基于at89c51單片機(jī)醫(yī)院輸液監(jiān)控系統(tǒng)

1、基于at89c51單片機(jī)醫(yī)院輸液監(jiān)控系統(tǒng) 引言靜脈輸液是臨床醫(yī)療工作中常用的輔助治療手段在我國(guó)臨床應(yīng)用非常廣泛是一種利用液體靜壓原理使液體下滴經(jīng)靜脈輸入大量無(wú)菌溶液或藥物的治療方法在進(jìn)行靜脈輸液的過(guò)程中需要根據(jù)輸注的藥物和患者的病情對(duì)輸液進(jìn)度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控目前普遍采用人工方式進(jìn)行監(jiān)控對(duì)病人來(lái)說(shuō)存在很多潛在的危險(xiǎn)當(dāng)輸液瓶中的藥液輸完或藥液發(fā)生堵塞時(shí)醫(yī)護(hù)人員若未能及時(shí)處理就會(huì)發(fā)生回血或其他危險(xiǎn)給病人造成痛苦甚至發(fā)生醫(yī)療事故目前國(guó)家在醫(yī)療體制改革和醫(yī)學(xué)模式轉(zhuǎn)變過(guò)程中靜脈輸液在醫(yī)療中占有重要的地位針對(duì)現(xiàn)有靜脈輸液中存在的問(wèn)題采用光電檢測(cè)單片機(jī)和通信技術(shù)設(shè)計(jì)了輸液自動(dòng)監(jiān)控裝置它能夠輕松地實(shí)現(xiàn)對(duì)液體滴速的檢

2、測(cè)顯示與控制當(dāng)輸液液體低于設(shè)定位置時(shí)的聲光報(bào)警并通過(guò)串行口與主機(jī)相連實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制功能該裝置的使用在增加輸液安全性的同時(shí)也減少了醫(yī)護(hù)人員的勞動(dòng) 摘要針對(duì)目前我國(guó)大部分醫(yī)院在對(duì)病人進(jìn)行靜脈輸液治療是醫(yī)護(hù)人員監(jiān)護(hù)任務(wù)繁重的問(wèn)題設(shè)計(jì)了一套面向所有大中小醫(yī)院和診所的醫(yī)院輸液監(jiān)控系統(tǒng)本系統(tǒng)以pc為上位機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制監(jiān)控中心用單片機(jī)at89c51為核心作為下位機(jī)通過(guò)光電傳感器對(duì)吊瓶的液位進(jìn)行檢測(cè)及報(bào)警并對(duì)滴速進(jìn)行精確地檢測(cè)與控制上位機(jī)與下位機(jī)用rs485總線進(jìn)行串行通信能夠使醫(yī)護(hù)人員實(shí)時(shí)了解輸液狀態(tài)論述了該系統(tǒng)的檢測(cè)原理總體結(jié)構(gòu)主要功能部件設(shè)計(jì)和軟硬件系統(tǒng)的組成該系統(tǒng)低功耗成本低性能穩(wěn)定便于攜帶實(shí)

3、用性強(qiáng)關(guān)鍵詞輸液監(jiān)控at89c51串行通信rs485abstract aiming at the heavy problem of nurses in most of our hospitals when carry on transfusion to the patients currently and then designed a set of system which is called fluid infusion supervision system it is faced to all the hospitals and clinic this system take the p

4、c as its master machine the pc is the controler of the whole system take the single chip at89c51 as a core of the next machine which will test and display the level of the liquid bottle it can examine and control the speed of lose a liquid accurately pc communicate with single chip by the total line

5、 of rs485it can make the nurses know the status of loses liquid while patients take the personnel solid discussed the constituting of examination principle total structure and main function parts design and the constitution of software and hardware system the system is low achievement consumes low c

6、ost and stable function and easy to take the function is strongkeywords supervision of transfusionat89c51 signal communicationrs485第1章 緒論11 選題背景及依據(jù)靜脈輸液治療是臨床醫(yī)療工作中常用的治療手段但目前大多數(shù)醫(yī)院及醫(yī)療機(jī)構(gòu)都沒(méi)有實(shí)現(xiàn)輸液的自動(dòng)監(jiān)控管理從而在輸液過(guò)程中當(dāng)輸液完成需要換藥時(shí)需要醫(yī)務(wù)人員發(fā)現(xiàn)及時(shí)否則就會(huì)出現(xiàn)空氣進(jìn)入血管內(nèi)形成空氣栓賽凝血堵塞針頭等情況輕則延誤治療重則會(huì)危及病人生命安全發(fā)生醫(yī)療事故平時(shí)臨床輸液中采取的應(yīng)對(duì)措施一般是由患者陪侍或醫(yī)務(wù)人

7、員隨時(shí)觀察監(jiān)視藥液余量情況從而加重了護(hù)理人員的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)也不利于病區(qū)的綜合管理隨著電子技術(shù)的發(fā)展結(jié)合臨床實(shí)踐可以開(kāi)發(fā)基于單片機(jī)的醫(yī)院輸液監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)代替人工監(jiān)護(hù)即減輕醫(yī)務(wù)人員的工作強(qiáng)度及病人和醫(yī)務(wù)人員不斷觀察輸液是否完成而形成的壓力同時(shí)管理系統(tǒng)記錄輸液過(guò)程并能夠作為醫(yī)療檔案為解決各種醫(yī)患糾紛提供證據(jù)又實(shí)現(xiàn)醫(yī)療護(hù)理自動(dòng)化和智能化12 主要研究?jī)?nèi)容課題主要研究系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用主從式結(jié)構(gòu)輸液過(guò)程中液位的檢測(cè)滴速的檢測(cè)顯示與控制報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)傳感器及各種器件的選擇與計(jì)算等13國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀輸液在國(guó)內(nèi)具有巨大的市場(chǎng)規(guī)模與市場(chǎng)容量2002年我國(guó)輸液銷售總量為60億瓶銷售總額超過(guò)500億元據(jù)分析我

