基于單片機的醫(yī)院輸液檢測系統(tǒng)設(shè)計

1、第一章 緒 論第一章 緒 論1.1 課題的背景和意義很多年前，靜脈輸液技術(shù)出現(xiàn)在醫(yī)療技術(shù)的大軍中，在此之后經(jīng)過不斷的完善和改進。在20世紀逐漸成為醫(yī)療體系中最重要的系統(tǒng)之一，也成為目前世界上最常用也是最直接有效的臨床治療手段之一。在1628年，William Harvey就提出了震驚世界的血液循環(huán)理論，為后人研發(fā)靜脈輸液治療系統(tǒng)奠定了理論基礎(chǔ)，因此他也被大家公認為現(xiàn)代靜脈輸液治療的開山鼻祖。靜脈輸液產(chǎn)品的模式主要經(jīng)歷了三個階段的發(fā)展和變遷。第一代靜脈輸液產(chǎn)品主要是被應(yīng)用于20世紀初期，這是一種全開放式的系統(tǒng)，在當時的醫(yī)療條件下發(fā)揮著非常巨大的作用，在醫(yī)院、軍隊等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，廣口玻璃瓶

2、和天然橡膠材質(zhì)制造的輸液管路組合成這套系統(tǒng)；第二代靜脈輸液產(chǎn)品屬于半開放式輸液系統(tǒng)，它是由玻璃或硬塑料容器與一次性輸液管路構(gòu)成的。這種系統(tǒng)得到了改進，在輸液管中增加了濾膜，減少了污染機會，輸液線管的生產(chǎn)高度集中，使其工業(yè)化程度不斷增高，質(zhì)量和安全性得到很大的提高；第三代靜脈輸液產(chǎn)品，也被稱為全封閉靜脈輸液系統(tǒng)，在輸液過程中利用重力原理，滴液軟袋容器取代原先的玻璃和塑料材質(zhì)，在外界大氣壓強作用下緩慢扁癟，這種系統(tǒng)不使用進口針，袋內(nèi)外不必連通，軟袋形成閥針和藥物是雙層結(jié)構(gòu)，避免了溶液與外界的直接接觸，因而具有十分優(yōu)越的防污染功能?，F(xiàn)在市面主要還是以第二代輸液產(chǎn)品為主，在輸液過程中，需要醫(yī)護人員及時

3、發(fā)現(xiàn)藥液是否需要更換并處理，否則就會造成空氣進入血管形成空氣栓塞、凝血阻塞針頭等危險情況，輕則延誤治療，重則會危及病人生命安全，發(fā)生醫(yī)療事故。目前病人在醫(yī)院中進行輸液時，需要由病人自身、陪侍人員或者醫(yī)務(wù)工作者不斷注意觀察藥液的剩余情況，這樣既加重了醫(yī)護工作者的工作負擔，也讓病區(qū)的綜合管理變得不便利。為此設(shè)計這個監(jiān)測系統(tǒng)來解決這個現(xiàn)實問題，實現(xiàn)醫(yī)療護理的自動化和智能化。另外，輸液的速度也是一項重要的參考數(shù)據(jù)，不同的病況、不同的輸液目的和藥物性質(zhì)的差別這些因素都會導(dǎo)致輸液速度的不同。輸液速度大體可以分為以下幾種情況：（1）慢速：患有顱腦和心肺疾病的病人及老年人輸液一般得采用慢速滴入。緩慢輸液的速度

4、一般要求在每分鐘2-4ml以下，有時甚至需要在1ml以下。（2）正常速度：為了補充因正常生理消耗的輸液以及為了輸入某些特定的液體（如激素、維生素、抗菌素等）時，滴速一般控制在每分鐘5ml左右，這也就是通常所說的輸液速度每分鐘60-80滴。（3）快速：嚴重脫水的病人，但前提是心肺功能良好，應(yīng)采用每分鐘10ml左右的速度進行輸液治療，總輸液量最好在8個小時之內(nèi)完成，以便病人在輸液結(jié)束后得到充足的休息。因缺血導(dǎo)致的休克病人，搶救時的輸液速度可以加快到每分鐘15ml。因為快速的輸液2小時可輸入2000ml液體，使已休克病人的病情得到最大程度的緩解。而當試探性補救急性腎功能衰竭的病人時，常需要快速注射濃

5、度為10%的葡萄糖溶液500ml，這時需要以每分鐘15-25ml速度快速輸入。鑒于以上所述的多種原因，在本次畢業(yè)設(shè)計中設(shè)計和開發(fā)了這套能夠檢測到輸液結(jié)束并進行及時報警和實時控制輸液過程的滴速的智能醫(yī)用輸液檢測系統(tǒng)。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展前景在西方發(fā)達國家，電子醫(yī)療設(shè)備的應(yīng)用起步早，并經(jīng)過實際臨床證明，得到廣泛的應(yīng)用，早已形成了設(shè)備的智能化和自動化。早期的電子醫(yī)療設(shè)備都是高、精、尖的大型設(shè)備，而且龐大的投資，使全面推廣受到限制。一家德國集團創(chuàng)建輸液數(shù)據(jù)管理工作站主要用于在重癥監(jiān)護病房，重癥監(jiān)護病房的醫(yī)生可以更方便的進行輸液系統(tǒng)的管理。這套設(shè)備集輸液治療監(jiān)護于一體，具有藥物輸入模式選擇、同步

6、信息處理、藥物走勢記錄等功能。輸液護士需要添加的藥物，可以根據(jù)藥品清單進行處理，并可以設(shè)置輸液速度。中國在這方面起步較晚，很多設(shè)備都是進口產(chǎn)品，其價格相當昂貴。但國內(nèi)輸液監(jiān)測設(shè)備也是逐步發(fā)展。近年來，醫(yī)療保健制度和醫(yī)療模式不斷完善。因為靜脈輸液在醫(yī)療中一直以來占有非常大的比重，科研人員也對靜脈輸液系統(tǒng)不斷進行改進和更新。泉州人民解放陸軍醫(yī)院，利用杠桿的原理，當液瓶中的藥水在輸液過程中重量會不斷減輕，在彈簧的作用下，磁鐵逐漸和干簧管接近，當輸液完畢時，輸液瓶減輕到一定的重量，磁鐵和彈簧片開關(guān)對齊，使電路接通，蜂鳴器報警。天津武警總隊醫(yī)院使用液體導(dǎo)電原理完成報警，這個系統(tǒng)中，一個包有絕緣材料的進氣

