc325389639 Abstract PAGEREF _Toc325389638 h II TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc325389639 緒論11 HYPERLINK l _Toc359575175 課題的背景和意義2 HYPERLINK l _Toc359575176 1.1 醫(yī)療輸液監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計背景2 H

9、YPERLINK l _Toc359575177 1.2 醫(yī)療輸液監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計意義2 HYPERLINK l _Toc359575178 1.3 系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵問題3 HYPERLINK l _Toc359575179 2 系統(tǒng)方案設(shè)計與論證4 HYPERLINK l _Toc359575180 2.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計方案4 HYPERLINK l _Toc359575181 2.2 點滴速度測量電路方案4 HYPERLINK l _Toc359575182 2.3 液面檢測電路方案選擇5 HYPERLINK l _Toc359575183 2.4 電機控制滴速電路6 HYPERLINK l

10、 _Toc359575186 2.5 顯示器接口電路方案6 HYPERLINK l _Toc359575187 2.6 鍵盤接口電路方案7 HYPERLINK l _Toc359575190 2.7 單片機型號的選擇與論證7 HYPERLINK l _Toc359575194 3 輸液系統(tǒng)各模塊硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc359575194 h 11 HYPERLINK l _Toc359575195 3.1 控制電機模塊設(shè)計 PAGEREF _Toc359575195 h 11 HYPERLINK l _Toc359575198 3.2 數(shù)據(jù)采集模塊 PAGEREF _Toc35957

11、5198 h 12 HYPERLINK l _Toc359575202 3.3 電源模塊16 HYPERLINK l _Toc359575203 3.4 聲報警模塊 PAGEREF _Toc359575203 h 16 HYPERLINK l _Toc359575204 3.5 復(fù)位電路 PAGEREF _Toc359575204 h 17 HYPERLINK l _Toc359575205 3.6 顯示模塊 PAGEREF _Toc359575205 h 17 HYPERLINK l _Toc359575210 3.7 鍵控模塊18 HYPERLINK l _Toc359575211 4 系

12、統(tǒng)軟件及框圖設(shè)計20 HYPERLINK l _Toc359575212 4.1 滴速檢測子程序20 HYPERLINK l _Toc359575213 4.2 電機控制子程序21 HYPERLINK l _Toc359575214 4.3 鍵盤程序22 HYPERLINK l _Toc325389654 結(jié)論24致謝25 HYPERLINK l _Toc325389656 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc325389656 h 26 HYPERLINK l _Toc325389657 附錄一總體設(shè)計原理圖27緒 論隨著科技的進(jìn)步，越來越多的地方需要用到對液體的流量或者滴速進(jìn)行控制，如人工腎

13、機的透析液儲液罐中透析液儲量、自動洗胃機中沖洗液的液量、中藥使用的藥浴機中煎藥鍋中的水位等，醫(yī)療保健領(lǐng)域中藥液的輸液量與輸液速度需要精確的控制以達(dá)到更好治療效果。根據(jù)我國各地衛(wèi)生廳的標(biāo)準(zhǔn)不同輸液系統(tǒng)的滴速設(shè)定也不盡相同，湖北省衛(wèi)生廳的護(hù)理技術(shù)操作規(guī)范規(guī)定：成人靜脈輸液滴速4060滴/min，兒童及老年人2040滴/min；高于此標(biāo)準(zhǔn)10滴/min為過快；低于此標(biāo)準(zhǔn)10滴/min為過慢。而遼寧省衛(wèi)生廳規(guī)定以滴速40-60滴/min為標(biāo)準(zhǔn)，高于70滴/min為過快，低于30滴/min為過慢，基于此我們可以看出靜脈輸液作為一種常見的臨床治療方法，通過向靜脈輸入藥液起到治療的作用，滴速控制尤為重要，并

14、且新藥品越來越多，在治療疾病的過程中，采用靜點輸液治療方法已越來越普遍。然而，在輸液過程中，不同藥液，不同年齡患者均有其不同的最佳滴速要求。滴速過快、過慢均會影響療效甚至給患者帶來不適；此外在輸液過程中，當(dāng)輸液完成需要換藥液時，需要醫(yī)務(wù)人員發(fā)現(xiàn)不及就會出現(xiàn)空氣進(jìn)入血管內(nèi)形成空氣栓塞，凝血堵塞針頭等情況，輕則延誤治療，重則會危及病人生命安全，發(fā)生事故，還有當(dāng)病人單獨輸液時，有可能睡著或者忘記觀察剩余藥液量引起血液外流等事故。綜上可以看出輸液監(jiān)護(hù)控制系統(tǒng)在未來醫(yī)療中的重要地位和作用。 1 課題的背景和意義1.1 醫(yī)療輸液監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計背景隨著智能化控制的不斷發(fā)展，自動化臨床設(shè)備的研究已成為醫(yī)療器械的