8、國(guó)輸液的總體市場(chǎng)潛量高達(dá)120億瓶在如此大的輸液市場(chǎng)下醫(yī)院進(jìn)行輸液用藥治療時(shí)對(duì)患者輸液進(jìn)度的監(jiān)控普遍由患者陪護(hù)人員或醫(yī)務(wù)人員來(lái)進(jìn)行一方面影響病人休息和治療也給醫(yī)護(hù)人員的高效工作帶來(lái)了諸多不便實(shí)時(shí)輸液監(jiān)控已成為現(xiàn)代醫(yī)療中必需的一部分德國(guó)的費(fèi)森尤斯集團(tuán)其產(chǎn)品orche stra 中的 base intensive是一個(gè)提供輸液數(shù)據(jù)管理的輸液工作站 主要用于icu 病房讓icu醫(yī)生擁有功能強(qiáng)大的輸液管理系統(tǒng)德國(guó)貝朗公司開(kāi)發(fā)的輸液治療監(jiān)護(hù)管理系統(tǒng)也主要用于icu病房它集輸液治療監(jiān)護(hù)于一體具有藥物列表輸注模式選擇同步信息顯示藥物走勢(shì)記錄等功能醫(yī)生根據(jù)患者病情在藥物列表上選中某藥就可以設(shè)置該藥的輸液速度現(xiàn)

9、在國(guó)內(nèi)這方面的研發(fā)還不多并且耗資巨大由此可看出在輸液監(jiān)控方面國(guó)內(nèi)和國(guó)外都在開(kāi)發(fā)大型的多功能的自動(dòng)輸液監(jiān)控系統(tǒng)這些設(shè)備在實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大功能的同時(shí)也有很大的體積和不菲的價(jià)格并且很多輸液監(jiān)控系統(tǒng)都是在大型醫(yī)院集中使用非常不適用于社區(qū)醫(yī)療的輸液實(shí)時(shí)監(jiān)控不可能在大多數(shù)的醫(yī)療過(guò)程中普遍使用第2章 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)醫(yī)院的床位和護(hù)理要求本系統(tǒng)的基本思想是操作的集中化和控制的分散化即采用分布式控制系統(tǒng)通過(guò)高速的數(shù)據(jù)通信把各個(gè)分散點(diǎn)的信息集中起來(lái)進(jìn)行集中的監(jiān)視和操作21 主要內(nèi)容功能及技術(shù)指標(biāo)1通過(guò)串行通信方式構(gòu)成主從式結(jié)構(gòu)pc作為主機(jī)收集各從站的實(shí)時(shí)信息從機(jī)將各種實(shí)時(shí)信號(hào)送給主機(jī)以便實(shí)時(shí)監(jiān)控和記錄2從機(jī)由單片機(jī)構(gòu)

10、成完成對(duì)某一輸液控制過(guò)程的監(jiān)控包括光電傳感器脈沖整形電路二極管顯示電路聲光報(bào)警電路等3從機(jī)數(shù)目不少于32滴液速度1315滴每秒22 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)該輸液監(jiān)控系統(tǒng)由主站和從站兩部分組成其框圖見(jiàn)圖2-1第一部分是由計(jì)算機(jī)pc和實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件組成的上位機(jī)即主站監(jiān)控中心管理監(jiān)控系統(tǒng)第二部分是以單片機(jī)at89c51為核心及其外圍設(shè)備構(gòu)成的智能檢測(cè)和控制系統(tǒng)主控pc機(jī)作為上位機(jī)用于監(jiān)控所有的輸液終端輸液情況輸液監(jiān)控終端所檢測(cè)到的各種數(shù)據(jù)通過(guò)rs485總線傳送給主控pc機(jī)完成系統(tǒng)功能當(dāng)?shù)跗恐械囊后w低于設(shè)定值時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)提醒醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行相關(guān)處理單片機(jī)系統(tǒng)能夠完成輸液滴速的監(jiān)測(cè)與顯示在輸液監(jiān)控終端選用

11、rs485收發(fā)器芯片485完成由單片機(jī)到rs485串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換主控pc機(jī)采用485he外置型rs232rs485轉(zhuǎn)換器直接插入pc機(jī)的串口利用pc機(jī)串口供電具有接收發(fā)送自動(dòng)轉(zhuǎn)換無(wú)需rts控制軟件兼容廣泛本系統(tǒng)采用rs485總線主要是因?yàn)閞s485總線在硬件方面具有通信距離遠(yuǎn) 可達(dá)1219m 能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信總線電路簡(jiǎn)單安裝方便也克服了rs232通信距離近只適合于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的缺點(diǎn)跟其他總線相比在軟件方面具有總線協(xié)議簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)系統(tǒng)包括光電傳感器脈沖整形電路二極管顯示電路聲光報(bào)警電路等從機(jī)的數(shù)目為32個(gè)將這些實(shí)時(shí)的信息傳送到主站以便實(shí)時(shí)監(jiān)控和記錄圖2-1 系統(tǒng)原理圖23 系統(tǒng)主要功能1可對(duì)輸

12、液速度進(jìn)行精確地實(shí)時(shí)檢測(cè)與顯示2當(dāng)輸液的速度與設(shè)定的速度不相等時(shí)能通過(guò)步進(jìn)電機(jī)對(duì)輸液速度進(jìn)行調(diào)節(jié)3能將病人輸液進(jìn)度信息送到主站醫(yī)護(hù)人員就可以同時(shí)對(duì)多個(gè)病人的輸液進(jìn)度進(jìn)行監(jiān)控可直接把報(bào)警信號(hào)發(fā)送到主站提醒醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行處理4可在輸液過(guò)程中進(jìn)行人為地強(qiáng)制報(bào)警同時(shí)當(dāng)液體低于設(shè)定位置時(shí)即輸液結(jié)束時(shí)可自動(dòng)報(bào)警24 系統(tǒng)工作原理 系統(tǒng)工作原理如圖2-2所示 輸液液滴的速度v可以用v kapm表達(dá)其中a為流通截面積取決于管夾對(duì)輸液軟管夾力引起的軟管變形的大小變形越大流通截面積越小p為壓差取決于吊瓶懸掛的高度懸掛的高度越高壓差越大k為比例系數(shù)取決于液體的粘度等一些流體特性m為流量特性指數(shù)介于05到1之間本文利用