7、針和一個輸液針，構(gòu)成連接頭，通過兩線接通使電路報警。開始時，輸液瓶充滿了液體，液體導(dǎo)電，電流通過兩針和液體，使電路接通。隨著液面逐漸降低，當液面低于針尖擺放的位置，這時電路斷開，揚聲器隨即發(fā)出報警信號。靜脈輸液在我國國內(nèi)一直具有巨大的市場規(guī)模和市場容量。在2002年年終的統(tǒng)計中，我國輸液銷售總量為60億瓶，銷售總額超過500億元。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)分析，我國輸液的總體市場潛量能夠高達120億瓶。在如此大的輸液市場下，醫(yī)院進行輸液用藥治療時，對患者輸液進度的監(jiān)控，需要由病人自身、陪侍人員或者醫(yī)務(wù)工作者不斷注意觀察藥液的剩余情況，這樣既加重了醫(yī)護工作者的工作負擔，也讓病區(qū)的綜合管理變得不便利。隨著科技的不

8、斷進步，實時輸液監(jiān)控已成為現(xiàn)代醫(yī)療中應(yīng)該具備的一部分。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，單片機技術(shù)不斷進步，尤其是在嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用更是突飛猛進。隨著單片機在監(jiān)測和報警技術(shù)中的發(fā)展，其在提高電子醫(yī)療設(shè)備性價比，促進電子醫(yī)療設(shè)備的發(fā)展和普及中起到越來越重要的作用?，F(xiàn)在的監(jiān)控系統(tǒng)正在從以往的體積大、價格貴、操作復(fù)雜向著體積小巧、性價比高、操作簡單發(fā)展，本次設(shè)計的系統(tǒng)可以適用于社區(qū)醫(yī)療的輸液實時監(jiān)控，適用于普通民眾。- 52 -第二章 系統(tǒng)方案的選定第二章 系統(tǒng)方案的選定本系統(tǒng)可分幾大模塊進行分塊設(shè)計，這樣既節(jié)省時間又能方便逐個解決，本系統(tǒng)共分為液位檢測報警模塊、滴速檢測控制模塊、鍵盤模塊、顯示模塊四大模塊。2.1

9、 警戒液面檢測方案液面的檢測方法有許多種，按原理可分為靜壓式、光電式、電容式、射線式；按傳感器是否與液體接觸可分為接觸式和非接觸式。由于輸液的安全要求，藥液應(yīng)該盡量避免與外界接觸，這樣就能保證無污染，所以采用非接觸式?？紤]到靈敏度的因素所以決定采用光電檢測方法。光電檢測液面的基本原理是，根據(jù)光線分別在液體和氣體中的折射率不同的原理，從而使從同一光源發(fā)出來的光線在有液體和無液體時產(chǎn)生折射的角度不同，使光電接收器接收到強弱不同的的光信號，從而產(chǎn)生電流大小不同的電流信號，導(dǎo)致出現(xiàn)不同程度的高、低電平，最終來判斷液位是否低于設(shè)定的液面，從而決定報警與否。經(jīng)過查閱資料和具體試驗，可歸納為一下兩種：方案一

10、：首先要考慮到設(shè)定好最低的液面高度，因為輸液器的插頭在輸液瓶中有一定的高度，而且還要考慮給醫(yī)護人員拔針頭或者換藥的時間，所以設(shè)定的最低液面位置應(yīng)該略高于輸液器的插頭，如下圖2-1所示： 無水有水圖2-1 方案一示意圖在設(shè)定的液面位置處，光源發(fā)出的光線入射到藥瓶外壁，經(jīng)過藥瓶以及藥液的折射到達瓶內(nèi)壁，再經(jīng)過藥瓶的折射后進入空氣，被光敏電阻接收到。由于藥液的折射以及瓶口的弧形結(jié)構(gòu)使得光線路徑因折射而上翹。當藥液下降到設(shè)定的位置時，由于藥液和空氣的折射率不同，光線路徑會發(fā)生改變，使得光電二極管接收到的光照強度大大減弱，僅僅接收到背景光，從而使得光電二極管產(chǎn)生的電流極具下降，通過后續(xù)電路進行報警。方案

11、二：方案一比較適合報警時間提前量小的時候。另一種測量方法方便解決這個問題，如下圖2-2所示： 有水無水圖2-2 方案二示意圖為更加準確的進行液位檢測，光源必須與容器中心要有一定的偏移，否則判定不了液體是否已經(jīng)達到了設(shè)定的液面。其方案二的原理和方案一相同，只是改變了光線路徑，使得光電傳感器的位置稍有不同。2.2 滴速檢測方案輸液速度的檢測可以通過測量輸液剩余重量以及時間來確定，輸液重量的變化不便于實時測定和控制。出于傳感器的精度和成本的考慮，會使系統(tǒng)的調(diào)整時間大大延長，不利于該系統(tǒng)的設(shè)計以及實際應(yīng)用。利用莫非氏管做成輸液管的滴壺來檢測滴速的方法，藥液在滴壺處會一滴一滴的滴落，鑒于上述液位檢測方案

12、中的測量方法，滴速的測量也可以采用光電檢測方法，光源發(fā)出的光垂直照射到滴壺的中心線上，光線經(jīng)過滴壺時不會產(chǎn)生折射，而是會直接沿著直徑方向射出如下圖2-3所示：圖2-3 光線走向示意圖高電平低電平高電平而液滴滴落時，因萬有引力的作用力一定會經(jīng)過滴壺的中心線，當液滴經(jīng)過光源和光電接收器件之間時，光線會發(fā)生折射，從而使光線路徑發(fā)生變化，導(dǎo)致光電接收器瞬間接收不到光電信號，這時光電接收器的輸出就會產(chǎn)生一個電平跳變，通過對這個電平跳變的統(tǒng)計，就可以計算出經(jīng)過滴管中的液滴數(shù)量。示意圖2-4如下：圖2-4 光電滴速檢測示意圖2.3 滴速控制方案方案一：通過改變輸液瓶的高度來控制滴速。當輸液管截面積一定時，輸

13、液瓶所處于不同的高度，其瓶內(nèi)液體的壓強差也是不同的，液滴的滴速也隨之不同，從而實現(xiàn)對滴速的控制。當液滴滴速低于要求值時，提高輸液瓶的高度，增大壓強，增大滴速，反之則可降低液滴速度。方案二：通過改變輸液軟管的面積來控制滴速。 凸輪軸心軟管固定板圖A軟管固定點電動機圖B圖2-5 滴速控制設(shè)備在固定好輸液瓶后，將輸液軟管緊靠在固定板上。這時就可以通過改變輸液軟管的橫截面來實現(xiàn)對輸液速度的控制。當輸液滴速高于預(yù)定值時，單片機利用步進電機控制凸輪轉(zhuǎn)動，擠壓輸液軟管，迫使輸液軟管的橫截面減小，從而降低輸液滴速。反之，則可提高滴速。實物如上圖A所示。方案三：通過拉緊或放松軟管來控制滴速。如上圖B，利用尼龍線