15、一個重點.其可以減輕工作人員的壓力，提高醫(yī)護(hù)人員的工作效率。靜脈輸液是一種常見的臨床治療方法，通過在靜脈輸入起到治療的作用，所以其滴速的控制很重要，隨著新藥品研發(fā)的越來越多，采用靜點輸液治療方法在治療疾病的過程中已變得很普遍了。然而，在輸液過程中，對于不同藥液，不同年齡患者均有其不同的最佳滴速要求。其滴速過快或者過慢均會影響治療效果；在輸液過程中，若需要換輸液，若發(fā)現(xiàn)不及就會出現(xiàn)空氣進(jìn)入血管內(nèi)就會危及病人生命安全，還有當(dāng)病人單獨輸液時，由于睡著或者忘記觀察藥液量導(dǎo)致血液外流等事故。以上就體現(xiàn)出輸液監(jiān)控的重要地位和作用。本課題就是針對以上問題進(jìn)行設(shè)計研究，對提高醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展起到很大的作用。利用

16、科技去提高整個醫(yī)療事業(yè)，是造福整個人民的好事情，對于此我們應(yīng)努力的去改善。1.2 輸液監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的背景本設(shè)計所針對的醫(yī)療產(chǎn)品在國內(nèi)只有一些大型醫(yī)院引進(jìn)。在國內(nèi)輸液裝置的研究相對起步較晚，在市場上也存在一定國產(chǎn)輸液裝置。但是總體來說，國內(nèi)的自動輸液系統(tǒng)需要很長的路要走。并且國內(nèi)的醫(yī)療設(shè)備技術(shù)相對落后、種類方面也相對較少、性能與質(zhì)量也參差不齊。而智能輸液系統(tǒng)在國外的發(fā)達(dá)國家，如、日本、美國等研制的較早并且種類較多，其也基本實現(xiàn)了智能化，在醫(yī)院輸液監(jiān)控使用已經(jīng)十分普遍。醫(yī)療設(shè)施發(fā)展趨勢在于單片機智能輸液系統(tǒng)的發(fā)展，單片機的性價比優(yōu)越，而以前的輸液系統(tǒng)，其一單片機價格比較貴，且操作不容易實現(xiàn)，對滴速

17、控制精度也低?，F(xiàn)在的單片機可以進(jìn)行多個系統(tǒng)的控制，減輕工作人員的壓力，提高醫(yī)護(hù)工作效率。在人為控制下可能對病人帶來麻煩，以前的臨床輸液中有患者醫(yī)護(hù)人員觀察監(jiān)視藥液余量,此方法涉及的精力大且效率低，不利于醫(yī)療的綜合管理。而使用智能輸液系統(tǒng)只要考慮周到，運行的時候就可以解決以上問題，因此，基于單片機的智能輸液系統(tǒng)會在醫(yī)療中得到廣泛應(yīng)用。該課題研究具有應(yīng)用價值，對于提高我國的醫(yī)療水平有深遠(yuǎn)影響。醫(yī)療的安全問題離不開科技，利用科技去提高醫(yī)療事業(yè)是對醫(yī)療事業(yè)的一大促進(jìn)。1.3 系統(tǒng)設(shè)計需要解決的問題 （1） 如何準(zhǔn)確監(jiān)測藥物剩余量。 （2） 如何提示護(hù)士應(yīng)該換藥。 （3） 怎么樣控制滴速。 （4） 怎么

18、樣使整個系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。 2 系統(tǒng)方案設(shè)計與論證2.1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計方案本課題的輸液系統(tǒng)分為以下部分：儲液液面檢測、滴速測量模塊，點滴速度控制（電機系統(tǒng)控制）模塊，鍵盤顯示模塊。結(jié)構(gòu)圖如下圖2-1 。圖2-1 總體結(jié)構(gòu)框圖2.2 點滴速度測量電路方案速度測量在設(shè)計中占有極其重要的位置，它是本系統(tǒng)的基礎(chǔ)，在進(jìn)過分析思考后整理出以下幾種方案：方案一：采用反射式的紅外光電傳感器將反射式紅外傳感器放置于輸液器的漏斗一端，在液滴下落時，利用紅外線的反射能力，接收端將檢測到信號。但是有很多不穩(wěn)定因素如水滴的表面不規(guī)則，收集到的反射信號弱，并且對于液滴下落時要和傳感器的夾角要很精確，方案二：采用槽式紅外光

