畢業(yè)設(shè)計(jì)-無人監(jiān)守點(diǎn)滴自動監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

河

南

科

技

學(xué)

院2014屆本畢業(yè)論（設(shè)計(jì)論（設(shè)計(jì)）題目無人守滴自動控系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：所在學(xué)院：所學(xué)專業(yè)：電氣工程及其自動化導(dǎo)師姓名：完成時間：2014年月18日

無人監(jiān)守點(diǎn)自動監(jiān)控系的設(shè)計(jì)摘要靜脈輸是常用的醫(yī)手段之，傳統(tǒng)輸液程中存著輸液容易常，需要人監(jiān)護(hù)等弊端因此，文設(shè)計(jì)了無監(jiān)守點(diǎn)自動監(jiān)控系以解決問題。統(tǒng)以單片機(jī)下位機(jī)核心上位機(jī)總線組成線監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主機(jī)對機(jī)的控。從機(jī)通過圍電路測儲液瓶中面高度液體點(diǎn)速度，并通控制步電機(jī)實(shí)現(xiàn)對液速度控制。當(dāng)輸結(jié)束或液速度生異常時，光二極和蜂鳴器進(jìn)報(bào)警，將報(bào)警信號過串行傳送至站。關(guān)鍵詞無人監(jiān)守，動監(jiān)控單片機(jī)，CAN總線

DESIGNOFAUTOMATICMONITORINGSYSTEMUNATTENDEDDRIPSAbstractIntravenousisofthecommonlymeansusedinmedical,issomeininfusiondefects.Therefore,designedtheunmannedsystemtoproblem.ThisbasedAT89S53MCUthecoreofnextcrew,consistingofCANfromcontrolofhostmachine.machinethroughcircuitdetectliquidreservoirbottleliquidachieveoftheinfusionratebymotor.theoforinfusionrateLEDsalarm,thealarmsentviaserialtoKeyUnmanned,AutomaticMonitor,MCU,

目錄1緒論1.1研究背景及意義1.2國內(nèi)外發(fā)展和研究現(xiàn)狀2系統(tǒng)總體方案2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案控制系統(tǒng)方案.點(diǎn)滴檢測方案.液位監(jiān)測方案.滴速控制方案.電機(jī)選擇方案.主從通信方案.2.2系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)3系統(tǒng)從站硬件設(shè)計(jì)3.1從站硬件系統(tǒng)框圖3.2從站系統(tǒng)各單元設(shè)計(jì)點(diǎn)滴信號檢測單元.點(diǎn)滴信號整形單元.液位檢測單元.鍵盤控制電路.聲光報(bào)警單元.電源電路單元.3.3通信電路單元...............................................................................................CAN總線適配芯片連接電路.............................................................11通信接口電路.4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1從站軟件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)4.2從站各模塊軟件設(shè)計(jì)主控模塊.鍵盤控制模塊.點(diǎn)滴速度監(jiān)測模塊.電機(jī)控制模塊.報(bào)警模塊.

主從通信模塊.5結(jié)束語致謝參考文獻(xiàn)

[1][1]1論1.1研究背景及意隨著微電子技術(shù)和信息技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用備領(lǐng)域正在發(fā)生著一場悄無聲息的信息化革命其是近幾年來代科技的高度發(fā)展更是為液體點(diǎn)滴自動監(jiān)控提供了堅(jiān)實(shí)可靠的技術(shù)基礎(chǔ)國是世界上人口最多的國家著近些年來各個領(lǐng)域的高度發(fā)展加上環(huán)境的惡化種疾病日益增多療消費(fèi)的人群也與日俱增然對醫(yī)療的改革和創(chuàng)新政府每年都投入巨額財(cái)政支持取得的效果還是微乎其微，與西方發(fā)達(dá)國家的技術(shù)還有一定得差距。目前療設(shè)備的市場份額在全球所占的份額依然很小據(jù)國家經(jīng)貿(mào)委的要求國要在2050年左右成為世界醫(yī)療器械制造強(qiáng)國。由此可見，我國醫(yī)療技術(shù)的改革與創(chuàng)新具有巨大的前景。靜脈輸液在各個醫(yī)院的醫(yī)療工作中被廣泛應(yīng)用，據(jù)統(tǒng)計(jì)住院輸液率為

不僅是一種重要的給藥途徑且還是給患者補(bǔ)充體液、營養(yǎng)的重要方法滴輸液是臨床中一種普遍使用的治療手段期以來一直靠人工控制。在傳統(tǒng)輸液[