14、拉緊或放松來控制滴速。方案一中可利用小型步進電機來實現(xiàn)輸液瓶的高度高低，結(jié)構(gòu)簡單、精度相對而言更高些。方案二因為輸液軟管的截面積本身就較小，并且在形變后恢復(fù)較慢，很難達到精確控制滴速的要求。方案三中，雖然比較容易實現(xiàn)，但是如果作用的時間長的話，對軟管就會產(chǎn)生損傷，可能會引起漏液，且和方案二一樣存在輸液軟管的截面積本身較小，且形變后恢復(fù)較慢。這三種方案各有優(yōu)、缺點，但在對比之下還是確定采用方案一。2.4 鍵盤、顯示方案顯示部分可選擇液晶顯示和數(shù)碼管顯示。本系統(tǒng)中由于要求實時顯示出滴速等多組數(shù)據(jù)，因此顯示模塊選用了1602LCD液晶顯示器。鍵盤模塊中選用了單片機自帶的3×3 鍵盤，直接利

15、用I/O 擴展而成。聲光報警電路也可直接利用單片機I/O口輸出放大驅(qū)動二極管發(fā)出聲光報警。第三章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成及硬件設(shè)計第三章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成及硬件設(shè)計本系統(tǒng)共有液位檢測報警模塊、滴速檢測控制模塊、鍵盤模塊、顯示模塊四大功能模塊，本章主要分析該系統(tǒng)的總體電路結(jié)構(gòu)組成，重點介紹液位檢測報警電路、滴速檢測控制模塊以及該系統(tǒng)所涉及的元器件功能。3.1 系統(tǒng)主體框架系統(tǒng)以AT89C51單片機為控制核心，將其與現(xiàn)場滴速檢測、液位檢測、報警電路、鍵盤和顯示電路等相連，整體構(gòu)成一個監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)現(xiàn)場點滴速度及液位高度檢測采用光電檢測技術(shù)實現(xiàn)。藍光LED燈和光敏電阻分別作為發(fā)射管與接收管放置于點滴瓶與滴斗兩側(cè)，

16、藍光LED燈發(fā)出光線，光線透過輸液管照射到光敏電阻，光敏電阻將接收的光信號轉(zhuǎn)換成電流輸出。當輸液管沒有液滴通過時，光線衰減程度小，光敏電阻輸出比較強的光電流。當有液滴通過輸液管時，在液滴對光線的吸收和散射作用下，照射到光敏電阻的光信號比較弱，它輸出比較弱的光電流。因此，通過檢測光敏電阻的輸出電流，轉(zhuǎn)換為電壓脈沖信號，即可探測出滴斗是否有液滴通過；同樣原理，點滴瓶液位檢測原理相同，當液面降低到警戒線以下時，光線由被遮擋變成完全照射到接收管，這兩者之間的電壓產(chǎn)生了跳變，便可以通過單片機控制器產(chǎn)生報警信號驅(qū)動聲光報警裝置啟動。3.2 系統(tǒng)控制核心AT89C51單片機3.2.1 單片機概述單片機，又名

17、微控制器，它采用一定的工藝手段將CPU、存儲器和I/O口集成在同一個芯片上，其發(fā)展十分迅速。自1975年美國德克薩斯儀器公司(Texas Instruments)第一塊微型計算機芯片TMS-1000問世以來，在短短20年間，單片機技術(shù)已發(fā)展成為計算機領(lǐng)域一個強大的分支，因為它的技術(shù)規(guī)范和特性突出使其發(fā)展的道路和應(yīng)用的領(lǐng)域可以無限擴展。單片機是為了完善工業(yè)操制的需要而發(fā)展誕生的，它是自動控制系統(tǒng)的核心器件，因而它在工業(yè)控制、智能化儀器儀表、家用電器等中得到了廣泛的應(yīng)用。它體積小、個性突出、物美價廉的特點，使其應(yīng)用領(lǐng)域得到不斷的擴展，內(nèi)部功能也得到了不斷的改進和完善。單片機除了在以上領(lǐng)域表現(xiàn)搶眼外

18、，還在自動化高級電子玩具產(chǎn)品中也不斷作為核心控制器件出現(xiàn)。3.2.2 單片機的特點及應(yīng)用1.單片機的特點：單片機芯片作為系統(tǒng)控制的核心部件，除了能夠完成通用微機CPU的數(shù)值計算功能外，還必須具有靈活、強大的控制功能，以便對系統(tǒng)的輸入量、輸出量進行實時檢測并控制，實現(xiàn)自動控制功能。由于單片機主要用于工業(yè)控制，經(jīng)常工作在高溫、強電磁干擾，甚至含有腐蝕性氣體等惡劣環(huán)境之下，另外在太空中應(yīng)用的單片機系統(tǒng)還必須具有抗輻射功能，這就決定了單片機CPU與通用CPU的不同適應(yīng)特點，因為單片機CPU更能很好的適應(yīng)惡劣環(huán)境，完成人類因自身原因無法完成的工作，實現(xiàn)技術(shù)上的突破。（1）單片機CPU對抗干擾性和工作溫度

19、范圍都要求比較高，一般能夠抵抗外界電磁干擾或者對干擾能作出反應(yīng)來調(diào)整自身屬性，而通用微機CPU一般要求在室溫下工作，抗干擾能力較弱；（2）單片機CPU可靠性強。在工業(yè)控制中，要求的就是高精度，不允許任何差錯，高精度產(chǎn)品很多都是差之毫厘，謬之千里；（3）單片機CPU指令系統(tǒng)比通用微機系統(tǒng)簡單易懂。單片機的程序一般采用C語言進行編譯，利用Keil等軟件生成機器語言后燒入單片機；（4）單片機CPU更新?lián)Q代速度比通用微機處理器慢很多，Intel公司1980年推出標準MCS-51內(nèi)核8051(HMOS工藝)、80C51(CHMOS工藝)單片機芯片后，持續(xù)生產(chǎn)、使用10年，直到1996年3月才被增強型MC

