液体点滴速度监控装置(F题)2003年

前言目前医院使用的点滴输液装置是将液体容器挂在一定的高度上，利用势能差将液体输入到病人的体内（图1），通过软管口径的压紧和放松来控制点滴速度。

有经验的医护人员可以根据药剂的特性对点滴速进行控制，但是一般的病人却无法做到，控制不好还有一定的危险性。

在一些大医院一个护士常常需要负责十几个、甚至几十个床位的液体点滴,很容易出现混乱局面,导致工作效率降低。

为了提高医院本身的管理水平和工作效率,减轻医护人员的劳动强度，对于可以进行自助式护理的病人来说，需要一种可以由病人自己操作，自动定时、定量向病人进行输液的装置；而对于医护人员来说，需要一种可以对所有的病人进行统一监控的智能监控装置。

本设计就是针对以上问题而做的智能型液体点滴速度监控装置。

设计要求为能有以下几种功能：（1）检测输液点滴速度（2）检测输液点滴高度（3）控制点滴速度（4）显示点滴速度（5）能设置点滴速度图1第一章硬件设计说明1.1 系统简介本设计分为主机控制，从机测量，主从通信三个框架。

由从机测量并控制点滴速度，得到的数据送到单片机进行处理，再通过RS485通信将数据反馈给主机进行显示处理，主机也可以通过RS485通信对从机进行控制。

本人负责点滴速度检测及控制部分。

系统框图（图2）如下：图2 系统框图1.2方案设计过程及实现方法1.2.1 点滴速度检测电路设计点滴速检测是整个系统的核心，检测精度是衡量系统精确性的一个最重要指标。

这样就不会因为点滴速度异常而使患者面临危险。

出于安全性考虑，在检测点滴速度时不能使原胶管破损，否则就会对输液造成严重感染而影响患者，因此在检测点滴速度时要用非接触的方式。

方案一：利用发射型光电传感器，传感器工作时，当物体经过射程之内，就会对红外光进行反射，传感器接受到这个感反射信号后动作，以检测物体稳定动作的最大距离。

但是光电传感器对各种介质的反射程度不同，对水的动作距离近，对玻璃的动作距离远。

而且光电传感器体积较大，需要距离滴斗一定距离才能分辨不同介质，无法安装在合适的位置上，所以最终放弃这种方案。

参赛注意事项（1）2003年9月15日8:00竞赛正式开始，每支参赛队限定在提供的A、B、C、D、E、F题中任选一题；认真填写《登记表》各栏目内容，填写好的《登记表》由赛场巡视员暂时保存。

（2）参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生，应出示能够证明参赛者学生身份的有效证件（如学生证）随时备查。

（3）每队严格限制3人，开赛后不得中途更换队员。

（4）竞赛期间，可使用各种图书资料和网络资源，但不得在学校指定竞赛场地外进行设计制作，不得以任何方式与他人交流，包括教师在内的非参赛队员必须迴避，对违纪参赛队取消评审资格。

电压控制LC振荡器（A题）一、任务设计并制作一个电压控制LC振荡器。

二、要求1、基本要求（1）振荡器输出为正弦波，波形无明显失真。

（2）输出频率范围：15MHz～35MHz。

（3）输出频率稳定度：优于10-3。

（4）输出电压峰-峰值：V p-p=1V±0.1V。

（5）实时测量并显示振荡器输出电压峰-峰值，精度优于10％。

（6）可实现输出频率步进，步进间隔为1MHz 100kHz。

2、发挥部分（1）进一步扩大输出频率范围。

（2）采用锁相环进一步提高输出频率稳定度，输出频率步进间隔为100kHz。

（3）实时测量并显示振荡器的输出频率。

（4）制作一个功率放大器，放大LC振荡器输出的30MHz正弦信号，限定使用E=12V 的单直流电源为功率放大器供电，要求在50Ω纯电阻负载上的输出功率≥20mW，尽可能提高功率放大器的效率。

