液滴速度监控装置的设计报告.

南华大学电气工程学院《单片机原理及应用课程设计》任务书设计题目：基于单片机系统的液滴点滴速度监控装置专业：电气工程及其自动化姓名: 刘杰学号: 20104450244起迄日期:年月日——年月日指导教师:目录一、引言 (4)二、系统总体设计 (4)2.1系统原理框图及原理分析 (4)2.2方案设计与论证 (5)2.2.1电机驱动控制电路 (5)2.2.2 数据采集 (6)2.2.3键盘方案的选择 (7)2.2.4系统最终方案确定 (8)三、单片机系统设计 (8)3.1 硬件设计 (8)3.1.1单片机系统的硬件结构 (8)3.1.2 液体滴速检测模块 (10)3.2 软件设计 (11)四、总结 (13)参考文献 (14)英文摘要 (16)基于单片机系统的液体点滴速度监控装置设计【摘要】：利用单片机设计一个智能化的液体点滴速度监测与控制系统。

该系统由水滴速度测试系统、水速控制系统、显示装置、单片机系统、键盘和报警等系统组成。

应用水的压强随着高度差的变化而变化的原理，利用控制步进电动机的升降来控制点滴速度。

点滴速度可用键盘来设定，同时在水到达警戒线 (2cm~3cm)以下时能发出报警信号。

【关键词】：点滴速度，步进电动机，单片机1 引言目前各类医院中所使用的静脉输液器都是悬挂在病人的身体水平线以上才能输液，这种传统的输液设施的输液速度难以准确控制，这对特护病人和对输液速度有较严格要求的病人是不方便的，也会加重医护人员的工作强度。

本系统就是为了减少人力浪费，获得良好医疗效果而设计的液体点滴速度监控装置，利用这种装置可以通过电机控制储液瓶的高度来达到控速的目的；通过传感系统来确定点滴速度和对液位警戒线的检测；通过键盘设置液体点滴速度。