，易發(fā)生一些異常情況，如管路堵塞、滴速異常及輸液完畢無提示等情況。如果這些異常情況不能被及時發(fā)現(xiàn)，就會給病人造成傷害的甚至還會造成醫(yī)療事故此計(jì)一款無人監(jiān)守輸液監(jiān)控系統(tǒng)的醫(yī)療設(shè)備對提升我國醫(yī)療質(zhì)量有著十分的重要幫助。針對上述情況，設(shè)計(jì)了一套無人堅(jiān)守自動監(jiān)控的醫(yī)療輸液系統(tǒng)，通過CAN（ControllerNetwork總線與上位機(jī)（主站）進(jìn)行通信，利用8低功耗、高性能AT89S53片機(jī)作為下位機(jī)（從站）控制芯片，來實(shí)現(xiàn)醫(yī)護(hù)人員對病房病人輸液過程的無人監(jiān)控。1.2國內(nèi)外發(fā)展和究現(xiàn)狀為了提高輸液過程的安全性和降低輸液過程中醫(yī)護(hù)人員的工作強(qiáng)度都對輸液過程的智能監(jiān)控進(jìn)行了研究和試驗(yàn)液監(jiān)控設(shè)備的發(fā)展主要經(jīng)歷了下面幾個階段：（1機(jī)械式該方法出現(xiàn)的比較早，利用輸液瓶中液位的下降會導(dǎo)致其重量下降的原理，用彈簧秤對其液位進(jìn)行檢測。由于輸液瓶重量的不同，實(shí)際情況比較復(fù)雜法可靠性較差，操作使用不方便，適用性較差。（2電容式當(dāng)輸液瓶中的藥液液位變化起電容長度變化對藥液液位進(jìn)行監(jiān)測類1

監(jiān)控設(shè)備的可靠性用性都相對較高是由于輸液瓶形狀大小沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)輸液監(jiān)控設(shè)備需要多種設(shè)計(jì)規(guī)格用中不放便投入實(shí)際使用。（3電極式將正負(fù)兩個電極插入輸液器的莫菲氏管中點(diǎn)滴下落時就會產(chǎn)生中斷信號，由此監(jiān)測點(diǎn)滴的速度。這類設(shè)備性能可靠、設(shè)計(jì)簡單，但是在點(diǎn)滴降落過程中會與電極發(fā)生接觸，可能會造成一些醫(yī)療衛(wèi)生等方面的問題。（4光電式光電式是近年來較流行的點(diǎn)滴監(jiān)控方式用藥液吸收和散射的方式減弱通過液體中紅外光的強(qiáng)度來進(jìn)行測量氏管的兩側(cè)分別安裝發(fā)射端和接收端，當(dāng)液體點(diǎn)滴經(jīng)過二者之間時器感受到光線強(qiáng)弱的變化光信號轉(zhuǎn)換成電信號由下一級處理單元進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理此監(jiān)視輸液過程由于光電傳感器和藥液不接觸，而且與液體器材無關(guān)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)

[。除此之外有諸多液體點(diǎn)滴監(jiān)控方式，由于成本或性能上的差異在日常中使用，例如感應(yīng)式、光纖式、超聲波式等。此外，單機(jī)模式的點(diǎn)滴監(jiān)控設(shè)備在發(fā)展中逐漸吸收了網(wǎng)絡(luò)化的思想了以RS-232總線的有線和基于無線通信技術(shù)的兩種監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。前者對系統(tǒng)化控制和管理方面的不完善，在實(shí)際應(yīng)用中，往往要重新來布線，容易收到外接環(huán)境的影響和干擾。而后者則增加了成本，且輻射會對人身體產(chǎn)生危害，還會有些法律上的問題。系總方2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)由多個模塊組成方案選擇上要比較選擇此下文詳細(xì)介紹每個模塊的具體方案?？刂葡到y(tǒng)方案在無人監(jiān)控系統(tǒng)中微處理器作為核心整個系統(tǒng)的影響較大此在選擇上尤為重要。方案一方案是傳統(tǒng)的兩位模擬控制方案，具有電路簡單、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。不過模擬控制很難做高精度遠(yuǎn)程通信盤設(shè)定和滴速控制的功能不易于實(shí)現(xiàn)。方案二：此方案采用單片機(jī)作為從站來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)算及控制。單片機(jī)具有低功耗性能且高性價比等特點(diǎn)于鍵盤設(shè)定速控制、液位監(jiān)測等功能和主、從站之間的通信能夠能完美實(shí)現(xiàn)。2