（5）功率放大器负载改为50Ω电阻与20pF电容串联，在此条件下50Ω电阻上的输出功率≥20mW，尽可能提高放大器效率。

（6）其它。

三、评分标准四、说明1、需留出末级功率放大器电源电流I C0(或I D0)的测量端，用于测试功率放大器的效率。

宽带放大器（B 题）一、任务设计并制作一个宽带放大器。

二、要求1、基本要求（1）输入阻抗≥1k Ω；单端输入，单端输出；放大器负载电阻 600。

液体点滴速度控制教学实验装置的设计◆王　强单片机的教学实验在信息电子专业的教学中占有十分重要的地位,为了使同学们掌握单片机的开发系统的基本知识,本文设计了一个液体点滴速度自动控制的实验装置,该装置能够由人工设定点滴速度,并能根据监测到的点滴速度通过控制算法达到设定速度,而且调整时间较快。

该装置不仅可以很好地应用到教学实验中,并且还可以推广到实际应用中。

点滴速度自动控制装置教学装置一、前言在传统医疗过程中,给病人输液一直采用人工观测和人工调节点滴的速度,点滴的监控受到医务人员责任心和熟练程度的限制,给病人和医疗过程带来一定的安全隐患。

同时,现阶段实践性教学环节有它的薄弱之处,大都处于滞后、分散、针对性不强、系统性不够、综合性不强等低层次循环状态,师生重视程度不够,一方面,造成学生找不到工作,另一方面,某些岗位的高级应用技术人才紧缺。

为此,必须充分重视实践教学环节,充分发挥出实践性教学的最大功效。

其有效措施之一,就是配合一些优秀的实验教学模型,开展设计性、系统性、综合性的实验和实习教学。

对实验教学模型有几点主要要求:(1)系统性;(2)新技术的综合性;(3)设计性;(4)直观性。

本文将89C51单片机用于对输液实验装置的设计,实现键盘设定输液速度,通过传感系统来确定点滴速度和对液位警戒线的检测,利用LED 数码显示屏实时显示,通过电机控制储液瓶的高度来达到控速的目的,整个系统结构简单,易于实现。

二、硬件设计系统硬件结构框图如图1所示。

主要包括单片机系统、液滴探测、液位检测、报警输出、步进电机控制、看门狗等电路。

单片机系统选用AT89C51,内含4K 字节的EEPRO M ,便于研制阶段反复调试和修改;为提高系统的可靠性,使得当系统掉电、上电后程序可以恢复正常,本文设计了看门狗硬件电路。