2 系统总体设计2.1系统原理框图及原理分析利用步进机和压强的原理来控制水滴的速度，有公式可以知道由于液面高度的不同而使压强不同，从而改变液滴的速度。

这样的系统比控制输液软管的松紧更好控制，而且比较容易实现。

液体点滴速度监控装置[摘要 ] 该装置实时地监测液体点滴速度，通过单片机对信息地分析和处理，由主机发出相应地指令， 调整系统地工作平稳，构成了一个高性能地闭环控制系统 .实现了对点滴输液速度地直观监测，同时对一些异常情况地出现可实施报警 .利用该装置还能通过主控平台对各个分立系统信息实施自动化、智能 化地集中处理 .能方便、简易地操作和使用，对医疗具有很强地实用性.[ 关键词 ] 实时监控 红外传感 闭环控制 步进电机一、方案设计与论证根据题目要求和原输液装置地特点，提出以下三种方案：1、方案一 直接在滴斗处用两电极棒地方法 .与受液瓶地高度，达到改变点滴速度，从而进行控制2、方案二把通过电机改变系统装置高度地方法， 改为控制步进电机对输液管进行压缩或缓松， 从而实现对点 滴速度地改变 .采用交流电动机控制 H2 地高度 .即采用红外传感器测量滴斗滴液， 送至单片机接口计数， 通过数字模拟转换，将其转换为 4— 20MA 标准电流值，同时通过键盘输入给定每分钟地滴数，再将此 滴数将其转换为 4—20MA 标准电流值，将此两个信息同时进入数字 PID 调节器 .通过偏差计算再输出一 组4— 20MA 标准电流值，通过变频调速器控制电动机调节H2 地高度，来控制滴斗滴数 .此方案地优点是，完全按目前电气工程标准化运作，可以在很短时间完成 .文档收集自网络，仅用于个人学习2、 方案三根据点滴装置地特点， 通过对装置地某一位置进行监测和控制， 达到对整个系统液体点滴速度地监 控 . （如图 1）.文档收集自网络，仅用于个人学习通过控制输液软管夹头地松紧来控制点滴速度，采用红外传感器测量滴斗滴数，送至单片机接口 计数并显示，首先标定两个脉冲（两滴间）间地时间间隔（以 10MS 为时基单位） .然后计算给定滴斗 滴数（通过键盘）地时间间隔（以 10MS 为时基单位） .将此两个时间间隔进行比较，以决定步进电机 运行地方向 .该步进电机通过丝杠控制输液软管夹头地松紧，来控制滴斗滴数 文档收集自网络，仅用于个人学习4、方案比较 方案一地特点是：实现比较简单容易，原理上也是可行地，但由于本装置用于医疗，电弧地产生， 可能对不同地药物有影响，同时传感器（电极）不能重复使用，以防止传染 .文档收集自网络，仅用于. 文档收集自网络，仅用于个人学习个人学习方案二通过改用红外传感器，弥补了方案一地不足.但是还存在问题，利用改变高度地方法虽然容易实现，但可控性不好.由此，我们采用了第三种方案，通过挤压输液管地办法来实现对点滴速度地控制.文档收集自网络，仅用于个人学习二、系统原理框图如图 2 所示.图2本系统最主要地是充分利用单片机编程地灵活性和其强大地功能，使一些小地系统实现自动化和智能化成为了现实.其中地器件都比较简单，尽大可能地利用各集成芯片地功能，如系统地键盘和显示原理电路.通过红外传感器对水滴滴落地动态信息地感应，单片机对数据地采集分析和处理，同时使用小功率地步进电机进行机械调整，使装置能机智、即时地响应操作者地使用.文档收集自网络，仅用于个人学习三、主要电路原理与设计1 、AT89C51 单片机基本系统控制与数值信号处理地核心采用AT89C51 单片机，采用串口工作方式.电路如图 3.文档收集自网络，仅用于个人学习2、显示与键盘如图4利用74LS164 进行串行动态9 位数码管显示，74LS164 地主要功能是8bits 地串入并出数据处理.电路结构简单，功能强大.采用中断和查询地方法，设计地 4 键键盘地形式，利用单片机地灵活图43、红外传感和信号处理采用红外线地发射和接收装置，它可用来检测包括液体在内地各种透明体、半透明体、不透明体，从而可以灵敏地反应水滴滴下.利用光电耦合器对电信号进行处理，减少干扰.文档收集自网络，仅用于个人学习4、步进电机驱动和控制如图5图55、声光报警当检测到液面低于3cm 时由单片机采集到报警信号，由报警芯片发出声光报警5 、主控制平台可以组建一个小型地网络系统，由主机控制和监视各个从机地工作状态和各个装置地信息. 如图 6 文档收集自网络，仅用于个人学习图6四、系统软件工作流程如图7 到图121、软件设计：软件部分参考流程图，这里主要讲述一下软件编写过程中地几个细节部分.如前所述，我们计算滴水速度地原理是通过求出 2 个水滴之间地时间差，通过分析，我们通过定时器建立一个基准时钟，该基准时钟有 2 个字节单元，分别秒单位和10 毫秒单位地数值.在每次传感器送来中断地时候调用“传感测量”子程序，在该子程序中，我们在取当前触发时间时，先把上一个脉冲发生地时间保存在“历史寄存器”中，然后再更新“当前寄存器”地值，即取当前脉冲地发生时间.这样我们就记录下了 2 个时间（连续）值.文档收集自网络，仅用于个人学习历史寄存器当前寄存器基准时钟7由于基准时钟是以10 毫秒为最小单位地，而对于频率范围在20Hz~150Hz 地脉冲而言，因为我们在后边地求滴速中要用到10 毫秒单位值，而水滴地下落并不能保证绝对地规则，经测试发现，每一次求差后地值总有几个单位毫秒地变动，这个变动就导致了最终运算出来地滴速值地大幅度变化，后来惊观察发现这种误差可以归为周期性误差，所以为了消除这个误差，我们不是简单地只取一个差值，相反，我们是取了10 个差值，然后再求平均值，这样处理地最大一个好处是可以使周期性误差地正、负偏差互相抵消，在很大程度上消除上述误差.文档收集自网络，仅用于个人学习前面地处理虽然可以提供一个比较接近真值，对于最终显示出来地影响不大，但当要用这个值去控制滴速夹时，很明显这样处理地结果降低了控制地响应度；而另一方面，对于滴速夹地控制，因为我们采用地是步进电机，而且我们对步进电机地转轴又进行了改造，加了一个螺纹栓，可以保持滴速夹控制端地位置，所以我们在每采集一个脉冲间隔时就进行滴速地更改控制，这样可以提高控制设备地响应速度.所以在本系统中对于建立一个科学合理地系统模型是很有必要地.文档收集自网络，仅用于个人学习在对滴速进行控制时，我们借鉴了PID 算法，建立了一个闭环控制状态，利用类似于锁相环地模型：即把设定地滴速和当前地滴速进行比较，输出一个差值，利用这个差值地极性来决定电机地正反转，并拉小这个差值直至最小.因为每检测到一个传感信号，我们就把设定值和当前值进行比较，这样不仅提高了设备地响应速度，而且由于我们这个系统地基准时钟是以10 毫秒为单位了，因为我们能分辨到10 毫秒地数量级，可以使当前值非常接近我们所设定地设定值.文档收集自网络，仅用于个人学习这一点可以参照电机控制地流程图.（图12）1、运算过程：因为我们系统地基准时钟是以10 毫秒为单位了，虽然加大了系统地精度，但是却给系统地数值运算带来了麻烦，直接用四则运算（特别是乘除地运算）很容易带来无法避免地运算误差，即在运算是因为运算位数地限制而带来地数据尾数地丢失. 