因此，本設(shè)計(jì)選用方案二。點(diǎn)滴檢測方案方案一見光發(fā)光二極管與光敏三極管傳感器線的亮度變化對此類傳感器的干擾很大，造成液滴判斷的不準(zhǔn)確。所以不宜采取此方案。方案二調(diào)制紅外對射傳感器。這類傳感器是直流供電，元件的額定值必須低于工作電流，對外部抗干擾能力較差。因此，也不宜采取。方案三沖調(diào)制紅外對射傳感器外對射傳感器的平均電流決定其對打工作電流使占空比調(diào)制信號較小也可以獲得較大的電流可以大幅度提高信噪比，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。綜上，本設(shè)計(jì)采取方案三。液位監(jiān)測方案方案一力傳感器用液面高度和拉力二者的線性關(guān)系這一原理進(jìn)行測量。在實(shí)際中由于拉力傳感器價格較高，因此在設(shè)計(jì)中很少使用。方案二：超聲波。這一方案的原理是超聲波在不同的介質(zhì)中傳播速度不同。把每一次的測量結(jié)果與標(biāo)定達(dá)到警戒液位得回波時間比較知是否達(dá)到警戒液位。這種方法存在盲區(qū)，當(dāng)液體波動時會產(chǎn)生誤差，且不方便安裝。方案三電傳感器。此方法是利用光的折射或反射原理，通過接受管接收到的光的強(qiáng)弱判斷是否達(dá)到警戒液位以此來實(shí)現(xiàn)檢測功能安裝上光電傳感器臵于輸液瓶外壁上即可，非常方便。對于上述三種方案，方案一成本較高，方案二精確度不夠。所以，本設(shè)計(jì)選擇方案三。滴速控制方案方案一動軟管夾的滑輪控制滴速方案在控制中由于移動阻力和距離難計(jì)算且很多非線性控制量的影響，采用電機(jī)調(diào)節(jié)軟管夾不容易實(shí)現(xiàn)。方案二機(jī)和滑輪系統(tǒng)控制輸液瓶高度，實(shí)現(xiàn)對滴速的控制。本方案調(diào)節(jié)液體高度方便，由于輸液瓶高度和流速之間存在非線性關(guān)系，沒有公式可應(yīng)用，因此采樣點(diǎn)必須足夠多，這也保證了精確性。比較方案一和方案二，本設(shè)計(jì)取用方案二。電機(jī)選擇方案方案一：直流電機(jī)。這類電機(jī)掉電后慣性大、制動時間較長、轉(zhuǎn)矩小、無抱死功能，且閉環(huán)算法復(fù)雜。方案二：伺服電機(jī)。這類電機(jī)具有機(jī)械性能好、起動轉(zhuǎn)矩大、抱死功能等諸多優(yōu)點(diǎn)，不過由于其高昂的價格，因此不予采用。方案三進(jìn)電機(jī)。這類電機(jī)較之直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩大，較之伺服電機(jī)價格低且測量的精確度較高。3

故綜合三種方案，本設(shè)計(jì)采用方案三。主從通信方案方案一：藍(lán)牙技術(shù)。藍(lán)牙技術(shù)存在傳輸距離短、傳輸速度慢、功耗大、技術(shù)復(fù)雜，而且價格不菲。方案二外技術(shù)。紅外技術(shù)利用紅外線的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。在傳輸中具有速度快，但傳輸距離短，只能直線傳輸且易受干擾。方案三Zigbee術(shù)術(shù)一種低速短距離傳輸?shù)臒o線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議成本比較高，穿透性不好。方案四線CAN總線是異步串行通信中總線的一種AreaNetwork即控制器局域網(wǎng)，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。具有傳輸速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、總線利用率高、通信失敗率低、節(jié)點(diǎn)錯誤系統(tǒng)無影響、抗干擾能力強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)調(diào)試容易、后期維護(hù)成本低等寶貴特點(diǎn)。根據(jù)AT89S53的種不同工作方式，分析上述四種方案，最終選定上位機(jī)與下位機(jī)之間采取基于CAN總線的有線異步傳輸通信方式，既方案四。2.2系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。

CANCAN

N

AT89S53圖1系結(jié)框

根據(jù)系統(tǒng)需求分析，本硬件系統(tǒng)主要是主站，基于AT89S53單片機(jī)各個從4

[4][4]站，主、從站之間的數(shù)據(jù)通信總線等三大部分構(gòu)成的。按系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，系統(tǒng)電路主要包含從站電路、外圍電路及通信電路三個電路單元：（1從站電路單元該電路單元主要是負(fù)責(zé)輸液信號采集和輸液監(jiān)控的任務(wù)下四個電路單元①點(diǎn)滴信號檢測單元②液位檢測單元③鍵盤控制單元④聲光報(bào)警單元。（2外圍電路單元該電路單元主要是對從站采集的輸液信號進(jìn)行處理站采取的信號進(jìn)行整形以便單片機(jī)處理電路單元還包括對從站系統(tǒng)的供電部分電系統(tǒng)采取單電源供電。主要有：①點(diǎn)滴信號整形單元；電源電路單元。（3通信電路單元該電路單元是通過CAN總線將下位機(jī)(從站)集的各模塊數(shù)據(jù)信息傳送至由構(gòu)筑上位機(jī)，上位機(jī)可以通過開發(fā)的監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)對各從站的輸液情況實(shí)時監(jiān)控。該電路包含兩個內(nèi)容：①CAN總線適配芯片連接電路；②通信接口電路。3統(tǒng)從硬件設(shè)3.1從站硬件系統(tǒng)圖根據(jù)從站系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能，為從站系統(tǒng)設(shè)計(jì)出硬件系統(tǒng)框圖所示：