19、電開關(guān)采用槽式紅外對射式光電開關(guān)，其功能齊全，體積小，具備交直流通用型，抗震性能好，液滴檢測穩(wěn)定，很適合精度要求高的醫(yī)療設(shè)備，此方案成本低。通過測量兩點滴下落的間隔通過計算就可以確定滴速。 經(jīng)考慮選用方案二。2.3 液面檢測電路方案方案一：紅外對管發(fā)射接收。根據(jù)接收的光強的大小判斷液位是否到警戒水位，若達(dá)到警戒水位則反饋到單片機，進(jìn)行中斷報警。方案二：稱重傳感器檢測。利用稱重傳感器對總質(zhì)量與實際警戒水位質(zhì)量相比較，當(dāng)測量總質(zhì)量與設(shè)定值相等時發(fā)出報警。比較上述方案，選擇方案一，其實用、方便，也能保證測量的準(zhǔn)確度。2.4 電機控制滴速電路方案2.4.1 電機控制滴速的方案設(shè)計方案一:通過步進(jìn)電機和

20、滑輪系統(tǒng)控制儲液瓶的高度，來達(dá)到控制液滴流速的目的；由公式：可以看出，滴速是受藥液的高度的影響的。則我們需要做大量的實驗去測試對應(yīng)高度的滴速，將結(jié)果存入單片機內(nèi)，當(dāng)?shù)竭_(dá)一個高度的時候就直接從單片機內(nèi)調(diào)出。同時當(dāng)通過按鍵輸入一個滴速的時候，都可以使步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動，到達(dá)特定的高度，使其滴速為設(shè)定好的值。 方案二:通過控制滴速夾的松緊程度來控制液滴流速。但這樣只是大致的去設(shè)定一個滴速，不具有精確性。而且影響其使用的因數(shù)也多，不易規(guī)律的實驗出。經(jīng)過綜合比較，我們決定選擇第一項的方案。模擬示意圖如圖2-2。圖2-2 輸液模擬示意圖2.4.2 電動機及驅(qū)動方案方案一：伺服電機伺服電機可以接收電信號，然后轉(zhuǎn)換

21、成轉(zhuǎn)動軸上的角速度與角位移。其轉(zhuǎn)速要比電機在負(fù)載時的轉(zhuǎn)速高很多。但是就伺服電機的使用情況來說，多數(shù)是在低的轉(zhuǎn)動慣量、高的啟動轉(zhuǎn)矩和大轉(zhuǎn)矩的系統(tǒng)里。并且伺服電機的價格較高，很少使用。方案二：直流電機直流電機上電后立馬轉(zhuǎn)動，掉電后慣性較大，停機時還要轉(zhuǎn)動一定角度后才可停下來。轉(zhuǎn)矩小、沒有抱死功能，如果要求準(zhǔn)確地停在一個位置，其閉環(huán)算法太復(fù)雜。方案三：步進(jìn)電機步進(jìn)電機主要是把電脈沖信號轉(zhuǎn)換成輸出軸的轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速，容易開啟停止、正反轉(zhuǎn)及變速,動態(tài)響應(yīng)快。價格適中，控制精度較高，適用于較為精確的測量中，還可以有效提高輸液速度的控制精度。步進(jìn)電機每輸入一個脈沖信號，轉(zhuǎn)子就會轉(zhuǎn)過一個角度，步進(jìn)電機會輸出特定的

22、角位移或者線位移，其與輸入脈沖數(shù)成正比例，步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)速也與脈沖頻率成正比例關(guān)系。本文以單片機為核心，控制了步進(jìn)電機的工作，可以在一剎那實現(xiàn)啟停動作，并且其步距角的降低較小，延時短，定位準(zhǔn)確，精度高，可操作性較強。綜合考慮，選用步進(jìn)電機作為電機驅(qū)動控制電路。2.5 顯示器接口電路方案此設(shè)計里要可以設(shè)定滴速。其顯示內(nèi)容需要有設(shè)定值和實際滴速。經(jīng)過考慮和設(shè)計有以下兩種設(shè)計方案：方案一：采使用(LCD)液晶顯示屏。雖然液晶顯示屏有功耗小、輕巧較薄等優(yōu)點，但編程較數(shù)碼管難并且對于字符的要求較大，需要單獨編譯。并且相比于數(shù)碼管節(jié)能較差。對于以后產(chǎn)品會有一定影響。方案二：采用數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管具備低能耗、