图1　系统的整体结构图1.点滴速度检测滴速检测是采用LM339过零比较电路,采用红外发射—接收对管作为液滴检测器件,根据接收到的光强的强弱判断是否有液滴滴下。

液体点滴速度监控装置一、任务设计并制作一个液体点滴速度监测与控制装置，示意图如右图所示。

二、要求1、基本要求（1）在滴斗处检测点滴速度，并制作一个数显装置，能动态显示点滴速度（滴/分）。

（2）通过改变h2控制点滴速度，如右图所示；也可以通过控制输液软管夹头的松紧等其它方式来控制点滴速度。

点滴速度可用键盘设定并显示，设定范围为20~150(滴/分)，控制误差范围为设定值 10% 1滴。

（3）调整时间≤3分钟（从改变设定值起到点滴速度基本稳定，能人工读出数据为止）。

（4）当h1降到警戒值（2~3cm）时，能发出报警信号。

2、发挥部分设计并制作一个由主站控制16个从站的有线监控系统。

16个从站中，只有一个从站是按基本要求制作的一套点滴速度监控装置，其它从站为模拟从站 (仅要求制作一个模拟从站)。

（1）主站功能：a．具有定点和巡回检测两种方式。

b．可显示从站传输过来的从站号和点滴速度。

c．在巡回检测时，主站能任意设定要查询的从站数量、从站号和各从站的点滴速度。

d．收到从站发来的报警信号后，能声光报警并显示相应的从站号；可用手动方式解除报警状态。

（2）从站功能：a．能输出从站号、点滴速度和报警信号；从站号和点滴速度可以任意设定。

b．接收主站设定的点滴速度信息并显示。

c．对异常情况进行报警。

（3）主站和从站间的通信方式不限，通信协议自定，但应尽量减少信号传输线的数量。

（4）其它。

三、评分标准四、说明1、控制电机类型不限，其安装位置及安装方式自定。

2、储液瓶用医用250毫升注射液玻璃瓶（瓶中为无色透明液体）。

3、受液瓶用1.25升的饮料瓶。

4、点滴器采用针柄颜色为深蓝色的医用一次性输液器（滴管滴出20点蒸馏水相当于1ml±0.1ml）。

5、赛区测试时，仅提供医用移动式点滴支架，其高度约1.8m，也可自带支架；测试所需其它设备自备。

6、滴速夹在测试开始后不允许调节。

7、发挥部分第（2）项从站功能中，c中的“异常情况”自行确定。

6.2 电子竞赛作品设计制作步骤与一般的电子产品设计制作不同的是，电子设计竞赛作品设计制作一方面需要遵守电子产品设计制作的一般规律，另一方面要在限定时间、限定人数、限制设计制作条件、限制交流等情况下完成作品的设计制作，电子竞赛作品设计制作有自己的规律。

电子竞赛作品设计制作大约需经过题目选择、系统方案论证、子系统、部件设计与制作、系统综合、调试与测量等步骤，最后完成作品和设计总结报告。

6.2.1 题目选择全国大学生电子设计竞赛作品设计制作时间是4天3晚，3人一组。

竞赛题目一般为5～6题，题目在竞赛开始时〔第1天的8.00〕开启。

以2003年第6届为例共有6题：电压控制LC振荡器〔A题〕、宽带放大器〔B题〕、低频数字式相位测量仪〔C题〕、简易逻辑分析仪〔D题〕、简易智能电动车〔E题〕、液体点滴速度监控装置〔F题〕。

正确地选择竞赛题目是保证竞赛成功的关键。

参赛队员应仔细阅读所有的竞赛题目，根据自己组3个队员的训练情况，选择相应的题目进行参赛制作。

选择题目按照如下原则进行：（1）明确设计任务，即“做什么？”。

选择题目应注意题目中不应该有知识盲点，即要能够看懂题目要求。

如果不能看懂题目要求，原则上该题目是不可选择的。

因为时间是非常紧张的，没有更多的时间让你去重新学习，另外根据竞赛纪律，也不可以去请教老师。

（2）明确系统功能和指标，即“做到什么程度？”。

注意题目中的设计要求一般分基本要求和发挥部分两部分，各占50分。

应注意的是基本部分的各项分值题目中是没有给出的，但在发挥部分往往会给出的各小项的分值。

选择时要仔细分析各项要求，综合两方面的要求，以取得较好的成绩。

（3）要确定是否具有完成该设计的元器件、最小系统、开发工具、测量仪器仪表等条件。

在没有对竞赛题目进行充分地分析之前，一定不能够进行设计。

题目一旦选定，原则上是应保证不要中途更改。

因为竞赛时间只有4天3晚，时间上不允许返工重来。

6.2.2 系统方案论证题目选定后，需要考虑的问题是如何实现题目的各项要求，完成作品的制作，即需要进行方案论证。

F6设计题目：液体点滴速度监控装置参赛学校：山东农业大学参赛学生：王涛李晓军于伯建2003年全国大学生电子设计大赛说明书2003年9月17日设计题目：液体点滴速度监控装置一、摘要本系统采用分布式微机控制系统，通过调整输液瓶的高度来精确控制最多可达16个输液器的点滴速度。