13、手動(dòng)調(diào)節(jié)輸液軟管變形的大小需要什么樣的液滴速度就通過(guò)調(diào)節(jié)手動(dòng)調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)整流通截面積 圖3-2 系統(tǒng)工作原理圖吊瓶液面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用于檢測(cè)剩余液體的數(shù)量安放在吊瓶懸掛夾上當(dāng)剩余液體達(dá)到下限時(shí)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)提示醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行處理第3章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)31 上位機(jī)的設(shè)計(jì)上位機(jī)采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)以目前被廣泛采用的pc機(jī)作為多床位的監(jiān)控中心建立友好的用戶界面便于醫(yī)生和護(hù)士操作接收從下位機(jī)傳輸上來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并顯示和報(bào)警整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控是由上位機(jī)的運(yùn)行的監(jiān)控軟件來(lái)完成的32 下位機(jī)的設(shè)計(jì)下位機(jī)以單片機(jī)at89c51為核心輔以必要的外圍設(shè)備及電路實(shí)現(xiàn)了滴速的檢測(cè)顯示以及吊瓶液位的檢測(cè)和報(bào)警其系統(tǒng)框圖見(jiàn)圖3-1圖3-1

14、 下位機(jī)原理框圖com 單片機(jī)處理部分設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的思想是實(shí)用和小型化中心處理部分主要采用at89c51單片機(jī)at89c51單片機(jī)完全可以滿足本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求相對(duì)于其他具有相當(dāng)功能的器件來(lái)說(shuō)具有價(jià)格便宜對(duì)環(huán)境要求不高工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)at89c51是美國(guó)atmel公司生產(chǎn)的低電壓高性能cmos 8位單片機(jī)片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器rom和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器ram器件采用atmel公司的高密度非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)兼容標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51指令系統(tǒng)內(nèi)置通用8位中央處理器cpu和flash存儲(chǔ)單元功能強(qiáng)大可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域1功能特性概述at89c51提供以下標(biāo)準(zhǔn)

15、功能4k字節(jié)flash閃速存儲(chǔ)器128字節(jié)內(nèi)部ram32個(gè)io口線兩個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)一個(gè)全雙工串行通訊口片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路見(jiàn)圖3-2 at89c51 功能方塊圖同時(shí)at89c51可降至0hz的靜態(tài)操作并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式空閑方式停止cpu的工作但允許ram定時(shí)計(jì)數(shù)器串行通訊口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作掉電方式保存ram中的內(nèi)容但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位圖3-2 at89c51 功能方塊圖atmel的at89c51是一種高效微控制器它為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案外形及引腳排列如圖3-3所示圖3-3 at89c51的

16、管腳圖2管腳說(shuō)明vcc供電電壓gnd接地p0口p0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向io口每腳可吸收8ttl門電流當(dāng)p1口的管腳第一次寫1時(shí)被定義為高阻輸入p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器它可以被定義為數(shù)據(jù)地址的低八位在fiash編程時(shí)p0口作為原碼輸入口當(dāng)fiash進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)p0輸出原碼此時(shí)p0外部必須被拉高p1口p1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向io口p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流p1口管腳寫入1后被內(nèi)部上拉為高可用作輸入p1口被外部下拉為低電平時(shí)將輸出電流這是由于內(nèi)部上拉的緣故在flash編程和校驗(yàn)時(shí)p1口作為第八位地址接收端 p2口p2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向io口p2口緩沖器可接

17、收輸出4個(gè)ttl門電流當(dāng)p2口被寫1時(shí)其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高且作為輸入并因此作為輸入時(shí)p2口的管腳被外部拉低將輸出電流這是由于內(nèi)部上拉的緣故p2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)p2口輸出地址的高八位在給出地址1時(shí)它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容p2口在flash編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)p3口p3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向io口可接收輸出4個(gè)ttl門電流當(dāng)p3口寫入1后它們被內(nèi)部上拉為高電平并用作輸入作為輸入由于外部下拉為低電平p3口將輸出電流ill這是由于上拉的緣故p3口也可作為at89c5

18、1的一些特殊功能口如下所示 p30 rxd串行輸入口p31 txd串行輸出口p32 int0外部中斷0p33 int1外部中斷1p34 t0記時(shí)器0外部輸入p35 t1記時(shí)器1外部輸入p36 wr外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通p37 rd外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通p3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)rst復(fù)位輸入當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)要保持rst腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間aleprog當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)在flash編程期間此引腳用于輸入編程脈沖在平時(shí)ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)此頻率為振蕩器頻率的16因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的然而要注

19、意的是每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ale脈沖如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0此時(shí) ale只有在執(zhí)行movxmovc指令是ale才起作用另外該引腳被略微拉高如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止置位無(wú)效psen外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間每個(gè)機(jī)器周期兩次psen有效但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)這兩次有效的psen信號(hào)將不出現(xiàn)eavpp當(dāng)ea保持低電平時(shí)則在此期間外部程序存儲(chǔ)器0000h-ffffh不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器注意加密方式1時(shí)ea將內(nèi)部鎖定為reset當(dāng)ea端保持高電平時(shí)此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器在flash編程期間此引腳也用于施加12v編程電源vppxta

20、l1和xtal2分別為反向放大器的輸入和輸出該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件xtal2應(yīng)不接有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度 3時(shí)鐘振蕩電路設(shè)計(jì)at89c51中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反向放大器引腳xtal1和xtal2分別是該放大器的輸入端和輸出端這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器振蕩電路如圖3-4因?yàn)橐粋€(gè)機(jī)器周期含有6個(gè)狀態(tài)周期而每個(gè)狀態(tài)周期為2個(gè)振蕩周期所以一個(gè)機(jī)器周期共有12個(gè)振蕩周期如果外接石英晶振的振蕩頻率為12