23、低損耗、低壓、壽命長、且環(huán)境的要求較低等特性。而且數(shù)碼管編程簡單，完全可以滿足顯示方案的數(shù)據(jù)。綜合比較以上兩種方案，結(jié)合本設(shè)計的要求可知采用方案二較為合適。2.6 鍵盤接口電路方案鍵盤是人為向機器輸入的基本設(shè)備，可以有編碼鍵盤和非編碼鍵盤，在此設(shè)計內(nèi)我們選擇成本較低技術(shù)成熟的非編碼鍵盤，非編碼鍵盤有一下幾種分類：獨立式按鍵電路、矩陣式鍵盤電路，中斷式鍵盤電路等。根據(jù)其特點我們提出了一下兩種方案：方案一：獨立鍵盤使用于輸入端口較多，調(diào)用快捷，且每個鍵的工作狀態(tài)不會影響其他幾個鍵的情況，此方案可以大大減少程序的內(nèi)容，編程較簡單，使用起來也很方便，對于本設(shè)計，對于鍵盤的需求不大，只需要進(jìn)行簡單的操作

24、即可。方案二：此鍵盤是將按鍵分為行和列，都有交叉點，鍵兩端接于行和列上，一般有4*4、8*8、4*8的規(guī)格，用戶可以根據(jù)自己的需求選擇合適自己的規(guī)格，但因為本設(shè)計簡單可操作故不符合。該系統(tǒng)使用的按鍵數(shù)較少，故采用獨立式鍵盤最為合適。2.7 單片機型號的選擇與論證2.7.1 現(xiàn)有主流單片機的概述現(xiàn)主流的單片機有很多，如51系列、ARM系列等。我們使用的AT89S51是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K系統(tǒng)，可編程序的存儲器。使用Atmel公司的高密度非易失性存儲器技術(shù)及產(chǎn)品制造工業(yè)80C51指令和引腳完全兼容。片中的程序存儲器系統(tǒng)程序可編程。在單芯片上，51是擁有靈巧的8位CPU以

25、及系統(tǒng)的可編程Flash，使得AT89S51在許多的嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到十分廣泛的應(yīng)用。 AT89S51的低能耗，是一種高性能CMOS8位微控制器，具有8K閃存使用programmable.atmel高密度非易失性存儲器的制造技術(shù)、指令和引腳完全兼容80S51的工業(yè)產(chǎn)品。在芯片上的Flash程序存儲器，可以在系統(tǒng)編程，但也為裝置經(jīng)典的編程。在一個芯片，用8位CPU和在系統(tǒng)可編程閃存的靈活性，使得控制系統(tǒng)應(yīng)用集成提供一個靈活的解決方案，許多非常有效?；緲?biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)的256字節(jié)的閃存，32位的I/O線，定時器，指針數(shù)據(jù)，36位定時/計數(shù)器，水平向量中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行端口，在水晶板和電

26、路的邏輯horloge以及fonct靜態(tài)ionnement可以減少到2000赫茲，可選擇節(jié)能模式兩種軟件模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM，定時器/計數(shù)器，串口、中斷繼續(xù)工作。當(dāng)功率保護(hù)模式，RAM內(nèi)容存儲，振蕩器是停止工作的的，所有的工作的單片機停止，直到一個中斷或硬件復(fù)位為止。2.7.2 單片機的選用主要的功能如下：與MCS-51HYPERLINK /view/1012.htm單片機產(chǎn)品兼容；8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程HYPERLINK /view/1493903.htmFlash存儲器；1000次擦寫周期；全靜態(tài)操作：0Hz-33MHz；三級加密HYPERLINK /view/421

27、016.htm程序存儲器；32個可編程I/O口線；三個16位HYPERLINK /view/281961.htm定時器/HYPERLINK /view/259701.htm計數(shù)器；8個HYPERLINK /view/600195.htm中斷源；全雙工HYPERLINK /view/245027.htmUART串行通道；低功耗空閑和掉電模式；掉電后中斷可喚醒；HYPERLINK /view/1313309.htm看門狗定時器；掉電HYPERLINK /view/390932.htm標(biāo)識符。 以下圖2-3為引腳圖：圖2-3 AT89S51的引腳圖 AT89S51是一種低功耗、高性能CMOS8位微控

28、制器，具有8K系統(tǒng)，可編程序的存儲器。使用Atmel公司的高密度非易失性存儲器技術(shù)及產(chǎn)品制造工業(yè)80S51指令和引腳完全兼容。片中的程序存儲器系統(tǒng)程序可編程。在單芯片上，51是擁有靈巧的8位CPU以及系統(tǒng)的可編程Flash，使得AT89S51在許多的嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到十分廣泛的應(yīng)用。最小系統(tǒng)圖如圖2-4。圖2-4 AT89S51最小系統(tǒng)電路圖2.7.3 單片機I/O口管腳分配VCC:電源GND:地 P0口：P0端口是8位雙向的漏極開路的I/O口。當(dāng)作輸出口用時，每位可以驅(qū)動8個TTL型的邏輯電平。當(dāng)我們對P0口寫入“1”時，此引腳就用作高阻抗輸入來使用。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器的時候，