系统采用主从式结构，都采用89s52作为CPU。

从机通过光敏元件测定点滴速度，并通过步进电机调整输液瓶高度，构成了一个闭环控制系统。

可通过键盘设定所需点滴速度，设定范围可达20~150滴/分，调整误差≤ 5%，调整时间≤2分钟。

并可动态显示实时点滴速度。

当液面下降到2～3cm的警戒值时，可进行声光报警。

主从站之间通过RS-485总线构成串行通讯网络。

主站可对16个从站进行定点或巡回监测，查询各从站的实时状态，并可显示其从站号和点滴速度，并可远程设定各从站的点滴速度，当收到从站发来的报警信号后，能声光报警并显示相应的从站号，并可手动方式解除报警。

该系统布局合理，运行平稳，控制精度较高，完全达到了题目基本部分的要求，并基本实现了发挥部分要求。

二、系统方案确定1、总方案：分析题目要求，系统为一个主从式测控系统。

由通讯网络把主站和多个从站连成一个系统。

通讯网络可采用RS-232或RS-485等接口组成。

测控从站的功能可有多种方案实现，但一般都都由控制单元、执行机构和检测单元三部分组成。

下面具体论述分析一下各个部分的方案确定。

2、通讯方案的确定通讯网络可选用RS-232或RS-485。

RS-232系统的通讯距离一般小于15米，而RS-485的通讯距离可达1000多米。

考虑到本系统模拟的医院病房的实际情况，15米不能满足要求，故采用了RS-485系统3、执行机构方案的确定小型执行机构的驱动元件一般选择直流电机或步进电机。

其中直流电机使用方便，价格便宜，但运动精度较低，难以实现精确的位置控制。

如用直流电机调整输液瓶的高度，将难以控制其精确位置，系统稳定性较差，较难达到题目的要求。

全国大学生电子设计竞赛题目分析全国大学生电子设计竞赛题目类型简介由国家教委高教司倡导并组织的全国大学生电子设计竞赛从1994年的首届试点到2003年已经成功地举办了6届。

从6届电子设计竞赛的试题来看，可以归纳成7类，即：（1）电源类：简易数控直流电源（第一届），直流稳压电源（第三届）；（2）信号源类：实用信号源的设计和制作（第二届），波形发生器（第五届），电压控制LC振荡器（A题）（第六届）；（3）高频无线电类：简易无线电遥控系统（第二届），调幅广播收音机（第三届），短波调频接收机（第四届），调频收音机（第五届）；（4）放大器类：实用低频功率放大器（第二届），高效率音频功率放大器（第五届），宽带放大器（B题）（第六届）；（5）仪器仪表类：简易电阻、电容和电感测试仪（第二届），简易数字频率计（第三届），频率特性测试仪（第四届），数字式工频有效值多用表（第四届），简易数字存储示波器（第五届），低频数字式相位测量仪（C题）（第六届），简易逻辑分析仪（D题）（第六届）；（6）数据采集与处理类：多路数据采集系统（第一届），数字化语音存储与回放系统（第四届），数据采集与传输系统（第五届）。

（7）控制类：水温控制系统（第三届），自动往返电动小汽车（第五届）；简易智能电动车（E题）（第六届）；液体点滴速度监控装置（F题）（第六届）。

从以上试题可见，试题具有实用性强、综合性强、技术水平发挥余地大的特点。

涉及到的电子信息类专业的课程有：低频电路、高频电路、数字电路、微机原理、电子测量、单片机、可编程逻辑器件、EDA设计等；实践性教学环节有：电子线路实验课、微机原理实验课、课程设计、生产实习等；可选用的器件有：晶体管、集成电路、大规模集成电路、单片机、可编程逻辑器件等；设计手段必须采用现代电子设计方法与开发工具，如VHDL语言、Xilinx Foundation Series EDA工具、单片机编程器等。

不难看出，电子设计竞赛的试题既反映了电子技术的先进水平，又引导高校在教学改革中应注重培养学生的工程实践能力和创新设计能力。