前面说过这种误差将对我们对信号地处理和显示产生很大了影响，甚至会得到一个误差很大地最终输出，为避免这种情况，我们在保证精度地基础上采用了查表法，并且在建立表格时对数据进行一定地折中处理，使得最终得到了结果地误差能尽量小，实践证明我们这种方法还是有一定地实用性地.而且查表法地结果便于以后系统误差地自我校正，因为它保存了一个恒值.文档收集自网络，仅用于个人学习2 、对数据表格地处理：前面说过我们这个系统地基准时钟有两个字节单元，而即使采用题目要求地滴速（20~150 分/滴）也将需要260 个字节，这已经超过了8 位单片机地查表范围，所以怎样建立一个合理地查表算法是很有必要地.通过对数据地观察，我们发现虽然每个时间量有两个字节，但是在秒字节地单元里，总共只能出现4种取值，即1、2和3以及0 ，所以我们可以以这4个值为标量对表格地数据进行划分，由于有了秒字节单元来做区分，我们只要在表格中写入10 毫秒字节单元地值就行了，通过综合处理，在保证精度地基础上，我们所建立地表格地字节数为100 多个，这样不仅满足了8 位单片机地查表范围，而且大大了节省了内存，有利于系统资源地优化分配. 文档收集自网络，仅用于个人学习3、通信地建立：在选择方案时，考虑到通信线地多少，我们采用了串行通信，直接利用单片机本身地串行通信口，在软件上我们考虑用串行通信地方式0 来进行通信.通信协议如下：先发送握手信号，然后发送被呼叫地从机号，每个从机在接收到地址时跟自身地地址进行比较，如果不是被呼叫机，则关闭通信链路；如果是则发送响应信号.当确定了通信地链路后，就按照预定地数据包格式进行通信.数据包格式如下：文档收集自网络，仅用于个人学习操作码2、程序流程图个人收集整理仅做学习参考图8个人收集整理仅做学习参考传感测量：学习时钟：文档收集自网络，仅用于个人图9 图10个人收集整理仅做学习参考步进电机控制：文档收集自网络，仅用于个人学习键盘：个人收集整理仅做学习参考图11 图12 3、源程序：时间基准缓冲区：秒55h 0.01 秒56h键盘设置缓冲区：秒57h 0.01 秒58h传感测量缓冲区：前次—秒51h 0.01 秒52h 当前—秒53h 0.01秒54h 差值—秒4fh 0.01秒50h文档收集自网络，仅用于个人学习最终显示缓冲区：选择值：54h 测定值5ah 5bh 5ch 设置值5dh 5eh 5fh R4 用于步进电机地步进记忆org 0000hajmp mainorg 0003hajmp jpint org 000bh ajmp times org 0013h ajmp cgint org 0040h ;int0 ;t0 ;int1main:mov sp,#60h ;设置堆栈mov 5eh,#00hmov 5fh,#00hmov r7,#00hsetb f0clr p2.1mov tmod,#01h ;T0 为工作方式0mov tl0,#0f0h ; 计数器初值mov th0,#0d8hmov ie,#87h ;中断设置，除T1，ES 外全开中断mov 41h,#00h mov 42h,#00h mov 43h,#00h mov 44h,#00h mov 45h,#00h mov 46h,#00h mov 47h,#00h mov 48h,#00h mov 4fh,#00h mov 50h,#00h mov 51h,#00h mov 52h,#00h mov 53h,#00hmov 54h,#00h mov 55h,#00h mov 56h,#00h mov 54h,#00h mov 57h,#00h mov 58h,#00h mov 59h,#00h mov 5ah,#00h mov 5bh,#00h mov 5ch,#00h mov 5dh,#00h ;初值设置;以上为时间初值;初值显示为00mov ip,#02h setbit0 setb it1 setb tr0setb p1.4 disp:acalldisp0ajmp disp;中断优先级;脉冲触发方式;启动定时;调用显示子程序disp0: push accmov dptr,#tablejnb f0,disp1 mova,54h cjnea,#01h,zzz1movc a,@a+dptrmov sbuf,a jnbti,$ clr ti mova,#0ffh movsbuf,a jnb ti,$ clrti acall dealy;选择值显示ajmp disp1 zzz1:cjne a,#02h,zzz2 movca,@a+dptr mov sbuf,a jnb ti,$ clr ti mova,#0ffh mov sbuf,a jnb ti,$ clr ti acall dealy ajmp disp1 zzz2:cjne a,#03h,zzz3 movca,@a+dptr mov sbuf,a jnb ti,$ clr ti mova,#0ffh mov sbuf,a jnb ti,$ clr ti acall dealy ajmp disp1 zzz3:mov 54h,#00hdisp1:mov a,5ah ;测定值显示cjne a,#00h,disp2 ajmp disp3 disp2:cjnea,#01h,disp4 disp3:movc a,@a+dptr mov sbuf,a jnb ti,$ clr ti mov a,#0feh mov sbuf,a jnb ti,$ clr ti acall dealydisp4:mov a,5bh movc a,@a+dptr mov sbuf,a jnb ti,$ clr timov a,#0fdh mov sbuf,a jnb ti,$ clr ti acall dealymov a,5ch movc a,@a+dptr mov sbuf,a jnbti,$ clr ti mov a,#0fbh mov sbuf,a jnb ti,$ clr ti acall dealymov a,5dh ;设置值显示movc a,@a+dptr mov sbuf,a jnb ti,$ clr ti mov a,#0dfh mov sbuf,a jnb ti,$ clr ti acall dealymov a,5eh movc a,@a+dptr mov sbuf,a jnbti,$ clr ti mov a,#0bfh mov sbuf,a jnb ti,$ clr ti acall dealymov a,5fh movc a,@a+dptr mov sbuf,a jnb ti,$clr ti mov a,#7fh mov sbuf,a jnb ti,$ clr ti acall dealy pop acc retdealy: mov r0,#0fah lll: nop nop djnz r0,lll ret table:db 03h db 9fh db 25h db 0dh db99h db 49h db 41h db 1fh db 01h db 09hjpint: ;键盘控制子程序push acc push 07h mov r2,#0ah zzz:acall dealy djnz r2,zzzjb p1.0,x2 ;选择键子程序inc 54h clr ex1 setb f0 mov a,54h cjnea,#04h,x1 mov 54h,#01h x1:ajmp ret0 x2:jb p1.1,x3 ;加 1 键子程序mov a,54h cjne a,#00h,lll1ajmp ret0 lll1:cjne a,#01h,lll2 inc 5fh mov a,5fh cjne a,#0ah,zhongju mov 5fh,#00h ajmp ret0 lll2:cjne a,#02h,lll3 inc 5eh mov a,5eh cjne a,#0ah,ret0 mov 5eh,#00h ajmp ret0 lll3:inc 5dh mov a,5dh cjne a,#0ah,ret0 mov 5dh,#00h ajmp ret0 x3:jb p1.2,x4 ;减 1 键子程序mov a,54h cjne a,#00h,llll1 ajmp ret0llll1:cjne a,#01h,llll2 dec 5fh mov a,5fh cjne a,#0ffh,ret0 mov 5fh,#09h ajmp ret0 zhongju:ajmp ret0 llll2:cjne a,#02h,llll3 dec 5eh mov a,5eh cjne a,#0ffh,ret0 mov5eh,#09h ajmp ret0 llll3:dec 5dh mov a,5dh cjne a,#0ffh,ret0 mov 5dh,#09h ajmp ret0x4:jb p1.3,x5 ;确定键子程序clr f0 acall enter ; 因指令而修改ret01: ;对整数进行修正mov a,r7cjne a,#14,ccc1mov 57h,#03h ;为20 置 3setb ex1ajmp ret0ccc1:cjne a,#1eh,ccc2mov 57h,#02h ;为30 置 2setb ex1ajmp ret0ccc2:cjne a,#3ch,ret02mov 57h,#01h ;为60 置 1setb ex1ajmp ret0x5:jb p2.0,ret0 ;报警监测setb p2.1 ;送报警声音ajmp ret0 ret02:setb ex1 ret0:pop acc pop 07h reti enter:mov 54h,#00h clr cmov a,5dh ;求时间段程序mov b,#64h ;百位数mul abmov r7,amov a,5ehmov b,#0ah ;十位数mul abadd a,r7mov r7,amov a,5fhadd a,r7mov r7,a ;此时r7 中为设定值clr csubb a,#14h ; 查表前减20mov dptr,#table1 ;由数值查时间段表movc a,@a+dptrmov 58h,arettimes: ;时间设置push accmov tl0,#0f0hmov th0,#0d8hsetb tr0 inc 56h mov a,56h cjnea,#64h,quit0 mov 56h,#00h inc 55hquit0:pop acc reticgint: ;传感测量mov r2,#0ah zzzz:acall dealy djnz r2,zzzz jnb p3.3,cgint1 reticgint1:push acc push 03h push 04h push 05h push 06h inc r7cjne r7,#0ah,zhongju1mov r7,#00hmov a,53h ;数值转移mov 51h,amov a,54hmov 52h,amov a,55h ;读取当前时间mov 53h,amov a,56hmov 54h,aclr c ;求10 个脉冲差值子程序mov 47h,#00h ;10 差值寄存区mov 48h,#00hmov a,53hsubb a,51hmov 47h,aclr cmov a,54hsubb a,52hjnc zero ;如果当前值大就跳转dec 47hclr cmov a,#00h mov a,54h add a,#64h subb a,52hzero:mov 48h,a mov a,47h mov b,#0ah div ab mov4fh,a mov a,b mov r3,a mov a,48h mov b,#0ah div ab mov 50h,a mov a,b movr4,a mov a,r3 mov b,#0ahmul ab add a,50h mov50h,a zhongju1:mov a mov42h,a mov a,43h mov 41h,amov a,55h mov 43h,a mova,56h mov 44h,a clr c ;求差值子程序,供电机使用mov 45h,#00h mov46h,#00h mov a,43h subba,41h mov 45h,a clr c mova,44h subb a,42h jnc zero1 ;如果当前值大就跳转dec 45h clr c mov a,#00h mov a,44hadd a,#64h subb a,42h zero1:mov 46h,a mov a,45h mov a,4fhcjne a,#03,ddd1 mov 5ah,#00h mov 5bh,#02h mov 5ch,#00h ajmp exit ddd1:cjne a,#02h,ddd2 mov a,50h jnz ddd01 mov 5ah,#00h mov5bh,#03h mov 5ch,#00h ajmp exit ddd01:mov b,#0ah div ab mov dptr,#table2 ;秒值为 2 地表movc a,@a+dptr mov r5,a anl a,#0fh mov 5ch,a mov 5bh,#02h mov 5ah,#00h ajmp exit ddd2:cjne a,#01h,ddd3 mov a,50h jnz ddd02 mov 5ah,#00h mov 5bh,#06h mov 5ch,#00h ajmp exit ddd02: mov b,#0ah div ab mov dptr,#table3 ;秒值为 1 地表movc a,@a+dptr mov r5,a anl a,#0fh mov 5ch,a mov a,r5 swap a