29、P0端口會作為低8位的地址/數(shù)據(jù)來使用。在這種情況下，P0端口就具有內(nèi)部的上拉電阻了。在我們用flash進(jìn)行編程時，P0端口會接收發(fā)送到的指令字節(jié)；在校驗程序的時候，會輸出指令字節(jié)的。我們知道在程序校驗時，需要合適的外部上拉電阻。 P1口：P1端口是雙向的有內(nèi)置的上拉電阻8位I/O口，P1口上的輸出端的緩沖器可以同時驅(qū)動四個TTL型的邏輯電平進(jìn)行工作。當(dāng)我們對P1口寫入“1”的時候，其內(nèi)部的上拉電阻就會拉高端口，該端口就可以當(dāng)作輸入口來使用了。當(dāng)作為輸入使用時，在內(nèi)部電阻作用下外部被放低的引腳，將會輸出IIL型電流。此外，P1.0會作為計數(shù)器/定時器2的外部計數(shù)的輸入端口，P1.2會作為計數(shù)器

30、/計時器2觸發(fā)的輸入端口。當(dāng)我們對flash校驗和編程的時候，P1端口會接到低8位的地址字節(jié)。 P1引腳第二功能如表2-1所示：表2-1 P1引腳的第二功能P1.0T2用作定時器/計數(shù)器T2的外部的計數(shù)輸入端口和時鐘的輸出端口P1.1T2EX用作定時器/計數(shù)器T2的重載/捕捉觸發(fā)的信號與方向控制P1.5MOSI系統(tǒng)編程時用P1.6MISO系統(tǒng)編程時用P1.7SCK系統(tǒng)編程時用 P2口：P2端口是雙向的具有內(nèi)部的上拉電阻的8位的I/O端口，P2口上的輸出緩沖器可以驅(qū)動四個TTL型的邏輯電平。當(dāng)我們對P2端口寫入“1”的時候，其內(nèi)部的上拉電阻就會把端口拉高，此時就當(dāng)作輸入口來使用了。當(dāng)該端口被當(dāng)作

31、輸入口來使用時，在外部被拉低的引腳在內(nèi)部電阻的作用下，將輸出IIL型電流。在訪問外部的程序存儲器時，P2端口會送出高8位的地址，用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器時也是這樣。此時，P2端口會使用很強內(nèi)部上拉來發(fā)送“1”。在使用8位的地址來訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的時候，P2端口會輸出P2鎖存器中的內(nèi)容。當(dāng)在用flash編程和校驗的時候，P2端口會依據(jù)接收到的高8位地址字節(jié)和控制信號來工作。 P3口：P3是雙向的具有內(nèi)部的上拉電阻的8位的I/O端口，P3上的輸出緩沖器可以驅(qū)動四個TTL型的邏輯電平工作。當(dāng)我們對P3口寫入“1”的時候，其內(nèi)部的上拉電阻就會把端口拉高，該端口就可以當(dāng)作輸入口來使用。當(dāng)其當(dāng)作輸

32、入口使用時，在外部被拉低的引腳在內(nèi)部電阻的作用下，將會輸出IIL型電流。P3端口也可以作為AT89S52的特殊功能來使用。另外，在我們進(jìn)行flash編程驗的時候，P3端口也會接收控制信號。3 輸液系統(tǒng)硬件設(shè)計在第二章的方案論證基礎(chǔ)上，第三章主要對各個硬件結(jié)構(gòu)以及主要硬件部分進(jìn)行了論證。3.1 控制電機模塊設(shè)計本設(shè)計所使用的為步進(jìn)電動機。使用單片機去控制步進(jìn)電機是很方便和精準(zhǔn)發(fā)的，利用單片機去輸出相應(yīng)脈沖，每兩個脈沖可以使其轉(zhuǎn)動相應(yīng)的角度。通過這樣的程序，我們就可以控制電機轉(zhuǎn)動。同時也可以精確的確定其轉(zhuǎn)動的角度，于此我們可以控制滴袋的高低，以調(diào)節(jié)滴速。3.1.1 步進(jìn)電動機的工作原理步進(jìn)電機是將

33、脈沖信號轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行器件。當(dāng)步進(jìn)電機的驅(qū)動器接收到的由單片機發(fā)出的脈沖信號，它可以驅(qū)動步進(jìn)電機按設(shè)定方向旋轉(zhuǎn)一個固定的角度(稱為“步距角”)，它的運動是按照固定的角度一步一步運行的。首先可以通過控制輸入脈沖的個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到電機轉(zhuǎn)動的目的；其次，通過單片機輸出脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度以及加速度。從而可以達(dá)到調(diào)節(jié)速度的目的。步進(jìn)電機是可以作為控制用的特殊的電機。廣泛的使用在各種開、閉環(huán)控制，他可以不積累誤差?，F(xiàn)在比較常見的步進(jìn)電機有單相式步進(jìn)電機、永磁式步進(jìn)電機（PM）、混合式步進(jìn)電機（HB）和反應(yīng)式步進(jìn)電機（VR）等?；旌鲜讲竭M(jìn)電機就是指混合了永磁式與反應(yīng)式的兩個優(yōu)點。它