20、S-51內(nèi)核8xC5x系列芯片取代。由于增強型MCS-51單片機芯片均采用CHMOS工藝，因此Philips公司將“增強型MCS-51”內(nèi)核稱為“增強型80C51”內(nèi)核。2.單片機的應(yīng)用目前單片機已廣泛應(yīng)用到國民經(jīng)濟的很多領(lǐng)域。強大的單片機對工業(yè)行業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代起到了很重要的帶動作用。單片機的高精小特點決定了單片機在智能儀器儀表、機電一體化、實時監(jiān)測系統(tǒng)、民用電子產(chǎn)品等方面表現(xiàn)突出。下面就根據(jù)搜集的資料注重介紹一下單片機在各個領(lǐng)域內(nèi)的強大具體表現(xiàn)：（1）單片機在智能儀表中的應(yīng)用單片機在實驗室、交通運輸監(jiān)測、計數(shù)計量等各種儀器儀表之中經(jīng)常出現(xiàn)，其主要作用是使儀器儀表更加智能化，提高了

21、它們的測量精度，并且強化了器件的功能，簡化了儀器儀表的結(jié)構(gòu)要求，在設(shè)備的應(yīng)用、維護和更新中更加簡單易行，如船舶航行狀態(tài)記錄儀，家電操控，電度表水表，電容、電阻、電感測量儀，煙草水分測試器，智能超聲波測距儀等。單片機在該領(lǐng)域的應(yīng)用，給傳統(tǒng)的儀器儀表帶來了根本性的變革。 （2）單片機在機電一體化中的應(yīng)用機電一體化是機械工業(yè)發(fā)展的重要方向。機電一體化產(chǎn)品是指集機械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動化技術(shù)和計算機技術(shù)于一體，具有智能化特征的機電產(chǎn)品。單片機的出現(xiàn)促進了機電一體化的進程，對發(fā)展機器的自動化、智能化提供了可能性。（3）單片機在實時控制系統(tǒng)中的應(yīng)用單片機也廣泛的應(yīng)用于各種實時控制系統(tǒng)中，如對工業(yè)上能源提

22、煉時的溫酸度、化學成分的測量和控制，使工作人員更加輕松安全的操作設(shè)備，使系統(tǒng)工作于最佳的狀態(tài)，從而促進了系統(tǒng)的生產(chǎn)效率，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。在航空航天、通信、工業(yè)機器人控制等各種實時控制系統(tǒng)中都將單片機作為中心控制器。3.2.3 單片機的管腳及最小系統(tǒng)1.MCS-51單片機的管腳功能采用HMOS制造工藝的MCS-51單片機都采用40管腳雙列直插式封裝；而采用CHMOS制造工藝的89C51/89C31,除采用40腳雙列直插式封裝外，還有用方形封裝方式。如下圖3-1所示為Atmel公司生產(chǎn)的雙列直插式封裝單片機管腳圖。圖3-1 單片機管腳圖各管腳功能說明如下：(1)主電源管腳VCC(40腳)：接+5

23、V；VSS(20腳)：接地。(2)時鐘引腳XTAL1(18腳)：片內(nèi)振蕩電路輸入端，是外接晶體的一個引腳。當采用外部振蕩器時，此引腳接地。XTAL2(19腳)：片內(nèi)振蕩器電路的輸出端，是外接晶體的另一端。當采用外部振蕩器時，此引腳接外部振蕩源。(3)輸入/輸出引腳輸入/輸出引腳(I/O)口引腳包括P0口、P1口、P2口和P3口。4個8位端口的特性：不能都用作用戶的I/O扣，出8051、8751外真正可歸用戶使用的I/O口只有P1口以及作為第一功能使用時得P3口；I/O的負載驅(qū)動能力：P0口的每條口線能以吸收電流方式驅(qū)動8個TTL電路。P1、P2、P3口均只能驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4個TTL

24、電路；P3口具有雙重功能，其第二功能如表3-1所示。表3-1 P3口的第二功能引腳第二功能P3.0RXD 串行口輸入端P3.1TXD 串行口輸出端P3.2INT0 外部中斷0請求輸入端，低電平有效P3.3INT1 外部中斷1請求輸入端，低電平有效P3.4T0 定時器/計數(shù)器0計數(shù)脈沖輸入端P3.5T1 定時器/計數(shù)器1計數(shù)脈沖輸入端P3.6WR 外部數(shù)據(jù)存儲器及I/O口寫選通信號輸出端，低電平有效P3.7RD 外部數(shù)據(jù)存儲器及I/O口讀選通信號輸出端，低電平有效(4)控制引腳這部分包括RESET(即RST)，ALE，PSEN、EA等，此類引腳提供控制信號，有些引腳具有復(fù)選功能。RST/VPD(

25、9腳)：RST即為RESET,VPD為備用電源。該引腳為單片機的上電復(fù)位或掉電保護段。當振蕩器運行時，在該引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平（由低到高跳變），使單片機復(fù)位。當VCC掉電時，該引腳可接上備用電源VPD，為內(nèi)部RAM提供備用電源，以保證片內(nèi)RAM中的數(shù)據(jù)不會丟失。ALE/PROG(30腳)：正常工作時為ALE（允許地址鎖存）功能，提供把低字節(jié)地址鎖存到外部鎖存器的信號。ALE引腳以不變的頻率周期性地發(fā)出正脈沖信號。因此，它還可對外輸出時鐘信號，或用于定時目的。但是，每當單片機需要訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）8個TTL電路。對于片內(nèi)具有E

26、PROM型單片機，在EPROM編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖PROG。PSEN(29腳)：這個管腳作為片外程序存儲器讀信號選通的輸出端，低電平有效。在從外部程序存儲器取指令期間，每個機器周期PSEN兩次有效。但在此期間，單片機每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN信號將不會出現(xiàn)。同樣PSEN就可以驅(qū)動8個TTL負載。EA/VPP(31腳)：EA為片外程序存儲器選用端。當EA端保持高電平時，單片機訪問的是內(nèi)部程序存儲器，但當PC(程序計數(shù)器)值超過某值時，單片機將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器儲存的內(nèi)容。當EA端保持低電平時，則不論是否有內(nèi)部程序存儲器，單片機只會訪問外部存儲器。在EPRO

27、M編程期間，此引腳用于施加編程電源VPP。綜上所述，MCS-51系列單片機的引腳可歸納為以下兩點：(1)單片機功能多，引腳數(shù)少，因為許多引腳都具有第二功能；(2)單片機對外呈現(xiàn)總線形式，由P2，P0口組成16位地址總線；由P0口分時復(fù)用為數(shù)據(jù)總線；由PSEN與P3口中的WR,RD構(gòu)成對外部存儲器及I/O的讀/寫控制，由P3口的其他引腳構(gòu)成串行口、外部中斷輸入、計數(shù)器的計數(shù)脈沖輸入。2.單片機最小系統(tǒng)構(gòu)成單片機加晶振電路、復(fù)位電路、外部程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、按鍵以及數(shù)碼顯示管等構(gòu)成了單片機的最小系統(tǒng)。這些電路是保證單片機正常工作的必備電路。下面介紹最小系統(tǒng)的典型模塊。(1)單片機晶振電路MCS