，如圖23.2從站系統(tǒng)各單設(shè)計(jì)

AT89S53圖2從硬系框

有上面的框圖可以知道站系統(tǒng)所包含的子模塊較多此下面進(jìn)行逐一介紹。5

點(diǎn)滴信號檢測單元此單元模塊是通過固定在輸液瓶外側(cè)的紅外傳感器來檢測是否有點(diǎn)滴滴下，電路圖如圖3示。圖3點(diǎn)信檢電紅外傳感器是有發(fā)射管和受光管二者構(gòu)成功能是實(shí)現(xiàn)光和電之間的轉(zhuǎn)換。紅外系統(tǒng)具有尺寸小、重量輕、易于安裝等優(yōu)點(diǎn)，且紅外光波長長與可見光，受后者的影響較小選用紅外傳感器來檢測液體點(diǎn)滴滴速強(qiáng)信噪比以減少環(huán)境光源的干擾，并采用脈沖調(diào)制的方式。發(fā)射、接受的簡化原理電路如圖4示。圖4脈產(chǎn)電具有施密特功能的六反相器，圖574HC14構(gòu)成的多諧振蕩電路。施密特觸發(fā)器具有上限閾值電V、下限閾V的特性，且受芯片電源21V的限制諧振蕩器電路產(chǎn)生信號的周期頻率滿足（V－V）2/VV－V]}ln[V（V－V/VV－V]k，f=1/kRC即1221T=kRC對言，V=5V時下限閩值電V=1.4V上限閩值16

電壓V=3.6V，所以有?？紤]到脈寬可調(diào)的狀況進(jìn)而可以得出2

1.89（R//R+R），T表示方形脈沖的一個周期大小//R:+R12122。圖5多振電點(diǎn)滴信號整形單元在實(shí)際操作中點(diǎn)滴落下時，接收到的信號會產(chǎn)生相距很近的雙脈沖，這極大的干擾了計(jì)數(shù)。為了消除這種干擾虛假信息的影響高采樣的可靠性，用軟件濾波的方式濾去兩個脈沖中的一個就確保了計(jì)數(shù)的精確性6信號整形原理電路圖，同過原理圖，可以對整形有簡單的了解。圖6點(diǎn)信整電液位檢測單元按照醫(yī)用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)瓶中應(yīng)盡可能避免異物進(jìn)入以在紅外有損探測和無損探測中我們選擇后者測電路是利用安裝在輸液瓶頸部的紅外對射管對瓶內(nèi)無液空間與有液空間光的折射差異來判斷輸液是否結(jié)束換原理類似以滴速檢測，但紅外接收管輸出的電信號是電平信號，而不是脈沖信號信號經(jīng)放大后輸入到比較器與門限電路比較，輸出后送至單片機(jī)外部中斷接口INT1。因考慮到儲液瓶壁較厚，可利用紅外無損探測方式，增大紅外發(fā)射功率來加強(qiáng)接收信號以保證對液位進(jìn)行精確檢測有液空間和無液空間信號差7

異電壓比較差可以達(dá)到40mV右電路在液位下降到紅外對射管以下時系統(tǒng)即能發(fā)出警越限報(bào)電路接收到的信號只需對其放大不需濾波處理以本電路結(jié)構(gòu)單間，安裝簡易。其系統(tǒng)框圖及電路圖如下圖和圖所示。

圖7液檢框

圖8液檢電鍵盤控制電路本設(shè)計(jì)中所采用的鍵盤為非編碼機(jī)械觸點(diǎn)式按鍵開關(guān)功能是把機(jī)械上的通斷轉(zhuǎn)換成為電氣上的邏輯關(guān)系。觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵在最常見，且壽命長編碼鍵盤只簡單地提供行和列的矩陣它工作均由軟件完成此既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用。在機(jī)械鍵盤按鍵按下或釋放時機(jī)械彈性作用的影響常伴隨一定時間的觸點(diǎn)機(jī)械抖動，然后才穩(wěn)定下來動過程如圖9示動時間的長短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般為按鍵抖動會導(dǎo)致錯誤判斷按鍵通或斷的狀態(tài)種情況是絕對不允許出現(xiàn)的以在設(shè)計(jì)中必須采取去抖動措施于按鍵數(shù)較多，故采用軟件去抖去抖采取的措施是檢測到有按鍵按下時，執(zhí)行一個l0ms左右的延時程序后，再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，若仍保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)該鍵處于閉合狀態(tài)；同理，在檢測到該鍵釋放后，也應(yīng)采用相同的步驟進(jìn)行確認(rèn)可消除抖動的影響個完善的鍵盤控制程序應(yīng)具備以下功能測有無按鍵按下，并采取硬件或軟件措施，消8