anl a,#0fh mov 5bh,a mov5ah,#00h ajmp exit ddd3: mov a,50h cjnea,#3ch,ddd03 mov 5ah,#01h mov 5bh,#00h mov 5ch,#00h ajmp exit ddd03:clr csubb a,#3chjc lar100 ;大于100 跳转mov 5ah,#00h ;小于100mov dptr,#table4 ;60 到99 地表movc a,@a+dptrmov r5,aanl a,#0fhmov 5ch,amov a,r5swap aanl a,#0fhmov 5bh,aajmp exitlar100:mov 5ah,#01hclr cmov r5,50hmov a,#3chsubb a,r5mov dptr,#table5 ;100 到150 地表movc a,@a+dptrmov r5,aanl a,#0fhmov 5ch,amov a,r5swap aanl a,#0fhmov 5bh,aexit:jb f0,exit1 ;F0为 1 时电机不工作acall dianjic ;送步进电机子程序exit1:pop 05hpop 03h pop 04h pop acc pop 06h reti dianjic: ;电机控制子程序.zhengzh 为前进，fanzh 为后退push accclr cmov a,57hsubb a,45hjz lowdc ;如果高位相等则进行低位比较;平均差值;秒余数暂存;0.01 秒暂存,44h ;送动态显示缓冲区;整值判断jc jcc1 ;当前滴速小于设定滴速，须反转放松acall zhengzh ;当前滴速大于设定滴速，须正转挤压ajmp outjcc1:acall fanzhajmp outlowdc:clr cmov a,58hsubb a,46hjz outjc jcc2acall zhengzhajmp outjcc2:acall fanzhout:pop accretzhengzh: ;前进挤压mov dptr,#table0inc r4mov a,r4cjne a,#06h,zhengzmov r4,#00hmov a,#00hzhengz:movc a,@a+dptrmov p1,aretfanzh: ; 反转放松mov dptr,#table0dec r4mov a,r4 cjnea,#0ffh,fanz movr4,#05h mov a,#05h fanz:movc a,@a+dptr mov p1,a ret table0: db 80h db 0c0h db40h db 60h db 20h db 0a0h table1: dB 00H dB 86H dB 73H dB 61H dB 50H dB 40H dB 31H dB 22H dB 14H dB 07H dB 00H dB 94H dB 88H dB 82H dB 76H dB 71H dB 67H dB 62H dB 58H dB 54H dB 50H dB 46H dB 43H dB 40H dB 36H dB 33H dB 30H dB 28H dB 25H dB 22H dB 20H dB 18H dB 15H dB 13H dB 11H dB 09H dB 07H dB 05H dB 03H dB 02H dB 00H dB 98H dB 97H dB 95H dB 94H dB 92H dB 91H dB 90H dB 88H dB 87H dB 86H dB 85H dB 83H dB 82H dB 81H dB 80H dB 79H dB 78H dB 77H dB 76H dB 75H dB 74H dB 73H dB 72H dB 71H dB 71H dB 70H dB 69H dB 68H dB 67H dB 67H dB 66H dB 65HdB 65H dB 64H dB 63H dB 63H dB 62H dB 61H dB 61H dB 60H dB 59H dB 59H dB 58H dB 58H dB 57H dB 57H dB 56H dB 56H dB 55H dB 55H dB 54H dB 54H dB 53H dB 53H dB 52H dB 52H dB 51H dB 51H dB 50H dB 50H dB 50H dB 49H dB 49H dB 48H dB 48H dB 48H dB 47H dB 47H dB 47H dB 46H dB 46H dB 45H dB 45H dB 45H dB 44H dB 44H dB 44H dB 43H dB 43H dB 43H dB 43H dB 42H dB 42H dB 42H dB 41H dB 41H dB 41H dB 41H dB 40H dB 40H table2: db 29h db 28h db 27h db 26h db 25h db 24h db 23h db 22h db 21h table3: db 57h db 52h db 49h db 45h db 42h db 39h db 37h db 35h db 33h db 31h table4: db 99h db 98h db 97h db 95h db 94h db 93h db 91h db 89hdb 88h db 87h db 86h db 84h db 83h db 82h db 81h db 80h db 79h db 78h db 77h db 76h db 75h db 74h db 73h db 72h db 72h db 71h db 70h db 69h db 68h db 68h db 67h db 66h db 65h db 65h db 64h db 63h db 63h db 62h db 61h table5: db 00h db 02h db 04h db 06h db 08h db 10h db 12h db 14h db 16h四、 系统测试1、仪器1） 数字示波器 2） 信号发生器 3） 数字计数器2、 波形测试 利用示波器观察红外传感电信号是否规则 .若不规则，说明传感器转化地电信号需要进一步处理， 或者是传感器本身有问题， 需要检查 .直到有规则地方波输出为止 .文档收 集自网络，仅用于个人学习用数字计数器对液滴计数 .在系统电路工作时，用数字计数器地表笔从传感器转化 地电信号输出端相接， 对点滴数计数与系统显示做比较， 从而进一步校正电路测量地准 确度 .文档收集自网络，仅用于个人学习3、 测量数据单机测量： 与计数器比较：db 18h db 20h db 22h db 25h db 28h db 30h db 33h db 36h db 39h db 43h db 46h db 49h end。