28、-51單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，其中管腳XTAL1和XTAL2就是該反相放大器的輸入端和輸出端，由一個起到反饋作用的片外晶體諧振器和單片機內(nèi)部的放大器一起構(gòu)成一個自激振蕩器，這種方式形成的時鐘信號稱為內(nèi)部時鐘方式，如下圖3-3所示。VCCGNDY1R1C1C2XTAL1 MCS-51XTAL2 MCS-51 XTAL1 XTAL2VSS NOT圖3-3 晶振電路(2)單片機復(fù)位電路單片機復(fù)位后的狀態(tài)當振蕩器處于運行狀態(tài)時，如果在RST引腳保持2個機器周期，也就是24個振蕩周期的高電平，單片機內(nèi)部就會執(zhí)行復(fù)位操作，以后每個周期單片機都會執(zhí)行一次復(fù)位，直到RST端變成低電平

29、。為了保證單片機正常復(fù)位，考慮VCC的上升時間的振蕩器建立時間，通常設(shè)計成使RST端持續(xù)20ms以上的高電平。復(fù)位后單片機從程序存儲器的地位0000H處開始運行，內(nèi)部寄存器的狀態(tài)如下表3-2：表3-2 復(fù)位后單片機寄存器狀態(tài)專用寄存器復(fù)位狀態(tài)專用寄存器復(fù)位狀態(tài)PC0000HTH000HACC00HTL000HB00HTH100HPSW00HTL100HSP07HTH200HDPTR0000HTL200HP0-P3FFHRLDH00HIPXXX0000BRLDL00HIE0XX0000BSCON00HTMOD00HSBUFXXXXXXXXTCON00HPCON0XXXX0000BT2CON00H

30、復(fù)位后，ALE和PESE為高電平，但內(nèi)部RAM不受復(fù)位的影響，因此內(nèi)部RAM的狀態(tài)無法確定。單片機復(fù)位電路上電復(fù)位電路如下圖a，在VCC和VDD之間接入RC電路。在上電時RST端電位和VCC是相同的，隨之電容充電電流緩慢減小，RST端的電位也緩慢下降。當VCC的上升時間低于1ms，同時振蕩器建立的時間沒超過10ms時，按圖中的時間(C1=22uf,R1=1K),系統(tǒng)開始上電復(fù)位，這樣就能保證電路在上電開機時可靠的完成復(fù)位操作。因為上電復(fù)位至少要在振蕩器建立時間加兩個機器周期內(nèi)完成，所以在上電復(fù)位過程，RST端的電平必須要比施密特觸發(fā)器的最小值要高，這樣才能完成操作。如圖3-4所示的幾種復(fù)位電路

31、：VCCVCCMCS-51RST MCS-51RST S1R2200¦¸R1RES2R11k¦¸C122uFC122uFVCCRETMCS-51C122uFC222uFR2200¦¸R11k¦¸S1圖a圖b圖c圖3-4 a)上電復(fù)位 b)按鍵電平復(fù)位 c)按鍵脈沖復(fù)位3.3 光電檢測報警電路這部分包括滴速檢測和液面檢測兩部分，因為兩者檢測原理相同，故統(tǒng)一介紹。對于光電傳感器的選擇，考慮到儲液瓶的大小，我選用了將藍光LED燈作為光線發(fā)射裝備，將光敏電阻作為接收裝備，利用光敏電阻的特性，產(chǎn)生電壓跳變，從而進行檢測。3.

32、3.1 光電收發(fā)單元的選擇本系統(tǒng)的光電變換類型為模擬量的變換，即將被測的光信息量變?yōu)殡娦畔⒘?。入射到光電接收器件上的光敏面上光信息量，與產(chǎn)生管光電流成正比。所以，光電流的大小就能很好的反映被測點的光信息量的大小。即光電器件輸出的光電流I是被測信息量的Q函數(shù):I=F(Q)。1.光電發(fā)射部分光電器件上產(chǎn)生的電流大小，不僅與被測信息量大大小有關(guān)，而且還和光的輻射密度。光學系統(tǒng)的質(zhì)量和光學器件本身的性能有關(guān)，所以要求光源的性能要穩(wěn)定，在空氣中不會發(fā)生嚴重散射。特別要求它們的特性不會因為時間、電壓變化以及溫度變化等原因而發(fā)生變化。否則外界因素的變化就會導(dǎo)致輸出電流的明顯變化，影響檢測結(jié)果。對于光電發(fā)射部

33、分的選擇，本系統(tǒng)將選用的是藍光LED燈。為了保證光線可以盡可能少擴散、沿直線的方向照射，因此在LED燈上套有一個橡膠套。藍光LED燈是實驗室中常見、容易購買和性價比高的發(fā)射元件，并且藍光LED燈完全符合本次設(shè)計的要求。2.光電接受部分當被測對象因光的折射、反射、或者被測對象本身輻射強度的發(fā)生變化。而導(dǎo)致光信號幅度的大小也隨之改變。為準確測量幅度的變化大小，必選選用線性好、響應(yīng)快的器件。系統(tǒng)報警和滴速檢測是利用電信號幅度變化，來判斷是否報警。由于為了設(shè)計的簡便以及節(jié)省經(jīng)費，故選擇常用的電路元件光敏電阻。3.3.2 液面檢測和滴速檢測電路這兩個電路的檢測原理相似。但考慮到綜合運用所學知識，故將液面

34、檢測電路和滴速檢測設(shè)計成兩種電路，分開介紹。1.滴速檢測電路圖3-5 滴速檢測控制電路液滴信號可見光檢測部分電路如上，為了保護光敏電阻，在發(fā)射管和接收管的兩端分別串聯(lián)一個電阻R11，R12，起限流作用。在可見光檢測時，當沒有液滴落下時，輸出電壓為0V，當有液滴落下時，液滴對由藍光LED燈發(fā)射出來的光線有阻礙作用，使感光受到一定影響，輸出一個脈沖電壓。該脈沖電壓因為太小，故采用運算放大器LM324對這脈沖進行放大。放大倍數(shù)為A=R14/R13=10000，經(jīng)過放大后才能進行正常的后續(xù)處理。同樣采用LM324構(gòu)成電壓比較器，其中Vg為滑動變阻器，具體值由設(shè)計實物測試得到。在一步LM324的7腳輸出