除鍵盤按鍵機(jī)械觸點(diǎn)抖動的影響靠的邏輯處理辦法。每次只處理一個按鍵，其間對任何按鍵的操作對系統(tǒng)不產(chǎn)生影響，且無論一次按鍵時間有多長，系統(tǒng)僅執(zhí)行一次按鍵功能程序準(zhǔn)確輸出按鍵值（或鍵號跳轉(zhuǎn)指令要求。圖9按抖過由于本系統(tǒng)按鍵數(shù)較多，故采4、列結(jié)構(gòu)16矩陣鍵盤，如10所示。矩陣式鍵盤中，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端，行線通過上拉電阻接到+5V上。當(dāng)無鍵按下時，行線處于高電平狀態(tài)；當(dāng)有鍵按下時，行、列線將導(dǎo)通，此時，行線電平將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定別按鍵是否按下的關(guān)鍵。然而，矩陣鍵盤中的行線、列線和多個鍵相連，各按鍵按下與否均影響該鍵所在行線和列線的電平，各按鍵間將相互影響，因此，必須將行線、列線信號配合起來作適當(dāng)處理，才能確定閉合鍵的位臵。圖10矩鍵電聲光報(bào)警單元本設(shè)計(jì)采用蜂鳴器與發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警器檢測到液位低于預(yù)設(shè)值或傳感器檢測不到有液滴下落時站單片機(jī)控制蜂鳴器和報(bào)警燈工作發(fā)出聲光報(bào)警的同時向主站發(fā)出報(bào)警信息用中的滴速過高，9

輸液瓶上升到支架頂部時達(dá)不到設(shè)定的滴速液瓶繼續(xù)上升有可能會拉倒支架，造成危險(xiǎn)在支架的頂部安裝一個紅外探測器檢測到輸液瓶上升到支架頂部，則發(fā)出信號單片機(jī)控制電機(jī)停轉(zhuǎn)時發(fā)出聲光報(bào)警并向主站發(fā)送報(bào)警信號。下圖為聲光報(bào)警電路。圖11聲光警路電源電路單元任何電氣設(shè)備的使用都離不開供電系統(tǒng)整個單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中源的設(shè)計(jì)是必須要考慮的源的設(shè)計(jì)取決于系統(tǒng)所要求的供電方式是采用單電源方案是多電源方案統(tǒng)的功耗有無特殊規(guī)定等等系統(tǒng)所選用的單片機(jī)是AT89S53其標(biāo)準(zhǔn)工作電壓+，且發(fā)光二極管和光敏三極管以及通訊所用的CAN總線適配器等電路的工作電壓都是+5V因此在本設(shè)計(jì)中采用單電源方案。單電源方案的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡單可靠外還涉及到對步進(jìn)電機(jī)的控制及驅(qū)動電路L297L298N組成L297工作電壓為+5VL298N除邏輯電路工作電壓+5V需加入一個較高的電源電壓來增強(qiáng)電機(jī)的驅(qū)動能力。根相關(guān)資料，這個電源電壓的范圍+2.5V~+46V間，考慮到用電安全及設(shè)計(jì)方便等因素，將其設(shè)定因此我們的目標(biāo)是設(shè)計(jì)出一個能夠提供++15V電源，其電路如圖所示。圖12電電由上圖可以知，此電源電路可以將220V的交流市電轉(zhuǎn)換為+5V和+直流電輸出看通過變壓器的交流市電轉(zhuǎn)換為24V交流電，10

然后經(jīng)過二極管橋式整流電路和濾波電容對其進(jìn)行整流，獲得略低24V3直流電輸出C濾除紋波電壓后進(jìn)入集成穩(wěn)壓源生+流電壓4供L298N用此電壓又作為MC7805的入電壓生+電壓供系統(tǒng)邏輯電路和各模塊使用種做法的好處是只使用一個變壓器低了成本的同時還減小了+5V流電源的紋波電壓。3.3通信電路單元本系統(tǒng)所采用的是總線作為通信總線，以下就對總線的適配芯片以及通信接口連接做簡要介紹。CAN總線適配芯片連接電路CANCAN