21、mhz故而一個(gè)機(jī)器周期為1us圖3-4 時(shí)鐘振蕩電路外接石英晶體及電容c1c2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路對(duì)外接電容c1c2雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低振蕩器工作的穩(wěn)定性起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性外接石英晶體電容使用30pf±10 pf4復(fù)位電路設(shè)計(jì)復(fù)位電路雖然簡(jiǎn)單但其作用非常重要一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行首先要檢查是否能復(fù)位成功復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種方式為了方便醫(yī)護(hù)人員操作設(shè)計(jì)采用上電自動(dòng)復(fù)位的方式上電自動(dòng)復(fù)位是在加電瞬間電容通過(guò)時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)的其電路如圖3-5在通電瞬間電容c通過(guò)電阻r充電rst端出現(xiàn)正脈沖用以復(fù)位只要電源vc

22、c上升時(shí)間不超過(guò)1ms就可以實(shí)現(xiàn)上電自動(dòng)復(fù)位即接通電源就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位初始化關(guān)于參數(shù)的選定在振蕩穩(wěn)定后應(yīng)保證復(fù)位高電平持續(xù)時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期這里選用的是12mhz的石英晶振可取c 10fr 82k圖3-5 上電復(fù)位電路com測(cè)電路設(shè)計(jì)根據(jù)本系統(tǒng)液位滴速檢測(cè)的特點(diǎn)只能選用光傳感器中的光電傳感器光電傳感器是采用光電元件作為檢測(cè)元件的傳感器它首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)光電傳感器一般由光源光學(xué)通路和光電元件三部分組成光電檢測(cè)方法具有精度高反應(yīng)快非接觸等優(yōu)點(diǎn)而且可測(cè)參數(shù)多傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單形式靈活多樣因此光電式傳感器在檢測(cè)和控制中應(yīng)用非常廣泛光電傳

23、感器是各種光電檢測(cè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件它是把光信號(hào)紅外可見(jiàn)及紫外光輻射轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)的器件 光電式傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器它可用于檢測(cè)直接引起光量變化的非電量如光強(qiáng)光照度輻射測(cè)溫氣體成分分析等也可用來(lái)檢測(cè)能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量如零件直徑表面粗糙度應(yīng)變位移振動(dòng)速度加速度以及物體的形狀工作狀態(tài)的識(shí)別等光電式傳感器具有非接觸響應(yīng)快性能可靠等特點(diǎn)因此在工業(yè)自動(dòng)化裝置和機(jī)器人中獲得廣泛應(yīng)用1 光電傳感器原理由光通量對(duì)光電元件的作用原理不同所制成的光學(xué)測(cè)控系統(tǒng)是多種多樣的按光電元件光學(xué)測(cè)控系統(tǒng)輸出量性質(zhì)可分二類即模擬式光電傳感器和脈沖 開(kāi)關(guān) 式光電傳感器模擬式光電傳感器是將被測(cè)

24、量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的光電流它與被測(cè)量間呈單值關(guān)系模擬式光電傳感器按被測(cè)量 檢測(cè)目標(biāo)物體 方法可分為透射 吸收 式漫反射式遮光式 光束阻檔 三大類所謂透射式是指被測(cè)物體放在光路中恒光源發(fā)出的光能量穿過(guò)被測(cè)物部份被吸收后透射光投射到光電元件上所謂漫反射式是指恒光源發(fā)出的光投射到被測(cè)物上再?gòu)谋粶y(cè)物體表面反射后投射到光電元件上所謂遮光式是指當(dāng)光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測(cè)物光遮其中一部份使投射剄光電元件上的光通量改變改變的程度與被測(cè)物體在光路位置有關(guān) 光敏二極管是最常見(jiàn)的光傳感器光敏二極管的外型與一般二極管一樣只是它的管殼上開(kāi)有一個(gè)嵌著玻璃的窗口以便于光線射入為增加受光面積pn結(jié)的面積做得較大光敏二極管工作在反

25、向偏置的工作狀態(tài)下并與負(fù)載電阻相串聯(lián)當(dāng)無(wú)光照時(shí)它與普通二極管一樣反向電流很小稱為光敏二極管的暗電流當(dāng)有光照時(shí)載流子被激發(fā)產(chǎn)生電子-空穴稱為光電載流子在外電場(chǎng)的作用下光電載流子參于導(dǎo)電形成比暗電流大得多的反向電流該反向電流稱為光電流光電流的大小與光照強(qiáng)度成正比于是在負(fù)載電阻上就能得到隨光照強(qiáng)度變化而變化的電信號(hào)光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的功能外還有對(duì)電信號(hào)放大的功能光敏三級(jí)管的外型與一般三極管相差不大一般光敏三極管只引出兩個(gè)極-發(fā)射極和集電極基極不引出管殼同樣開(kāi)窗口以便光線射入為增大光照基區(qū)面積做得很大發(fā)射區(qū)較小入射光主要被基區(qū)吸收工作時(shí)集電結(jié)反偏發(fā)射結(jié)正偏在無(wú)光照時(shí)管子

26、流過(guò)的電流為暗電流iceo 1icbo很小比一般三極管的穿透電流還小當(dāng)有光照時(shí)激發(fā)大量的電子-空穴對(duì)使得基極產(chǎn)生的電流ib增大此刻流過(guò)管子的電流稱為光電流集電極電流ic 1ib可見(jiàn)光電三極管要比光電二極管具有更高的靈敏度2光電傳感器的結(jié)構(gòu)光電傳感器在一般情況下有三部分構(gòu)成它們分為發(fā)送器接收器和檢測(cè)電路 發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束發(fā)射的光束一般來(lái)源于半導(dǎo)體光源發(fā)光二極管 led 激光二極管及紅外發(fā)射二極管光束不間斷地發(fā)射或者改變脈沖寬度接收器有光電二極管光電三極管光電池組成在接收器的前面裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等在其后面是檢測(cè)電路它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)3光電傳感器的分類和工作方式 槽型光電傳感