35、的脈沖信號就可以輸入到C51的P3.4(定時/計數(shù)器T0)，T0設(shè)定為計數(shù)方式時。脈沖信號輸入T0口，T0端口出現(xiàn)由“1”到“0”的負跳變脈沖時，計數(shù)器則加1，由此實現(xiàn)對滴速的測量。(控制步進機)2.液面測量圖3-6 液面檢測電路這部分電路設(shè)計以上述光電檢測報警電路為準，同樣利用液體對光線的吸收作用。當點滴瓶液位低于測試出來的臨界值時，光敏電阻會接受到發(fā)射管發(fā)出的光線，產(chǎn)生一個電平信號，輸入到555定時器的2管腳，這時施密特觸發(fā)器將邊沿變化緩慢的波形整形成為邊沿陡峭的矩形脈沖，之后送到單片機的P3.2(INT0)口，作為外部中斷0的觸發(fā)信號，單片機的P2.2口與聲音報警電路連接。利用單片機接收

36、中斷信號并控制P2.2輸出低電平，該信號經(jīng)隔置電容加到揚聲器上，從而啟動報警系統(tǒng)。(控制步進機)之后等待復(fù)位鍵RESET復(fù)位。3.3.3 報警電路當檢測到液位下降到設(shè)定位置和沒有點滴通過滴壺等異常情況出現(xiàn)時，單片機就會發(fā)出報警信號，從而發(fā)出聲光報警信號，電路如下圖所示。蜂鳴器作為三極管VT3的集電極負載，當VT3導(dǎo)通時，蜂鳴器發(fā)出聲音實現(xiàn)報警；VT3截止時，蜂鳴器不會產(chǎn)生聲音，其中的電阻為限流電阻。將VT3的基極連到單片機的P2.7管腳上，P3.7作為單片機的輸出端口。當輸出為低電平時，VT3、VT2導(dǎo)通，使蜂鳴器和LED1故障燈(黃色)兩個管腳之間產(chǎn)生5V的電壓，從而啟動蜂鳴器和LED導(dǎo)通，

37、產(chǎn)生蜂鳴和黃色燈光實現(xiàn)聲光報警。當輸出為高電平，VT3、VT2截止，使蜂鳴器和LED1故障燈(黃燈)兩個管腳之間產(chǎn)生0V的電壓，而使蜂鳴器和LED2正常燈(綠燈)兩個管腳之間產(chǎn)生5V的電壓，從而產(chǎn)生綠色燈光。圖3-7 聲光報警電路3.4 顯示電路3.4.1 顯示方式的選擇本系統(tǒng)需要實時顯示輸液過程中的滴速，普通的顯示方式分為LCD顯示和LED數(shù)碼管顯示。由于LCD液晶顯示效果清晰明了，所以這里選用LCD1602液晶顯示屏進行顯示。液晶顯示的分類方法有很多種，通?？砂雌滹@示方式分為段式、字符式、點陣式等，這里選用的是LCD1602字符性液晶顯示屏。用LCD顯示一個字符時，既要找到和顯示屏幕上某幾

38、個位置對應(yīng)的顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點亮，為“0”的不亮。這樣一來就組成某個字符。1602LCD主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量:16×2個字符芯片工作電壓:4.55.5V工作電流:2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓:5.0V字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm3.4.2 顯示電路設(shè)計本系統(tǒng)按照需求采用一個LCD1602液晶顯示的方式，顯示屏上需要用3*3鍵盤輸入一個固定值和顯示出滴速檢測控制模塊檢測到的速度。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符。LCD1602液晶顯示有11個控制指令

39、，如表3-3所示：表3-3 液晶顯示控制指令表指令功能清屏清DDRAM和AC值歸位AC=0，光標、畫面回HOME位輸入方式設(shè)置設(shè)置光標、畫面移動方式顯示開關(guān)控制設(shè)置顯示、光標及閃爍開、關(guān)光標、畫面位移光標、畫面移動，不影響DDRAM功能設(shè)置工作方式設(shè)置（初始化指令）CGRAM地址設(shè)置設(shè)置CGRAM地址。A5A0=03FHDDRAM地址設(shè)置DDRAM地址設(shè)置讀BF及AC值讀忙標志BF值和地址計數(shù)器AC值寫數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)寫入DDRAM或CGRAM內(nèi)讀數(shù)據(jù)從DDRRAM或CGRAM數(shù)據(jù)讀出編程時經(jīng)常用到的幾個指令：（1）清屏指令如表3-4所示：表3-4 清屏指令表RS R/WDB7 DB6 DB5 DB4

40、 DB3 DB2 DB1 DB00 0 0 0 0 0 0 0 0 1（2）顯示開關(guān)控制指令如表3-5所示：表3-5 顯示開關(guān)控制指令表RS R/WDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 0 0 0 0 0 1 D C B功能：設(shè)置顯示、光標及閃爍開、關(guān)。其中： D表示顯示開關(guān)：D=1為開，D=0為關(guān)；C表示光標開關(guān)：C=1為開，C=0為關(guān)；B表示閃爍開關(guān)：B=1為開，B=0為關(guān)。（3）光標、畫面位移指令如表3-6所示：表3-6 光標、畫面位移指令RS R/WDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 0 0 0 0 1 S/C R/L * *功

41、能：光標、畫面移動，不影響DDRAM。其中： S/C=1：畫面平移一個字符位；S/C=0：光標平移一個字符位；R/L=1：右移；R/L=0：左移。（4）功能設(shè)置，如表3-7所示： 表3-7 功能設(shè)置指令表RS R/WDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 0 0 0 1 DL N F * *功能：工作方式設(shè)置（初始化指令）。其中：DL=1，8位數(shù)據(jù)接口；DL=0，四位數(shù)據(jù)接口； N=1，兩行顯示；N=0，一行顯示； F=1，5´10點陣字符；F=0，5´7點陣字符。設(shè)計的顯示電路如下：圖3-8 顯示電路3.5 按鍵電路在輸液過程中可能會發(fā)生一些突發(fā)

42、性事件，所以本系統(tǒng)設(shè)計一個緊急呼叫鍵。當有突發(fā)事件發(fā)生時，按下緊急呼叫鍵，可以及時通知醫(yī)護人員前來進行處理，這樣一來，就增加了輸液過程的安全性。同時，當報警發(fā)生時，設(shè)計采用手動按鍵停止報警的方式，按鍵設(shè)置在方便位置。只有醫(yī)護人員來到床位時才能停止報警，提高醫(yī)護人員處理事件的及時性。如下圖按鍵電路。圖3-9 按鍵電路3.6 鍵盤電路設(shè)計鍵盤一般可以分為全編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種。全編碼鍵盤能夠由硬件邏輯自動提供和按鍵對一個的編碼。這種鍵盤使用方便，但需要較多硬件，價格較高。而非編碼鍵盤只能簡單地提供高、低電平兩種不同的輸入矩陣，其他工作都可以用軟件來代替完成，由于它的經(jīng)濟實用性，所以在本系統(tǒng)中采