34、又可以分為兩相和五相：兩相步進(jìn)電機的步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)電機的步進(jìn)角一般為0.72度?，F(xiàn)在這種步進(jìn)電機的應(yīng)用最為廣泛，也是本課題的驅(qū)動方案所選用的步進(jìn)電機。3.1.2 步進(jìn)電機控制原理步進(jìn)電機區(qū)別于其他電機的最大特點是，它可以通過單片機輸入脈沖信號進(jìn)行控制，即電機的轉(zhuǎn)動的總角度可以由輸入脈沖數(shù)決定，而電機的轉(zhuǎn)速是由脈沖信號的頻率決定。步進(jìn)電機的驅(qū)動電路是根據(jù)控制信號工作，而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 通電換相的這一過程是脈沖分配。比如：三相步進(jìn)電機的三相三拍工作方式，其各相通電的順序以此為A-B-C-A，通電控制的輸出脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序去分別

35、控制A-B-C-A相的通斷。(2) 控制步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)向當(dāng)給步進(jìn)電機以正序脈沖輸出通電，則步進(jìn)電機的工作狀態(tài)為正轉(zhuǎn)，若按反序通電換相則電機反轉(zhuǎn)。(3) 控制步進(jìn)電機的速度當(dāng)控制單片機的輸出為一個一個脈沖的時候，它就可以一步一步的進(jìn)行轉(zhuǎn)動，每兩個脈沖直接可以轉(zhuǎn)動相應(yīng)的角度，并且兩個脈沖輸出的間隔時間越短，其電機轉(zhuǎn)動速度越快。所以我們就可以控制單片機的輸出脈沖頻率去控制電機轉(zhuǎn)動。單三拍的相序為ABCA時，電機正轉(zhuǎn)；反之ABC2最大正向電流(mA) 50發(fā)光峰值波長(nm)940正向壓降(v)1.5半峰寬度(A)400反向電流(A)50結(jié)電容(pf)100反向耐壓(v)5截止頻率(mHZ)13.2.3

36、 光敏三極管的主要參數(shù)光敏三極管又稱光電三極管，它是一種光電轉(zhuǎn)換器件，其基本原理是光照到P-N結(jié)上時，吸收光能并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。下表為光敏三極管的主要性能參數(shù)，根據(jù)此性能參數(shù)對滴速度進(jìn)行設(shè)計。如表3-2。表3-2 光敏三極管的主要參數(shù)參數(shù)符號額定值工作溫度()Topr-65 +125存儲溫度()Tstg-65 +150集射極擊穿電壓(v)Vceo45集電極基極擊穿電壓(v)Vcbo45發(fā)射極基極擊穿電壓(v)Vebo5功率損耗(mW)Pd300集電極電流(mA)Ic1.0飽和電壓(v)Vce0.4峰值波長(nm)940開啟時間(s)Ton8切斷時間(s)Toff73.3 電源模塊電源模塊在電路設(shè)計

37、中是非常重要的,電壓太大,就會導(dǎo)致電流過大,易減少元器件的壽命,至?xí)龎膯纹瑱C的芯片,造成不可估算的損失，本系統(tǒng)需要的電平包括:5V電壓的使用模塊為：單片機控制芯片、紅外對管、步進(jìn)電機以及報警電路。則在本設(shè)計中用單電源方案,單電源方案優(yōu)點是系統(tǒng)簡單、工作可靠。在設(shè)計中我們采用穩(wěn)壓的7805為主要的器件，所有元件的適中電壓+5V，通過變壓器先把生活中使用的交流電220v變換成+5V的電壓，再用穩(wěn)壓器7805把它穩(wěn)定在5V。主要思路為變壓-穩(wěn)壓。電路圖如下圖所示：IC采用集成穩(wěn)壓器7805，C1、C2分別為輸入端和輸出端濾波電容，RL為負(fù)載電阻。當(dāng)輸出電較大時，7805應(yīng)配上散熱板。 電源電路圖如