液体点滴速度监控系统的设计摘要输液是医院常⽤的治疗⼿段，传统输液过程中存在着输液速度不精确、需要⼈⼯监护等弊端。

本⽂的⽬标就是设计⼀种输液监控系统以解决此问题。

本⽂设计的液体点滴速度监控装置系统，实现了对输液速度的检测与控制，实现了对储液瓶中液⾯⾼度的检测报警，并且动态显⽰输液速度。

使⽤者可以通过按键设置输液速度，系统将⾃动对输液速度进⾏控制。

此外系统还实现了多机通信，即⼀个主站控制⼀个和主从机之间的数据传输。

当输液结束或输液速度发⽣异常时，从站使⽤发光⼆极管和蜂鸣器进⾏报警，并将报警信号通过串⾏⼝传送⾄主站，主站通过监控软件和蜂鸣器实现声光报警。

系统以8051单⽚机为核⼼，使⽤两块系统板（主机和从机）组成有线监控系统，主机实现对从机的控制及液体点滴速度的显⽰和液体点滴速度的键盘控制；从机通过外围电路检测储液瓶中液⾯⾼度和液体点滴速度；通过从机实现对步进电机控制以实现对储液瓶⾼低的控制，来实现控制液体点滴速度。

在整体⽅案设计中，在保证设计系统能达到的题⽬要求的精度和稳定度的前提下，考虑到系统的轻便性、实⽤性、可靠性，对电路系统进⾏了优化。

关键词：点滴速度；光电传感器；步进电机；单⽚机ABSTRACTTransfusion commonly used as treatment in hospital, but there were some problems, such as inaccurate, need transfusion of artificial guardianship, etc. The goal is to design a transfusion monitoring system in order to solve those problems.The monitoring and controlling system of liquid drop speed by this paper, actualize the infusion rate of test, the control of reservoir fluid bottle level detection alarm and dynamic display of transfusion speed. Users can through the button to control transfusion speed and system will automatically transfusion speed of it. Besides the system also actualize multi-machine communication, that is, a master station to control a multiple machine from a station and the master-slave data transmission between. When the infusion end or infusion speed abnormal, slave light-emitting diodes and buzzer to alarm, and will alarm signals through serial transmission to the master, stood by buzzer sound-light alarm.The systems use 8051 SCM as machine?s core. Use two systems board (host and slave) component cable monitoring system for control of the machine from host. The master station achieves the displaying of liquid drip speed and the keyboard to control liquid drip speed. Slave machines through the outer circuit testing reservoir liquid bottle in height and liquid dropping speed, and through the control of stepping motor speed control the level of liquid storage bottle to control liquid drop speed.In the overall program design, in ensuring the use of design systems to achieve th e required accuracy and stability of the premise, taking into account the system?s portability, practicality, reliability, electrical systems were optimized.Key words: liquid drop speed; photoelectric sensor; Stepper Motor; single chip⽬录第⼀章绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2课题研究的⽬的和意义 (1)1.3 输液报警监控系统的⽅法 (2)1.4 本课题采⽤的输液报警监控内容⽅法简介 (2)1.5本⽂的结构 (3)第⼆章输液监控系统的总体⽅案 (4)2.1 输液监控系统的设计依据和⽬的 (4)2.2系统⽅案论证与⽐较 (5)2.2.1 控制⽅案的⽐较 (5)2.2.2点滴检测⽅案⽐较 (5)2.2.3液位监测⽅案⽐较 (5)2.2.4速度控制⽅案 (6)2.2.5电机的选择 (6)2.2.6主从机通信⽅案 (7)2.3系统总体框图 (8)第三章系统的硬件设计 (10)3.1 系统的硬件设计 (10)3.2 从站各系统单元的设计 (11)3.2.1中央处理单元 (11)3.2.2点滴信号检测单元 (11)3.2.3点滴信号的⽐较、滤波、整形电路 (12)3.2.4 液位检测单元 (13)3.2.5检测电路的抗⼲扰措施 (14)3.2.6声光报警电路 (1)4.3.2.7 步进电机驱动单元（⾼度调整单元） (15)3.2.8 主从站接⼝电路 (16)3.3 主站的硬件电路图及⼯作原理 (17)3.3.1键盘单元 (18)3.3.2 数码管显⽰单元 (20)3.4 主从站芯⽚时钟电路 (21)3.5 主从站复位单元 (21)3.6 电源电路 (22)第四章液体点滴监控系统的软件设计 (24)4.1 从站各模块软件设计 (25)4.1.1 主控模块设计 (25)4.1.2 点滴速度测量模块设计 (25)4.1.3 电机控制算法 (27)4.1.3.1 电机控制原理 (27)4.1.3.2 点滴速度控制 (28)4.1.4 通信程序通信模块设计 (29)4.1.4.1 串⼝通信参数设置 (29)4.1.4.2 通信协议约定 (30)4.1.4.3 主控模块设计 (31)4.1.5 报警模块设计 (32)4.2 从站各模块软件设计 (33)4.2.1 主控模块设计 (33)4.2.2 输⼊键盘模块的设计.................................................................33.4.2.3 数码管显⽰模块的设计 (34)第五章总结及展望 (37)5.1总结 (37)5.2 展望 (38)5.3⼼得体会 (39)致谢 (40)附录⼀电路原理图 (41)附录⼆部分程序清单 (43)第⼀章绪论1.1课题背景输液(俗称打点滴)是临床医学上最常⽤的治疗⼿段。

CONO MIC CON STR UCTION 经济建设5环球市场信息导报无线液体点滴速度监控装置的设计输液速度的快慢直接影响药效以及患者生命安全。

临床上人为监控误差大、可操作性差，使得输液速度很难实时控制。

本文设计的液体的点滴速度监控装置利用红外传感器实时检测输液的速度，将采集的点滴速度实时无线传输给控制中心，控制中心通过与设定速度比对发出无线控制信号，来调节流速调节器来调节液体的流速，从而实现点滴速度自动调节。

本设计只需将速度检测和速度调节部分固定在一次输液器上即可使用，无需专用输液器，也可扩展应用到其他液体速度监控装置领域。

点滴输液是临床上最为常见的治疗方法之一，大部分药物的输液速度都有严格的规范。

由于在输液前人工控制速度存在误差，在输液过程中人工监护输液速度工作量大很难保证输液的速度。

目前的研制点滴液体速度监控装置大多都为有线检测装置且需要通过输液瓶的高度来调节点滴的速度，这些点滴输液器需要专用的输液器使得输液成本加大，很难在医疗市场推广。

为了解决以上问题，本文设计了一款无线液体点滴速度监控装置。

该系统以单片机ST C 89C52为控制中心，采用红外发射接收对管装置检测液滴速度，并实时将检测的速度值无线发送给控制中心，控制中心根据传输的速度值来实时发送控制信号给液体调速模块来实时调节液体流速，从而实现点滴流速自动监控的目的。

1.硬件设计本系统硬件采用模块化设计，如图1所示，包括速度检测、控制中心、速度调节三个模块。

每个某块都是一个独立的系统均可以独立工作。

速度检测部分检测输液速度值并将速度信号实时传输给控制中心；控制中心部分主要负责接收检测部分的速度数据信号，根据接收的速度值来判断是否需要调速，若需要调速则向速度调节模块发送速度调节模块信号；速度调节再接收到速度调节信号后，判断是速度增加还是减少信号然后驱动步进电机调节液体流速调节器孙佰顺武传佳李洪亮图硬件原理框图81的调节滚轮来增加或减少点滴输液速度。