43、用非編碼鍵盤。3.6.1 鍵盤原理介紹1.原理簡介鍵盤接口電路是單片機系統(tǒng)設(shè)計非常重要的一環(huán)，作為人機交互界面里最常用的輸入設(shè)備。我們可以通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令來實現(xiàn)簡單的人機通信。在設(shè)計鍵盤電路與程序前，我們需要了解鍵盤和組成鍵盤的按鍵的一些知識。2.按鍵的輸入原理單片機應(yīng)用通常使用機械觸點按鈕開關(guān)，其主要功能是機械轉(zhuǎn)換成電能的邏輯。換句話說，它提供了通用的數(shù)字邏輯電平兼容標準TTL邏輯電平。除了特殊的復(fù)位電路和復(fù)位功能的復(fù)位按鈕，其他按鈕來切換狀態(tài)設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)的特殊性。一套功能鍵或數(shù)字鍵被按下時，單片機系統(tǒng)應(yīng)完成的按鈕集的功能。因此，關(guān)鍵的信息輸入是密切相關(guān)的軟件架構(gòu)的過程。一組

44、鍵，或通過接口電路與單片機連接鍵盤。查詢或中斷的微控制器，可以用來了解是否有按鍵的輸入和檢查哪一個按鈕被按下時，它的關(guān)鍵是檢測到按下鍵盤并進行處理，如果不按任何鍵繼續(xù)執(zhí)行其他程序。3.按鍵去抖原理機械式按鍵，然后按下或釋放，由于機械靈活性的作用，通常伴有一定時間的接觸機械抖動，然后穩(wěn)定的接觸。開關(guān)抖動的時間長度，一般為510毫秒，力學性能。可以看出，從圖中，在測試過程中的關(guān)鍵和OFF狀態(tài)接觸抖動，可能會導(dǎo)致判斷錯誤。也就是說，一旦按一個鍵或釋放誤認為多個操作，這種情況是不允許的。為了克服由于機械振動檢測的誤報的關(guān)鍵接觸，必須采取的抖措施，可以考慮兩個方面的硬件，軟件。在一般情況下，按鍵的數(shù)量較

45、少，可以是硬件去抖，按鍵的數(shù)量大，使用軟件去抖。按鈕去抖過程中檢測到一個鍵被按下，應(yīng)推遲15ms到10ms的延時子程序(贖回)等待一段時間，然后再確定是否按下一個鍵時，如果法官按鈕被按下，按鈕是有效的，如果未按判決按鈕，關(guān)鍵抖動或干擾的描述應(yīng)返回來判斷。真正的鍵盤被按下之前，相應(yīng)的處理程序，基本鍵輸入，即使進一步確定是否一個鍵釋放。獨立按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，每個鍵必須占用一個I / O口線，這樣的浪費，最關(guān)鍵的是，I / O口線。為更多更復(fù)雜的系統(tǒng)或關(guān)鍵的矩陣鍵盤的場合都可以使用。 3×3矩陣鍵盤3北行和3行線跨結(jié)構(gòu)，位于按鈕的交匯點的行列中，因此，構(gòu)成了9個按鍵。沒有連接

46、線的行列的交點，當按下按鈕時，在導(dǎo)行線和列線的交叉點。沒有鍵被按下時，在高速狀態(tài)下的排線，當一個鍵被按下，行，列，通過路口指南，此時，線，南行的水平列線將連接線和此行的水平?jīng)Q定。這是關(guān)鍵，以確定是否按一個鍵。然而，在矩陣式鍵盤的每一行與四柱線線相交，交集的按鈕被按下或不影響行線和列線的關(guān)鍵水平，每個鍵會互相影響，重點分析必須是一行行，列線信號，并妥善處理一起，并確定了封閉的關(guān)鍵位置。3.6.2 鍵盤電路圖鍵盤電路，根據(jù)輸液速度的要求，利用它輸入一個數(shù)值，設(shè)定為預(yù)設(shè)滴速，利用單片機對鍵盤進行掃描。當無按鍵時，P0.0口到P0.5口輸入是000111，它的行輸入電壓是低電平，高電平觸發(fā)。它的列輸入

47、電壓的高電平，低電平觸發(fā)。有按鍵按下時，根據(jù)行列電壓的變化得打按鍵所在的行數(shù)和列數(shù)，并進行計算。K=行+列*3.得到輸入的數(shù)值。電路圖如下：圖3-10 鍵盤電路3.7 步進電動機驅(qū)動電路設(shè)計1.步進電動機原理步進電動機又稱為脈沖電動機，是數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件。其功用是將脈沖電信號變換為相應(yīng)的角位移或直線位移，即給一個脈沖電信號，電動機就轉(zhuǎn)動一個角度或前進一步。步進電動機的角位移量與脈沖數(shù)k成正比，它的轉(zhuǎn)速n，或線速度v與脈沖頻率f成正比。步進電動機可以在很寬的范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率來調(diào)速；能夠快速啟動、反轉(zhuǎn)和制動。它不需要變換能直接將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移，很適用采用單片機控制。2.

48、具體分類步進電動機按照勵磁方式分類，可以分為三種：永磁式、反應(yīng)式和混合式(HB)。永磁式步進電動機一般為兩相，其轉(zhuǎn)矩和體積較小達不到本次設(shè)計的要求；反應(yīng)式步進電動機一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，但噪聲和振動都很大，對輸液過程都會造成影響，因此也遭棄用；混合式步進電動機是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相，本次設(shè)計采用的兩相混合式步進電動機。3.步進電動機驅(qū)動方式因為在本系統(tǒng)中步進電動機起到至關(guān)重要的作用控制輸液的進行。因此小本節(jié)介紹單片機步進電動機控制系統(tǒng)，根據(jù)三相步進電動機工作原理可知，這類的步進電機一般有三種工作方式：三相單三拍 ABC三相雙三拍 ABBCCA三相六拍 AAB