27、器 把一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)接收器面對(duì)面地裝在一個(gè)槽的兩側(cè)的是槽形光電發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見(jiàn)光在無(wú)阻情況下光接收器能收到光但當(dāng)被檢測(cè)物體從槽中通過(guò)時(shí)光被遮擋光電開(kāi)關(guān)便動(dòng)作輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)切斷或接通負(fù)載電流從而完成一次控制動(dòng)作槽形開(kāi)關(guān)的檢測(cè)距離因?yàn)槭苷w結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米 對(duì)射型光電傳感器若把發(fā)光器和收光器分離開(kāi)就可使檢測(cè)距離加大由一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器組成的光電開(kāi)關(guān)就稱為對(duì)射分離式光電開(kāi)關(guān)簡(jiǎn)稱對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)它的檢測(cè)距離可達(dá)幾米乃至幾十米使用時(shí)把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測(cè)物通過(guò)路徑的兩側(cè)檢測(cè)物通過(guò)時(shí)阻擋光路收光器就動(dòng)作輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào) 反光板型光電開(kāi)關(guān)把發(fā)光器和收光器裝入同一個(gè)裝置內(nèi)

28、在它的前方裝一塊反光板利用反射原理完成光電控制作用的稱為反光板反射式 或反射鏡反射式 光電開(kāi)關(guān)正常情況下發(fā)光器發(fā)出的光被反光板反射回來(lái)被收光器收到一旦光路被檢測(cè)物擋住收光器收不到光時(shí)光電開(kāi)關(guān)就動(dòng)作輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào) 擴(kuò)散反射型光電開(kāi)關(guān)它的檢測(cè)頭里也裝有一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器但前方?jīng)]有反光板正常情況下發(fā)光器發(fā)出的光收光器是找不到的當(dāng)檢測(cè)物通過(guò)時(shí)擋住了光并把光部分反射回來(lái)收光器就收到光信號(hào)輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)紅外線發(fā)射與接收的方式有兩種其一是直射式其二是反射式直射式指發(fā)光管和接收管相對(duì)安放在發(fā)射與受控物的兩端中間相距一定距離反射式指發(fā)光管與接收管并列一起平時(shí)接收管始終無(wú)光照只在發(fā)光管發(fā)出的紅外光線遇

29、到反射物時(shí)接收管收到反射回來(lái)的紅外光線才工作4傳感器的選型在上面四種類型的光電傳感器中最適合液位滴速檢測(cè)的是對(duì)射型光電傳感器采用紅外發(fā)光二極管作為發(fā)光器用光敏三極管作為收光器制成一個(gè)對(duì)射型光電傳感器采用直射式將發(fā)光管和接收管相對(duì)安放在發(fā)射與受控物的兩端1發(fā)光管選用廣州某電子公司型號(hào)為ir204c-a的紅外發(fā)光二極管其實(shí)物和參數(shù)見(jiàn)圖3-6圖3-6 r204c-a紅外發(fā)光二極管實(shí)物參數(shù)圖2接收管選用該公司型號(hào)為pt928-6c的紅外接收三極管其實(shí)物和參數(shù)見(jiàn)圖3-7圖3-7 pt928-6c紅外接收三極管實(shí)物參數(shù)圖5液位檢測(cè)原理將紅外光發(fā)射-接收對(duì)管固定在吊瓶?jī)蓚?cè)紅外發(fā)光二極管發(fā)出紅外光光線透過(guò)吊瓶

30、照射到光電三極管光電三極管將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出系統(tǒng)要求當(dāng)瓶?jī)?nèi)液面降到23cm時(shí)能發(fā)出報(bào)警信號(hào)這里的關(guān)鍵是如何檢測(cè)到液面高度采用紅外對(duì)管實(shí)現(xiàn)讓紅外發(fā)射和接收管正對(duì)放置在瓶子兩邊根據(jù)接收信號(hào)強(qiáng)弱不同用觸發(fā)器或比較器處理可得到水位到達(dá)臨界線時(shí)會(huì)引起較大的電信號(hào)差異由此判斷水位到達(dá)警戒線單片機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào)其信號(hào)通過(guò)電子線路輸入數(shù)據(jù)處理模塊處理后報(bào)警處理模塊自動(dòng)發(fā)出輸液終點(diǎn)提示6液位信號(hào)紅外檢測(cè)電路設(shè)計(jì)在紅外監(jiān)測(cè)中當(dāng)沒(méi)有液滴落下時(shí)輸出電壓為 0 v當(dāng)有液滴落下時(shí)液滴擋住了由發(fā)光二極管發(fā)射的紅外光使接收管的感光量受到影響輸出一個(gè)脈沖電壓該脈沖電壓只有幾毫伏采用運(yùn)放lm324對(duì)此脈沖信號(hào)進(jìn)行放大

31、1通用型低功耗集成四運(yùn)放lm324圖3-8 lm324管腳圖2lm324的特點(diǎn)1短跑保護(hù)輸出2真差動(dòng)輸入級(jí)3可單電源工作3v-32v4低偏置電流最大100na5每封裝含四個(gè)運(yùn)算放大器6具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ?共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源8行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列9輸入端具有靜電保護(hù)功能該放大電路的放大倍數(shù)為a r6 r5 22 m22 k 10000 經(jīng)過(guò)放大后該輸出脈沖的電壓的值達(dá)到伏級(jí)便于后續(xù)工作的進(jìn)行同樣采用lm 324來(lái)構(gòu)成電壓比較電路其中vg為10k的滑動(dòng)變阻器電壓比較的基值可以通過(guò)改變滑動(dòng)變阻器的值來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)從運(yùn)放lm324的7腳輸出的脈沖電壓信號(hào)可以直接輸入單片機(jī)進(jìn)行處理3液位信號(hào)紅外檢測(cè)部分電路