CAN

CAN

CAN

圖13總線信理以總線作為通信系統(tǒng)的典型實(shí)現(xiàn)方法如圖13所示。由系統(tǒng)框圖中的CAN接口部分可以得知CAN接口由兩個部分組成CAN控制器和CAN收發(fā)器。其中前者主要用于實(shí)現(xiàn)物理信令子層和數(shù)據(jù)鏈路層，而后者則是制器與物理傳輸媒體之間連接的子層接口本設(shè)計(jì)中用MCP2510作為CAN控制器，CAN收發(fā)器采用MCP2510是MicrochipTechnology（美國微芯科技有限公司）生產(chǎn)的一款控制器局域網(wǎng)絡(luò)協(xié)議控制器，完全支持CAN總線V/B術(shù)規(guī)范。該器件支持CAN1.2CAN2.0A主動和被CAN2.0B版本的協(xié)議，能夠發(fā)送和接收標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展報(bào)文時它還具備驗(yàn)收過濾以及報(bào)文管理功能器件包含三11

個發(fā)送緩沖器和兩個接收緩沖器，減少了單片機(jī)的管理負(fù)擔(dān)。TJA1050控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)協(xié)議控制器和物理總線之間的接口標(biāo)準(zhǔn)的高速CAN收發(fā)器?？梢詾榭偩€提供差動發(fā)送性能，為控制器提供差動接收性能PCA82C250PCA82C251CAN發(fā)器的后繼產(chǎn)品。通信接口電路通信接口電路即適配芯片連接電路其連接方法如圖14示：圖14通接電適配芯片各引腳連接情況如下：收發(fā)器腳連接情況CANL低電平CAN總線CANH為高電平CAN總線，TXD為發(fā)送數(shù)據(jù)輸入引腳，為接收數(shù)據(jù)輸入引腳。協(xié)議控制器MCP2510各引腳的連接情況為通用數(shù)字輸入或發(fā)送緩沖器（TXB0）請求發(fā)送引腳，TX1BF接收緩沖器，RXB1通用數(shù)字輸出或中斷引腳引腳與CAN總線的發(fā)送輸出引腳（TXD連接，RXCAN引腳與CAN總線的接收輸入引腳（RXD）連接。TJA1050具有高速模式和靜音模式兩種工作模式，通過引腳8的得取來選擇模式。若引腳”接地則進(jìn)入高速模式；若引腳”沒有接地則進(jìn)入靜音模式；若引腳“8不連接，則默認(rèn)高速模式。系軟設(shè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)硬件進(jìn)行的。軟件設(shè)計(jì)是系統(tǒng)的主要組成部分，軟件的好壞將直接影響到系統(tǒng)的性能指標(biāo)守點(diǎn)滴自動監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)的方式，模塊化編程是分別對各模塊程序進(jìn)行編寫、編譯過主程序?qū)⒏髂Ｆ嗷フ{(diào)用的軟件設(shè)計(jì)方法包含從站軟件設(shè)計(jì)和主站軟12

件設(shè)計(jì)，主站程序主要是對從從站各程序模塊的協(xié)調(diào)管理。4.1從站軟件系統(tǒng)體設(shè)計(jì)從站軟件設(shè)計(jì)是對從站各模塊進(jìn)行嵌入式程序編譯中需要進(jìn)行程序編譯的模塊主要有控模塊即初始化模塊控制模塊速控制模塊電機(jī)控制模塊報(bào)警模塊主從通信模塊。4.2從站各模塊軟設(shè)計(jì)從站系統(tǒng)程序由一個主控程序模塊和若干個子程序模塊組成控程序模塊為軟件系統(tǒng)的核心作用是管理協(xié)調(diào)各子模塊之按照總體設(shè)計(jì)流程工作。主控模塊主控模塊是從站軟件系統(tǒng)的核心，其主要負(fù)責(zé)調(diào)度各子模塊程序。工作時，首先對串口部分和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)進(jìn)行初始化用各子模塊程序來協(xié)調(diào)各子模塊工作。系統(tǒng)初始化有兩方面的工作內(nèi)容：（1口初始化，即讓串口工作處方式時來設(shè)定波特率的溢出率值為，串口處于接收的狀態(tài)。此時把定時器T1初始值設(shè)定為248(0E8)MUC圍電路使用的晶振頻率為（2外部中斷0的設(shè)臵，串口數(shù)據(jù)通信通過中斷來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收以初始化程序還需設(shè)定串口的中斷方式。在從站系統(tǒng)中液滴滴下時，液滴檢測電路就會捕捉到一個電信號，將捕捉的電信號送到A/D轉(zhuǎn)換電路中對其整形后產(chǎn)生一個數(shù)字脈沖信號脈沖信號送至單片機(jī)內(nèi)部處理使之產(chǎn)生一個外部中斷0中斷計(jì)數(shù)時，必須開啟外部中斷0寄存器。同時，還需將外部中斷0設(shè)臵為電平觸發(fā)模式。串口初始化程序部分源碼如下：<reg53.h><stdlib.h>“evalboard//用硬件目標(biāo)板時需要使用以下外部函數(shù)externvoidDNPUT(unsignedaa,charbb);externvoidDISPLY(unsignedchardata*cc);unsigneddg[]={0,10,0,10,0,0};#endifmain(void){i;for(i=0;i<1000;//時，等待系統(tǒng)上電穩(wěn)定13