49、BBCCCA按照上述方式進行通電的話，步進電動機就會實現(xiàn)正轉(zhuǎn)，當按相反方向通電時，步進電動機就實現(xiàn)反轉(zhuǎn)。在本系統(tǒng)中，用單片機的P1.0，P1.1，P1.2分別控制步進電動機的A,B,C相繞組。由控制方式得出以下控制模型，如下三表。表3-8 三相單三拍節(jié)拍通電相控制模型正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)二進制十六進制13A0000000101H22B0000001002H31C0000010004H表 3-9 三相雙三拍節(jié)拍通電相控制模型正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)二進制十六進制13AB0000000103H22BC0000011006H31CA00000010105H表3-10 三相六拍節(jié)拍通電相控制模型正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)二進制十六進制16A000

50、0000101H25AB0000001103H34B0000001002H43BC0000011006H52C0000010004H61CA0000010105H4.步進電機驅(qū)動TB6560AHQTB6560AHQ兩相混合式步進電動機驅(qū)動芯片，內(nèi)置雙全橋MOSFET驅(qū)動、溫度保護及過流保護，采用HZIP25封裝（尺寸：36.5×17mm），耐壓40V、電流3.5A（峰值）、16細分，外圍電路簡單。適配57mm機座及其以下所有兩相混合式步進電動機。圖3-11是步進電動機驅(qū)動電路圖。單片機控制轉(zhuǎn)動時，利用編程通過P2.1到P2.4的輸出脈沖來控制步進電動機的轉(zhuǎn)動方式。系統(tǒng)設(shè)計為四相八拍驅(qū)

51、動邏輯模式。當P2.1口輸入111000001,P2.2口輸入000011111,P2.3口輸入100000111,P2.4口輸入001110000時，步進電動機正轉(zhuǎn)。反之反轉(zhuǎn)。圖3-11 步進電動機驅(qū)動電路第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計和實現(xiàn)第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計和實現(xiàn)4.1 軟件概述上一節(jié)已經(jīng)介紹了該系統(tǒng)的硬件電路，但只有硬件電路并不能使系統(tǒng)正常工作，系統(tǒng)還需要軟件的設(shè)計和軟硬件的綜合調(diào)試。由單片機完成實時輸液液面檢測報警、輸液滴速監(jiān)測操作以及整體輸液路線結(jié)構(gòu)的執(zhí)行，這套系統(tǒng)不僅可以大大減輕醫(yī)護人員的工作量和勞動強度，而且還能保證輸液穩(wěn)定安全進行。因為系統(tǒng)自備報警功能，所以它能實時進行監(jiān)護處理，從而減

52、少因監(jiān)護不力而出現(xiàn)的輸液異常事故的發(fā)生。本系統(tǒng)的程序設(shè)計采用模塊化和結(jié)構(gòu)化的方法，本系統(tǒng)需要設(shè)計的輸液監(jiān)測軟件包括：光電液面檢測程序模塊、光電檢測報警程序模塊、光電滴速檢測控制模塊、步進電機控制模塊、按鍵掃描和LCD顯示模塊等。使用C語言對系統(tǒng)的軟件進行程序設(shè)計。輸液監(jiān)測系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)功能：醫(yī)護人員可以根據(jù)病情和輸液溶液的成分，通過鍵盤輸入預(yù)定的輸液過程中所需要的輸液速度，由輸液系統(tǒng)自動完成滴速數(shù)據(jù)的采集和處理，系統(tǒng)開始運行后自動完成液面的檢測和處理。再醫(yī)護人員及時處理好狀況后能進行復(fù)位，并能直接用于下一輪的輸液治療。C語言調(diào)試環(huán)境介紹本系統(tǒng)采用C語言作為程序設(shè)計工具，并通過Keil 軟件進行

53、程序的編譯及調(diào)試。Keil 是美國Keil Software公司出品的51系列單片機的C語言開發(fā)環(huán)境。Keil 軟件中提供了豐富大量的庫函數(shù)和功能齊全的集成開發(fā)工具uVision4，uVision4全是Windows經(jīng)典界面，操作方便。Keil 生成目標的HEX文件效率非常之高，而且格式清晰，易理解。在開發(fā)大型軟件時Keil環(huán)境更能體現(xiàn)自身的優(yōu)勢。與匯編語言相比，C語言無論在結(jié)構(gòu)上還是可讀性上都有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。將Keil軟件壓縮包從網(wǎng)上下載后，就可以了安裝。在安裝完成之后對程序進行編輯、編譯。(1)在啟動uVision4后，界面如圖4-1所示。圖4-1 啟動界面(2)在File(文

54、件)菜單里選擇New(新建)命令，則在下面的灰色框中打開一個如“記事本”一樣的編輯窗口。在工作區(qū)的代碼編輯窗口里輸入編寫的代碼，并把編寫好的代碼保存在一個文件夾中，這里文件擴展名一定要保存為.c格式，如圖4-2所示：圖4-2 新建界面(3)新建一個工程。在Project(工程)菜單里選擇New Project(新建工程)命令，則出現(xiàn)創(chuàng)建新工程對話框，如圖4-3所示：圖4-3 新建工程界面選擇好工程名稱后保存，習慣上工程的名稱與保存的C51文件名一致。在單擊“保存”按鈕時，立刻回出現(xiàn)51系列CPU類型庫對話框，用來選擇這個工程所采用的51系列CPU型號，如圖4-4所示：圖4-4 選擇單片機型號選

55、擇CPU后，單擊“確定”按鈕，一個工程就建立好了，這時，新建立的工程出現(xiàn)在工程窗口中。右擊工程工作區(qū)里的源代碼組，選擇Add Files toGrouP Source GrouP 1(把文件加入到源代碼組)命令，把剛保存的C51程序源代碼加入到新建工程中。這時就可以對編寫的源程序進行編譯和調(diào)試.如以上輸入的代碼調(diào)試結(jié)果如圖4-5所示:圖4-5 編譯和調(diào)試界面(4)在工程窗口中右擊Target1,在彈出的快捷菜單中選擇OPtion for TargetTarget 1。在出現(xiàn)的對話框中的“輸出”選項卡中，選擇“建立HEX文件”復(fù)選框，這樣在編譯文件時，會輸出相應(yīng)HEX文件，如圖4-6所示：圖4-6 編譯界面(5)在源文件目錄下，可以看到編譯生成的HEX文件，將HEX文件寫入單片機中，就可以進行仿真和調(diào)試，如圖4-7所示。圖4-7 仿真和調(diào)試界面4.2 軟件設(shè)計在本系統(tǒng)中主要有兩大主要模塊：液面檢測報警模塊，滴速檢測控制模塊。下面主要介紹這兩大模塊的程序設(shè)計：(一)液面檢測報警模塊系統(tǒng)對液面位置進行檢測，當檢測到液面低于警戒線