38、圖3-5。圖3-5 電源電路圖3.4 報警模塊報警電路如圖3.6所示，將接口接于單片機P1.0腳，在輸液前，根據(jù)病人的情況設(shè)定輸液速度，當(dāng)點滴的速度低于10滴/分或高于70滴/分的情況下，單片機會發(fā)出信號使P1.0輸出高電平，將觸發(fā)蜂鳴器報警裝置，蜂鳴器會發(fā)出響聲。如有人按報警按鈕，I/O口也會輸出高電平，觸發(fā)蜂鳴器報警，以提醒醫(yī)生和病人進(jìn)行相關(guān)的應(yīng)急措施，避免危險事故發(fā)生。如在10秒后仍然無人處理，則關(guān)閉輸液器以保證病人安全。還有一種情況，當(dāng)?shù)嗡僭O(shè)定為一個值如X滴/min時，滴液小于5X/20毫升時也會使單片機產(chǎn)生中斷觸發(fā)報警。報警電路如圖3-6。圖3-6 報警電路3.5 復(fù)位電路本系統(tǒng)采用

39、的為手動復(fù)位，持續(xù)按復(fù)位鍵將會在RST端會產(chǎn)生高電位，之后會產(chǎn)生復(fù)位。電路圖如圖3-7：圖3-7 復(fù)位電路3.6 顯示模塊按照相關(guān)的規(guī)定，輸液時液速的正常范圍應(yīng)該是每分鐘30到150滴,所以本系統(tǒng)的數(shù)碼管選擇了三位, LED顯示模塊使用了74HC164驅(qū)動共陰數(shù)碼管。74HC164是8位的邊沿觸發(fā)式的移位寄存器，它是串行的輸入數(shù)據(jù)，然后再并行的輸出。這樣數(shù)據(jù)便可通過兩輸入端（DSA或DSB）之一進(jìn)行串行輸入，任一個輸入端都可以用作高電平的使能端，來控制另一個輸入端輸入數(shù)據(jù)。從單片機的串口輸出的信號首先要送到最左邊的移位寄存器（74HC164）,因為移位脈沖的作用，數(shù)據(jù)便向右移，以此完成顯示。采

40、用串行顯示，與并行顯示相比，串行顯示占用接口少，更加適用于本系統(tǒng)，數(shù)碼顯示的電路如圖所示。顯示電路的功能是顯示電壓與滴速,開機顯示了電壓的電量,醫(yī)務(wù)人員會根據(jù)實際情況決定是否應(yīng)需要插入電源,保證輸液過程的正常工作。當(dāng)有液滴滴下時,就開始顯示：一方面可以方便護(hù)士在給病人輸液時調(diào)節(jié)藥液滴速,這樣就防止了只憑經(jīng)驗來調(diào)速，造成調(diào)速不準(zhǔn)的醫(yī)療隱患;另一方面方便了護(hù)士巡房,使醫(yī)療服務(wù)更加的準(zhǔn)確、高效。以下圖3-8為顯示電路圖：圖3-8 數(shù)碼管顯示電路3.7 鍵控模塊常用的按鍵接口一般分為獨立式按鍵接口設(shè)計、專用芯片式設(shè)計和矩陣式接口設(shè)計幾種。具體情況下采用哪種方式 ,應(yīng)該實際情況而定。下面分別介紹這幾種不

41、同的接口方式優(yōu)缺點以及適用場合。 （1） 獨立式按鍵接口設(shè)計單一按鍵接口設(shè)計的優(yōu)點是電路設(shè)計的軟件。但缺點也很明顯，需要所有鍵的總線，但這樣讓很多資源浪費比較嚴(yán)重，電路結(jié)構(gòu)也復(fù)雜了。所以這次的方法主要是用更少的操作速度而使用簡單的設(shè)備。易于實現(xiàn)的同時，也可以采用查詢方式。 （2） 專用芯片式設(shè)計專用鍵盤處理芯片一般功能比較完善，芯片自己能進(jìn)行編碼，掃描，消抖和重按鈕等的處理問題，甚至像8279顯示接口功能集成了。專用鍵盤處理芯片的優(yōu)勢明顯，可靠性高，界面簡單，使用方便，適合處理很多的按鈕。但是很多的應(yīng)用，如果考慮成本因素，可能是最好的選擇。 （3） 矩陣式接口設(shè)計矩陣式按鍵設(shè)計適應(yīng)于按鍵數(shù)量較

42、多,又不想使用專用鍵盤芯片的場合。這種方式的按鍵接口由行線和列線組成 ,按鍵位于行、列的交叉點上。這種方式的優(yōu)點就是相對于獨鍵盤控制我們采用了4乘4按鍵采用坐標(biāo)查詢的方式來識別按鍵，這是4乘4按鍵的基本原理圖。其中P0、P1、P2、P3為輸出端口，P4、P5、P6、P7為輸入端口。當(dāng)P0、P1、P2、P3都為高電平的時候，無論哪個按鍵被按下了，都與按鍵沒被按下的狀態(tài)相同，P4、P5、P6、P7端口的輸入信號都為高電平。當(dāng)P0為低電平，P1、P2、P3都為高電平時，若1號按鍵被按下，那么，P4口相當(dāng)于和P0口直接相連，于是，P4口就讀入低電平，而其他三個口讀入為高電平。若2號按鍵被按下，同理，P