();//時器初始化();串行口初始化evalboard//采用硬件目標(biāo)板時DINPUT(0X0A,0X07);//要對板上MAX7219始化(0X0B,0X07);DINPUT0X0FF);DINPUT(0X0c,0X01);DISPLY(dg);//板上示00-00-00#endiftimer0_waitSEC/10);();_(“TDPVl.0\r\n);while{constcmdb_init();cmdb_promptforcmd==NULL;scan()){clock_update}cmd_proc(cmd);}}鍵盤控制模塊鍵盤掃描采用行列式矩陣接口程序采用中斷方式進(jìn)行行列掃描獲得鍵值輸入。由于鍵盤抖動會對結(jié)果造成影響，因此必須消除。程序流程圖如圖15示，鍵盤掃描程序和防抖子程序如下：（1鍵盤掃描程序：bytekey_scan(void){key=0;key_key_key_4x4_get_row(ktmp);while(key_4x4_get_row(ktmp);14

(ktmp);if((ktmp&0x0f)!=0x0f){key=(ktmp&0x0)key_4x4_line_inkey_4x4_get_linif((ktmp&0xf0)!(ktmpkey_4x4_rokey+=(ktmfor{ifreturn(0xff)}return(0xff)}return(0xff);}（2防抖子程序：get_char(void);//函數(shù)說明(void);{keybuf[16],count;//鍵盤緩沖區(qū)和讀鍵計(jì)數(shù)變量將串行口設(shè)臵成工作方式0ES=0;禁止串口中斷EA=0;while(count<16)keybuf[count++]=get_char();//入16按鍵的鍵值15

}get_char(void){//義表示列號、鍵序號和待發(fā)送數(shù)據(jù)的變量column,_和key_code,column=0,//列語句從串行口向位輸出個0T1=0;SBUF=mask;while(TI==0);等待發(fā)送完畢//列語句通過檢測P3.4和否為0判斷是否有鍵按下，若有則延時l0ms除按鍵抖動。然后再次檢測P3.是否為0若不為0表明有干擾信號并繼續(xù)等待按鍵，否則表示有鍵被按下并退出循環(huán)while(1){delay();if((P3.4&P3.5)!=0)break;}下面語句分析被按下鍵所在的列號mask=0xfe;while(1){TI=0;SBUF=mask;while(TI==0);if((P3.4&P3.5)!=0){_crol_(mask,//的值循環(huán)左移一位column++;ifcontinue;{break://面語句分析被按下鍵所在行號并計(jì)算鍵序號if(P34==0)key_code=column;

key__code);}(void){16

inti=10;延時10mswhile(i--);}Y序

NN

Y圖15鍵掃流圖點(diǎn)滴速度監(jiān)測模塊點(diǎn)滴速度的測量是通過記錄單位時間內(nèi)點(diǎn)滴的下滴個數(shù)單個點(diǎn)滴的速度。計(jì)算原理是現(xiàn)一個點(diǎn)滴下滴就進(jìn)行一次中斷單位時間內(nèi)出現(xiàn)的中斷數(shù)即為點(diǎn)滴下滴個數(shù)，如圖所示。圖16速計(jì)原系統(tǒng)用的定時器T0定時時間為。當(dāng)系統(tǒng)檢測到第一個脈沖信號時，程序立即進(jìn)行中斷處理，讀出此時計(jì)數(shù)器存儲的內(nèi)容，然后清零信號的17

初始值為COUNT=0當(dāng)定時器定時到達(dá)200us時，程序中斷檢測輸入信號是否有脈沖信號到來，把計(jì)數(shù)器1COUNT=1由計(jì)數(shù)COUNT=1檢測到的脈沖信號個數(shù)而設(shè)定計(jì)數(shù)器COUNT=1存儲單元是過循環(huán)存儲脈沖個數(shù)。在定時器COUNT=1取個相臨的脈沖信號點(diǎn)，設(shè)起始脈沖點(diǎn)對應(yīng)的計(jì)數(shù)器值是n1最后一個脈沖點(diǎn)對應(yīng)的值是n2從而計(jì)算出個脈沖點(diǎn)所需時間為=(n2-n1)么兩相臨脈沖信號時間間隔的平均值為T=t/5此可得到點(diǎn)滴速度：，即算，得到點(diǎn)滴速度測量流程圖，如圖所示。COUNT=0COUNT1=0NYCOUNT1NYCOUNT1