32、如圖3-9所示圖 3-9 紅外檢測(cè)電路為了保護(hù)紅外光二極管不會(huì)因?yàn)殡娏鬟^(guò)大而燒掉在發(fā)射管和接收管的兩端分別串聯(lián)一個(gè)上拉電r3r4起限流保護(hù)作用7 液位檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)為了檢測(cè)方便這里專門設(shè)計(jì)了液位檢測(cè)裝置如圖3-10該裝置為吊瓶的瓶托瓶托邊緣上裝有三個(gè)等長(zhǎng)的繩子用于在支架上掛吊瓶輸液時(shí)將吊瓶直接放入瓶托即可無(wú)需調(diào)整探頭在距瓶口23cm處安裝檢測(cè)探頭發(fā)射探頭和接收探頭正對(duì)水平安裝在瓶口兩側(cè)該裝置大大減少了醫(yī)護(hù)人員的工作圖3-10 液位檢測(cè)探頭檢測(cè)示意圖1-紅外線發(fā)射器2-調(diào)制載波紅外線3-紅外線檢測(cè)器4-輸液液面5-輸液瓶瓶托滴速檢測(cè)電路設(shè)計(jì)1 滴速檢測(cè)原理滴速測(cè)量其原理圖如圖3-11所示將紅外光發(fā)

33、射-接收對(duì)管固定在茂菲氏管兩側(cè)紅外發(fā)光二極管發(fā)出紅外光光線透過(guò)茂菲氏管照射到光電三極管光電三極管將接收 到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出采用紅外對(duì)射管其優(yōu)點(diǎn)是可以非接觸的探測(cè)液滴能很好的滿足臨床中無(wú)菌操作的要求圖3-11 滴速檢測(cè)原理圖紅外發(fā)射管發(fā)射的光束經(jīng)過(guò)茂菲氏管的液滴滴落線投射到紅外接受管的感光面在沒(méi)有液滴滴落時(shí)紅外接收管接收到的光照度最大產(chǎn)生的光生電流也最大當(dāng)有液滴滴落時(shí)由于液滴的光學(xué)特性使光束發(fā)散投射到紅外接收管上的光照度將下降從而使光生電流下降由于不同類型的藥液透明半透明和不透明液滴的光學(xué)特性不同形成不同幅度的負(fù)脈沖只要檢測(cè)紅外接收管的輸出電流脈沖就可以探測(cè)出有無(wú)液滴的通過(guò)光敏器件輸出的

34、脈沖信號(hào)極小容易受到外界干擾需要用電壓比較電路對(duì)電壓進(jìn)行去干擾并整形為規(guī)則的脈沖信號(hào)經(jīng)放大電路放大后送單片機(jī)進(jìn)行后續(xù)處理為了防止輸液器的漏斗傾斜引起水滴的偏移導(dǎo)致不正常的檢測(cè)可用兩三枚紅外發(fā)射管和一枚紅外接收管組成如圖3-11所示將該傳感器套在輸液器的漏斗上確保液滴的檢測(cè)無(wú)誤2滴速檢測(cè)電路和液位檢測(cè)電路一樣見(jiàn)圖3-12圖3-12 滴速檢測(cè)電路3滴速檢測(cè)探頭裝置設(shè)計(jì)按瓶裝輸液臨床使用實(shí)際情況為便于護(hù)士方便快速地使用特將探頭光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)置入一自行設(shè)計(jì)彈簧夾中護(hù)士在為患者建立輸液系統(tǒng)并掛上輸液瓶后將該彈簧夾夾在需檢測(cè)的輸液瓶瓶頸處即可瓶裝輸液檢測(cè)探頭結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3-13圖3-13 滴速檢測(cè)探頭裝置1-載

35、波信號(hào)發(fā)射器2-載波信號(hào)檢測(cè)器3-彈簧夾主支架4-彈簧夾輔助支架5-輸液瓶6-彈簧夾聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)當(dāng)輸液完成或在輸液過(guò)程中出現(xiàn)突發(fā)事件的時(shí)候需要通過(guò)報(bào)警提醒醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行相關(guān)的處理在實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)中經(jīng)常將閃光報(bào)警和單頻音報(bào)警結(jié)合起來(lái)使用以便更好的引起醫(yī)護(hù)人員的注意1單頻音報(bào)警電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)單頻音報(bào)警的接口電路比較簡(jiǎn)單其發(fā)音元件通常采用壓電蜂鳴器當(dāng)在蜂鳴器兩引腳上加3v15v直流工作電壓時(shí)就能產(chǎn)生3khz左右的蜂鳴振蕩音響壓電式蜂鳴器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單耗電少更適合于單片機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用壓電式蜂鳴器約需10ma的驅(qū)動(dòng)電流可在p10口接上一只三極管和電阻組成的驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)如圖3-14圖 3-14 單頻音報(bào)警電路在

36、圖中p10接三極管的基極輸入端 當(dāng)p10輸出高電平1時(shí)三極管導(dǎo)通蜂鳴器通電而發(fā)音當(dāng)p10輸出低電平0時(shí)三極管截止蜂鳴器停止發(fā)音2閃光報(bào)警電路設(shè)計(jì)閃光報(bào)警是最簡(jiǎn)單也是最常用的一種報(bào)警方式單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的閃光報(bào)警就是在控制指示燈的程序中加入定時(shí)程序按一定的時(shí)間間隔來(lái)交替點(diǎn)亮與熄滅指示燈閃光報(bào)警在硬件連接上非常簡(jiǎn)單可利用at89c51的io口直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)如圖3-15圖3-15 閃光報(bào)警電路com 顯示電路設(shè)計(jì)1顯示方式選擇顯示電路主要完成對(duì)輸液過(guò)程中滴速的實(shí)時(shí)顯示顯示有兩種方式一是lcd顯示二是led數(shù)碼管顯示由于led數(shù)碼管顯示亮度高顯示效果清晰醒目這里選用led數(shù)碼管進(jìn)行顯示數(shù)碼管是