题目一、悬挂运动控制系统一、任务设计一个电机控制系统，控制滑块竖板上运动。

在一个白色的底板上固定2个滑轮，2只电机（固定在板上）通过穿过滑轮的吊绳控制一个滑块在板上运动，运动范围为50cm×50cm。

滑块的形状不限，质量大于100克。

滑块上固定有浅色画笔，以便运动时能在板上画出运动轨迹。

板上标有间距为1cm的浅色坐标线（不同于画笔颜色），左下角为直角坐标原点, 示意图1所示。

图1 电机控制系统二、要求1、基本要求：（1）控制系统能够通过键盘或其他方式任意设定坐标点参数；（2）控制滑块在50cm×50cm的范围内作自行设定的运动，运动轨迹长度不小于50cm，滑块在运动时能够在板上画出运动轨迹，限150秒内完成；（3）控制滑块作圆心可任意设定、直径为30cm的圆周运动，限200秒内完成；（4）滑块从左下角坐标原点出发，在100秒内到达设定的一个坐标点(两点间直线距离不小于40cm)。

2、发挥部分（1）能够显示滑块中画笔所在位置的坐标；（2）控制滑块沿板上标出的任意曲线运动(见示意图)，曲线在测试时现场标出，线宽1.5cm～1.8cm，总长度约50cm，颜色为黑色；曲线的前一部分是连续的，长约30cm；后一部分是两段总长约20cm的间断线段，间断距离不大于1cm；沿连续曲线运动限定在150秒内完成，沿间断曲线运动限定在300秒内完成；（3）控制滑块在板上绘出一个数字字符，如“2”、“3”、“5”“6”、“8”、“9”等，限定在300秒内完成；（4）其他。

三、评分标准四、说明（1）滑块的运动轨迹以画笔画出的痕迹为准，应尽量使滑块运动轨迹与预期轨迹吻合，同时尽量缩短运动时间；（2）若在某项测试中运动超过限定的时间，该项目不得分；（3）运动轨迹与预期轨迹之间的偏差超过4cm时，该项目不得分；（4）在基本要求(3)、(4)和发挥部分(2)、（3）中，滑块开始运动前，允许手动将滑块定位；开始运动后，不能再人为干预滑块运动。

液体点滴速度监控系统的设计该系统主要由硬件和软件两部分组成。

硬件部分包括传感器、控制器、显示器和报警器；软件部分则负责数据处理和显示。

首先，我们需要选择适合的流速传感器。

传感器可以通过各种方式测量流体的速度，比如利用涡街传感器、超声波传感器或者压力传感器。

根据实际需要以及成本等因素，选择合适的传感器。

在液体点滴管路中添加一个流速传感器，传感器会通过传感器信号转换为电信号，并输入到控制器中进行处理。

控制器会对传感器获得的电信号进行放大、滤波等处理，得到准确的液体流速数据。

为了实现实时监测，监控系统需要进行数据处理和显示。

控制器会将处理好的流速数据传输到计算机或者显示器上，并显示在屏幕上。

同时，系统可以设置不同的报警阈值，当液体的流速超过或者低于设定的范围时，报警器可以发出声音或者进行其他形式的报警，提醒医护人员进行处理。

为了确保系统的准确性和稳定性，我们需要进行校准和稳定性测试。

校准可以通过将已知流速的溶液通过系统，与测量值进行比对来实现。

稳定性测试可以通过长时间的运行和监测，检测系统的稳定性和精度。

设计一个完善的液体点滴速度监控系统还需要考虑以下几个方面：1.系统的可靠性和稳定性：在设计和选择硬件设备时，应注意设备的质量和稳定性。

同时，要保证系统能够长时间稳定运行，以便实时监测液体的流速。

2.软件的易用性：设计一个用户友好的界面和操作系统，使医护人员能够方便地使用和操作该系统。

对于不同的用户，可以提供不同的操作模式和权限。

3.数据的存储和分析：系统应具备将数据存储和分析的功能，以便日后查看和分析。

可以将数据存储在本地或者云端，以便随时调取。

4.系统的可拓展性：系统应具备可拓展的功能，比如可以与其他设备进行数据交互、或者可以设置多个液体点滴的监控等。

综上所述，液体点滴速度监控系统是一种用于监测和保障患者安全的设备。

通过选择合适的硬件和软件，进行适当的校准和测试，可以设计出一个高度可靠和准确的液体点滴速度监控系统。

液体点滴速度监控装置摘要本装置采用医用250豪升注射液玻璃瓶，针柄为深蓝色的医用一次性输液器作为控制对象。

通过步进电机控制注射液玻璃瓶的高度，从而控制点滴的速度。

从站由单片机和CPLD 控制，主站和从站之间采用的RS485总线通信。

系统控制误差在设定值10%以内，调整时间小于三分钟。

一．方案论证：（一）总体方案比较：各种控制方案原理框图大致如下：图1—1—1 方案原理框图方案一：方案二：方案三：单片机作为控制单元，步进电机控制瓶子的高度，反射式光电传感器检测滴速和报警位置。

由单片机根据传感器检测到的反馈信号控制步进电机的转动，通过定滑轮将圆周运动转换为输液瓶的垂直运动。

用CPLD由测周法计算滴速，由于滴速在较低频率时变化很小，因而可以根据滴速的大小适当确定调整的步速，以快速并较精确地调整滴速。

此方案充分利用单片机和可编程逻辑器件进行快速设计和高精度﹑自动化控制。

综合以三种方案，最后我们选取方案三。

（二）具体方案选取根据以上的论述，我们将监控装置（从站）化分为以下几个部分：◆电机驱动装置◆传动装置◆传感器模块◆测定滴速模块◆通信模块由于主站和模拟从站的电路和功能都比较简单，而通信模块将在监控装置中详细说明，故不再论述它们的电路结构。