[5]

。根據(jù)上面的理論分析和計(jì)圖17點(diǎn)滴度量程點(diǎn)滴速度檢測程序如下：<reg53.h><stdio.h>intISR_//定義T0斷次數(shù)T0_ISR(void){TO_ISR_count++;//次中斷時，中斷次數(shù)加TF0=0;}18

main(void){串行口初始化TMOD//利用定時器Tl為波特率發(fā)生器THl=0xFA;晶振為0592MHz波特率為TRl=1;TI=1;printf“\nPulseWidthExampleProgram\n\n);//出標(biāo)題信息ET0=1;

開中斷TMOD=(TMOD&0xF0)0x09;//位定時器方式while{ISR_count=0;TH0=0;TL0=0;printf("\nStartapulse.\n");//出提示信息while(!INTO);//待脈沖上升沿，開始測量while(INTO);等待脈沖下降沿，停止測量//每個T0數(shù)值為200u計(jì)算脈沖寬度并輸出printf("Thewidthis:|TL0|((ulong)T0_ISR_count}}電機(jī)控制模塊本系統(tǒng)采用了工業(yè)上較為流行的控制算法，實(shí)現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)的精確控制，其算法公式為：P=P(k)－(k－1)=K×[e(k)－e(k1)]＋K×e(k)＋K×[e(k)2e(k1)outpie(k1)]，K=5K=5K=2pi步進(jìn)電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)靠正向、反向驅(qū)動兩個函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)函數(shù)中變量，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)時步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)正、反驅(qū)動程序如下：moto_one_step(bytepulse{if(direction){19

moto_moto_state--;}{moto_state++;}PORTC=(PORTC&0xC3)|state];DelayMs(pulse);}報(bào)警模塊在輸液中時常有輸液過慢或過快等故障時報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警測輸液異常是通過4s定時中斷來實(shí)現(xiàn)的。分析滴速數(shù)據(jù)，若滴速大于設(shè)定滴速，則輸液過快，單片機(jī)的P0.7輸出高電平，并把單片機(jī)的P0.7腳臵“”和P3.0臵“0器和發(fā)光二極管發(fā)出聲光報(bào)警；反之，則輸液過緩。若在內(nèi)無點(diǎn)滴落下，則為輸液中斷或輸液結(jié)束，單片機(jī)的P0.7端輸出高電平，并把單片機(jī)的P0.7腳1P3.0臵和發(fā)光二極管也發(fā)出聲光報(bào)警正常范圍內(nèi)P0.7輸出低電平機(jī)的腳不發(fā)出聲光報(bào)警。報(bào)警程序流程圖如圖所示。NY圖18報(bào)程流圖20

報(bào)警程序如下：delay_nus(unsignedintdelay_nms(unsignedint主函數(shù){inti;//統(tǒng)時鐘校準(zhǔn)TCCRO=BIT(CS01);//T/C0分頻(TOIE0);//許定時器溢出中斷SEI();//中斷DDRD-=BIT(0)-BIT(7);BIT(5);//臵PC5輸入口DDIZB-=BIT(1)-BIT(0);//定義B的PB0,輸出口-=BIT(1)口輸出高電平，綠燈亮主從通信塊對于主、從通信模塊的程序設(shè)計(jì)，主要有三個部分內(nèi)容組成：1行通信接口的參數(shù)設(shè)臵，如通信線路上的邏輯狀態(tài)、波特率等的設(shè)臵；2通信協(xié)議的約定，如通信的基本參數(shù)，數(shù)據(jù)的傳輸格式以及數(shù)據(jù)流的控制方式等；3CAN總線節(jié)點(diǎn)的程序設(shè)計(jì)，包括CAN節(jié)點(diǎn)初始化、報(bào)文發(fā)送、報(bào)文接收；根據(jù)以上設(shè)計(jì)內(nèi)容，本模塊可以應(yīng)MSComm控件通過串行端口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)串行通信方法只需要對串口進(jìn)行簡單配臵下給出了實(shí)現(xiàn)串口通信的方案。與上位機(jī)通信程序流程圖，如圖19所。MSComm控的程序如下：串口初始化并打開串口：m-Com.選擇COM2m-Com.//臵輸入緩沖區(qū)的大小m-Com.//臵輸出緩沖區(qū)的大小m-Com.(TRUE);//開串口21

m-Com.SetlnputMode(0);//設(shè)臵輸入模式m-Com.SetSettings("9600,n,");//設(shè)臵數(shù)據(jù)傳輸速率等參數(shù)m-Com.//為表示有一個字符引發(fā)一個事件發(fā)送數(shù)據(jù)：m-Com.SetOutput(C0leVariant(outstring));//送outstring字符串接收數(shù)據(jù)：m-Com.S