43、5口就讀入低電平，其他三個端口讀入為高電平。其他的5、6、7、8、9、0、A、B、C、D、E、F按鍵被按下時都沒有反應(yīng)。這樣就達(dá)到了識別1、2、3、4號按鍵的功能了，當(dāng)P1輸出低電平，P0、P2、P3端口為高電平時，同理，可以識別5、6、7、8號按鍵了。按照這種方式，我們就可以通過8個引腳逐列地掃描按鍵，達(dá)到識別16個按鍵的功能，而不需要像獨立按鍵那樣需要16個引腳，大大地節(jié)約了單片機的端口資源。按鍵電路如圖3-9。圖3-9 鍵盤電路4 系統(tǒng)軟件及框圖設(shè)計系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括的模塊有：滴速監(jiān)測子模塊、電機控制子模塊、報警子模塊、顯示子模塊、鍵盤子模塊等。 程序設(shè)計應(yīng)有滴速計算，可以防止滴速引起的

44、患者輸液不適，當(dāng)出現(xiàn)這樣的情況，可以通過控制電機來控制液瓶的高低，用于調(diào)節(jié)滴速；還具有液面檢測模塊，可以檢測警戒水位并且進(jìn)行液量的報警。4.1 滴速檢測子程序本系統(tǒng)采用的是光電開關(guān)采集信號，當(dāng)有液滴通過就會有信號變化，這時會產(chǎn)生一個脈沖，然后記錄下2次液滴的信號變化，通過程序運算就可以得出液滴滴速，其流程圖如圖4-1：YNYN初始化判斷P1.7=1即是否有液滴啟動定時器在檢測P1.7=1即檢測第二滴停止計時器利用中斷次數(shù)得到時間計算出液滴速度圖4-1 檢測程序框圖4.2 電機控制子程序電機運動就是根據(jù)現(xiàn)在的系統(tǒng)的狀態(tài)來設(shè)定。如果在設(shè)定范圍之內(nèi)，就不會有動作，當(dāng)小于設(shè)定值其程序就會進(jìn)入正轉(zhuǎn)程序，

45、反正就是反轉(zhuǎn)。程序圖如圖4-2。NNY測試滴速子程序比較原速度與目的速度是否相等目的速度是否大于原速度提高點滴速度其他子程序Y降低點滴速度圖4-2 電機控制程序框圖4.3 鍵盤程序系統(tǒng)有復(fù)位鍵，另外根據(jù)需要拓展了“加減”，“減鍵”報警鍵除復(fù)位鍵外擴展了三個鍵，首先程序會檢測有無按鍵輸入，若無則單片機無動作，若有則進(jìn)行其他程序動作。加減主要為設(shè)定滴速，通過按鍵輸入來設(shè)定滴速的大小。另外報警分為主動以及自動，當(dāng)有人按鍵報警時，可以自報警，若無，當(dāng)觸發(fā)報警程序時候，在10s內(nèi)無人處理則會自動報警。當(dāng)報警結(jié)束后會自動停止報警，同時停止滴液，以保證病人安全。程序框圖如圖4-3。圖4-3 鍵盤程序框圖結(jié)

46、論 靜脈輸液是臨床醫(yī)學(xué)中經(jīng)常要使用的一種治療手段。但從長期以來的醫(yī)療事業(yè)情況上來看一直都還是以人工監(jiān)控為主，不但需要專人監(jiān)護(hù)，而且還加重了護(hù)理人員以及病人的勞動強度。所以我們?yōu)榱藴p輕醫(yī)服人員的勞動強度，及病患家屬的陪護(hù)，并且進(jìn)一步的提高醫(yī)院服務(wù)系統(tǒng)的智能化水平，設(shè)計了一種可以針對多個床位進(jìn)行遠(yuǎn)程獨立監(jiān)測的智能輸液監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)由單片機以及電機鍵盤等組成，對于病人的輸液情況可以有監(jiān)控、報警、呼叫等具體功能。可以提醒護(hù)士當(dāng)某一個輸液結(jié)束或者出現(xiàn)了緊急情況的時候可以馬上得知，而不再需要護(hù)士每時每刻的去親自監(jiān)測各個輸液的情況。 本系統(tǒng)完成了在滴斗處檢測點滴速度，并制作了一個液晶顯示裝置，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(shè)定并顯示，設(shè)定范圍為50-90(滴/分)，誤差在要求范圍內(nèi)。當(dāng)高度到達(dá)警戒值時能發(fā)出報警信號，并可以手動解除報警狀態(tài)。 本課題是研究智能輸液系統(tǒng)的設(shè)計方法，本方案