37、一種半導(dǎo)體發(fā)光器件其基本單元是發(fā)光二極管7段led數(shù)碼管則在一定形狀的絕緣材料上利用單只led組合排列成8字型的數(shù)碼管分別引出它們的電極點(diǎn)亮相應(yīng)的點(diǎn)劃來(lái)顯示出0-9的數(shù)字圖3-16為數(shù)碼管外形圖3-17為數(shù)碼管內(nèi)部標(biāo)識(shí)圖3-16 數(shù)碼管外形 圖3-17 數(shù)碼管內(nèi)部標(biāo)識(shí)led數(shù)碼管根據(jù)led的接法不同分為共陰和共陽(yáng)兩類共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極 com 的數(shù)碼管共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極com接到5v當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)相應(yīng)字段就點(diǎn)亮當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)相應(yīng)字段就不亮見(jiàn)圖3-18共陽(yáng)數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3-18共陽(yáng)數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)共陰數(shù)碼管是指將所

38、有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極 com 的數(shù)碼管共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極com接到地線gnd上當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)相應(yīng)字段就點(diǎn)亮當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)相應(yīng)字段就不亮圖3-19 為共陰數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3-19 共陰數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)數(shù)碼管要正常顯示就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼從而顯示出我們要的數(shù)字因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類1 靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的io端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)或者使用如bcd碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單顯示亮度高缺點(diǎn)是占用io端口多如驅(qū)動(dòng)5個(gè)

39、數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×840根io端口來(lái)驅(qū)動(dòng)要知道一個(gè)89c51單片機(jī)可用的io端口才32個(gè)實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)增加了硬件電路的復(fù)雜性圖3-20為數(shù)碼管靜態(tài)顯示接法圖3-20 數(shù)碼管靜態(tài)顯示接法2 動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"abcdefgdp"的同名端連在一起另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極com增加位選通控制電路位選通由各自獨(dú)立的io線控制當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形取決于單片機(jī)對(duì)位選通com端電路的控制所以我們只要將需

40、要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開(kāi)該位就顯示出字形沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的com端就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)在輪流顯示過(guò)程中每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮但只要掃描的速度足夠快給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)不會(huì)有閃爍感動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的能夠節(jié)省大量的io端口而且功耗更低圖3-21為數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接法圖3-21 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接法由于數(shù)碼管顯示明亮易于肉眼觀看選擇數(shù)碼管進(jìn)行顯示數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示相對(duì)于靜態(tài)顯示來(lái)說(shuō)動(dòng)態(tài)顯示占用的io 端口少電路簡(jiǎn)單選擇數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示方式2

41、 顯示電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用兩位共陽(yáng)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示的方式8位字段碼輸入端接入at89c51的p0口p0口在用作輸出口時(shí)必須接上拉電阻兩位位選comat89c51的p0口輸出時(shí)需要外接上拉電阻兩位位選端不是與p2口直接連接而是通過(guò)三極管連接這樣是為了增加驅(qū)動(dòng)能力p20輸出為0時(shí)三極管導(dǎo)通也就是說(shuō)當(dāng)p20輸出為0時(shí)三極管導(dǎo)通與其相連的共陽(yáng)極數(shù)碼管顯示器開(kāi)始工作p20輸出為1時(shí)三極管截止與其相連的共陽(yáng)極數(shù)碼管顯示器停止工作顯示電路見(jiàn)圖3-22圖3-22 顯示電路com鍵電路設(shè)計(jì)在輸液過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)突發(fā)性事件所以系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)緊急呼叫鍵當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)事件時(shí)按下緊急呼叫鍵可快速通知醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行處理增加了輸液的

42、安全性同時(shí)當(dāng)報(bào)警發(fā)生時(shí)設(shè)計(jì)采用手動(dòng)按鍵停止報(bào)警的方式按鍵設(shè)置在從機(jī)只有醫(yī)護(hù)人員來(lái)到從機(jī)才能停止報(bào)警提高了醫(yī)護(hù)人員處理事件的及時(shí)性按鍵電路如圖3-23圖3-23 按鍵電路通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式由于串行通訊方式具有使用線路少成本低特別是在遠(yuǎn)程傳輸時(shí)避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用在串行通訊時(shí)要求通訊雙方都采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口使不同的設(shè)備可以方便地連接起來(lái)進(jìn)行通訊rs232和rs485是目前最常用的兩種串行通信總線com 通信方案論證1采用rs232總線rs-232-c接口又稱 eiars-232-c是目前最常用的一種串行通訊接口它

43、是在 1970年由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)eia聯(lián)合貝爾系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的準(zhǔn)則它的全名是數(shù)據(jù)終端設(shè)備dte和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備dce之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個(gè)25個(gè)腳的 db25連接器對(duì)連接器的每個(gè)引腳的信號(hào)內(nèi)容加以規(guī)定還對(duì)各種信號(hào)的電平加以規(guī)定接口的信號(hào)內(nèi)容實(shí)際上rs-232-c的25條引線中有許多是很少使用的在計(jì)算機(jī)與終端通訊中一般只使用3-9條引線接口的電氣特性在rs-232-c中任何一條信號(hào)線的電壓均為負(fù)邏輯關(guān)系即邏輯1-5 -15v邏輯05 15v噪聲容限為2v即要求接收器能識(shí)別低至3v的信號(hào)作為邏輯0高到-3v的信號(hào)作為邏輯1