1．电机驱动装置我们使用的电机的相电流位2.5安，工作电压为27 伏，为三相电机,当工作在三相六拍时，两相同时工作，这时电机的驱动功率为135瓦。

我们定制150瓦的变压器作为电源变压器。

电机的驱动采用集成功率电子开关TWH8752,该器件可直接由TTL、CMOS 等数字电路驱动，工作开关速度快、工作频率高（可达1.5MHz）、控制功率大，内部开关管反向击穿电压为100伏。

加散热片后，通过的罐电流可达3安。

其输出管采用集电极开路方式，片内还设过热减流保护电路。

由于电机的每相电流约为2.5安，故每相须串接一限流电阻，选取线六点组的规格为10Ω/50W。

整个装置在工作时会散出很大的热量，须添加一个风扇散热。

摘要:目前，许多医院普通病房患者静脉输液过程中存在输液速度无法人性化监测和调节等问题，设计提出了一套针对不同病人的输液状况进行实时监控并能准确调节液滴速度的装置。

该系统在微改变传统输液形式的前提下，以单片机AT89C51为核心，利用红外对管传感器监测液滴每分钟滴数和液位变化，然后控制步进电机来调节液滴瓶的高低来实现对液滴滴速的控制。

该设计临床实现比较容易，具有较高的实用价值。

关键词:红外对管液滴速度AT89C51步进电机0引言静脉输液是临床治疗中最常用的，临床上一般根据药物和患者的不同情况来配以合适的输液速度，输液速度过快可能导致中毒等不良反应。

常规的临床输液，常用挂瓶输液，依靠眼睛来观察、手动夹具来控制输液速度，这种传统的输液方式并不能精确的控制输液速度，并且工作量大，造成较多的人力资源浪费。

本设计就是为了解决上述的人力资源浪费以及输液速度问题而设计的液体点滴速度自动控制装置。

1自动控制装置硬件设计1.1点滴速度测量采用红外对管来发射和接收点滴信号，采用断续式的工作方式，当液滴滴下时阻挡了红外接收管接收红外线，从而产生一个高电平脉冲信号。

红外对管检测液滴原理图如图1.1所示：图1.1红外对管检测液滴原理图由于红外光产生的光信号较弱，其接收管接收的信号更是十分微弱，相当于毫伏级的电压。

所以必须经过放大电路将其放大到系统能识别的信号。

本设计采用集成运算放大器LM324构成的同向交流放大器。

经过放大电路处理后的信号并不标准，单片机并不能直接识别，因此需要使用电压比较器将不标准的脉冲信号转化为标准的脉冲信号，采用集成电压比较器LM339实现。

1.2液位检测当点滴液位低于警戒线以下时必须发出声光报警。

在这种情况下，关键是如何检测液面高度。

检测方法与液滴测量相同，仍然使用红外对管来发射接收液滴信号。

根据红外接收管接收的光强度的大小，来确定是否达到警戒线水位。

由于红外光通过空气和水的光强不同，因此吸收系数也有不同，当液位高度低于警戒线（离瓶口2-3cm ）时，红外对管会接收到信号，即为报警信号，此时蜂鸣器报警。

液体点滴速度监控装置设计报告一、引言液体点滴在医疗领域中广泛应用，用于输液、给药等目的。

监控液体点滴的速度对于保证患者的安全和治疗的有效性至关重要。

为了满足对液体点滴速度进行实时监控的需求，我们设计了一种液体点滴速度监控装置。

二、设计原理三、装置设计1.液位传感器：液位传感器是用于测量液体液位变化的关键组件。

传感器采用了浮球原理，即将一个浮球固定在导轨上，当液位升高时，浮球被抬升，随着液位降低，浮球被下压。

通过浮球的位置变化，可以得到液体的液位变化情况。

2.电子控制单元：电子控制单元包括微控制器、模数转换器和显示屏。

微控制器用于处理传感器的信号，并计算液体点滴的速度。

模数转换器用于将传感器的模拟信号转换为数字信号，供微控制器处理。

显示屏用于实时显示液体点滴的速度。

3.其他组件和接口：装置还需要其他一些组件和接口来支持工作，如电源、按键开关和数据输出接口。

电源用于为整个装置提供电力，按键开关用于启动和停止液体点滴速度监控功能，数据输出接口用于将监控结果输出给其他设备。

四、工作流程1.用户启动装置，并通过按键开关选择开始监控液体点滴速度。

2.液位传感器感知液位的变化，并将模拟信号传递给模数转换器。

3.模数转换器将模拟信号转换为数字信号，传递给微控制器。

4.微控制器根据液位的变化计算出液体点滴的速度，并将结果显示在显示屏上。

5.用户根据显示屏上的速度信息判断液体点滴是否正常，并根据需要进行调整。

五、性能评估1.准确性：液体点滴速度监控装置应具备高精度的液位测量和速度计算能力，以保证监控结果的准确性。

2.稳定性：装置应具备良好的稳定性，能够在各种环境条件下正常工作，不受外界干扰影响。

3.实时性：装置应能够实时监测液体点滴的速度，并将结果及时显示在显示屏上，以满足临床医疗的需求。

六、结论本设计报告介绍了一种液体点滴速度监控装置的设计原理和工作流程。

该装置通过液位传感器和电子控制单元实现对液体点滴速度的实时监控，并通过显示屏将监控结果显示出来。