44、接口的物理結(jié)構(gòu)rs-232-c接口連接器一般使用型號(hào)為db-25的25芯插頭座通常插頭在dce端插座在dte端一些設(shè)備與pc機(jī)連接的rs-232-c接口因?yàn)椴皇褂脤?duì)方的傳送控制信號(hào)只需三條接口線即發(fā)送數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)和信號(hào)地所以采用db-9的9芯插頭座傳輸線采用屏蔽雙絞線傳輸電纜長(zhǎng)度由rs-232c標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在碼元畸變小于4的情況下傳輸電纜長(zhǎng)度應(yīng)為50英尺其實(shí)這個(gè)4的碼元畸變是很保守的在實(shí)際應(yīng)用中約有99的用戶是按碼元畸變10-20的范圍工作的所以實(shí)際使用中最大距離會(huì)遠(yuǎn)超過(guò)50英尺由于rs-232-c接口標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)較早難免有不足之處主要有以下四點(diǎn)1 接口的信號(hào)電平值較高易損壞接口電路的芯片又因?yàn)榕ctt

45、l 電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與ttl電路連接2 傳輸速率較低在異步傳輸時(shí)波特率為 20kbps3 接口使用一根信號(hào)線和一根信號(hào)返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾所以抗噪聲干擾性弱4 傳輸距離有限最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為50英尺實(shí)際上也只能用在50米左右2采用rs485總線針對(duì)rs-232-c 的不足于是就不斷出現(xiàn)了一些新的接口標(biāo)準(zhǔn)rs-485就是其中之一它具有以下特點(diǎn)1rs-485的電氣特性邏輯1以兩線間的電壓差為2-6v表示邏輯0以兩線間的電壓差為-2-6v 表示接口信號(hào)電平比rs-232-c降低了就不易損壞接口電路的芯片且該電平與ttl電平兼容可方便與ttl電路連

46、接2rs-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10mbps3rs-485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合抗共模干能力增強(qiáng)即抗噪聲干擾性好4rs-485接口的最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為4000英尺實(shí)際上可達(dá)3000米另外 rs-232-c接口在總線上只允許連接1個(gè)收發(fā)器即單站能力而rs-485接口在總線上是允許連接多達(dá)128個(gè)收發(fā)器即具有多站能力這樣用戶可以利用單一的rs-485接口方便地建立起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)com 通信方案的選擇因rs-485接口具有良好的抗噪聲干擾性長(zhǎng)的傳輸距離和多站能力等上述優(yōu)點(diǎn)就使其成為首選的串行接口因?yàn)閞s485接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)一般只需二根連線所以rs485接口均采用屏蔽雙絞線傳輸

47、com 單片機(jī)與pc機(jī)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)通信電路可以將32個(gè)輸液從站與主站的主機(jī) pc機(jī) 連接起來(lái)構(gòu)成輸液監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)從而實(shí)現(xiàn)輸液的遙控通信工作方式則為主從式通信主機(jī)主動(dòng)查詢?nèi)糁髡疽淮问詹坏綇恼緛?lái)的應(yīng)答信號(hào)則由主站再發(fā)送一次協(xié)議連續(xù)三次收不到應(yīng)答信號(hào)則說(shuō)明該系統(tǒng)的通信出現(xiàn)故障系統(tǒng)則給出相應(yīng)警告提示如果系統(tǒng)給出應(yīng)答則雙方進(jìn)入數(shù)據(jù)通信狀態(tài)主機(jī) 上位機(jī) 和從機(jī) 下位機(jī) 間的信息交換方式采用串行通信方式通信的轉(zhuǎn)送方式采用rs485半雙工配置通信接口芯片采用485485芯片的結(jié)構(gòu)和引腳都非常簡(jiǎn)單內(nèi)部含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器其引腳圖和結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖3-24它主要實(shí)現(xiàn) at89c51的異步串行接口與rs232c 標(biāo)準(zhǔn)串行通

48、信電路之間的電平轉(zhuǎn)換485采用單一電源5v工作額定電流為300a采用半雙工通訊方式它完成ttl電平轉(zhuǎn)換為rs485電平的功能圖 3-24 485引腳圖和結(jié)構(gòu)圖485引腳說(shuō)明ro和di端分別為接收器的輸出和驅(qū)動(dòng)器的輸入端與單片機(jī)連接時(shí)只需分別與單片機(jī)的rxd和txd相連即可re和de端分別為接收和發(fā)送的使能端當(dāng)re為邏輯0時(shí)器件處于接收狀態(tài)當(dāng)de為邏輯1時(shí)器件處于發(fā)送狀態(tài)因?yàn)?85工作在半雙工狀態(tài)所以只需用單片機(jī)的一個(gè)管腳控制這兩個(gè)引腳即可a端和b端分別為接收和發(fā)送的差分信號(hào)端當(dāng)a引腳的電平高于b時(shí)代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為1當(dāng)a的電平低于b端時(shí)代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為0在與單片機(jī)連接時(shí)接線非常簡(jiǎn)單只需要一個(gè)信號(hào)

49、控制485的接收和發(fā)送即可同時(shí)將a和b端之間加匹配電阻一般可選100的電阻圖3-25為485典型工作電路圖 3-26為485與單片機(jī)接口電路 圖3-25 485典型工作電路 圖3-26 485與單片機(jī)接口電路第4章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路是它的骨架但是只有硬件系統(tǒng)是不能工作的系統(tǒng)想要正常工作還需要軟件系統(tǒng)的支持軟件系統(tǒng)采用mcs-51匯編指令作為編程語(yǔ)言采用模塊化編程設(shè)計(jì)各個(gè)模塊的子程序用于在主程序中循環(huán)調(diào)用以這種方式的編程不僅簡(jiǎn)化了編程者的任務(wù)還使得程序的調(diào)試變得更加容易醫(yī)院輸液監(jiān)控系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)主要由主程序液位檢測(cè)子程序滴速檢測(cè)子程序顯示子程序聲光報(bào)警子程序等組成系統(tǒng)軟件流

50、程圖如圖5-1圖4-1 系統(tǒng)軟件流程圖41 主程序設(shè)計(jì)在主程序中首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化規(guī)定相關(guān)過(guò)程的入口地址等然后通過(guò)子程序的調(diào)用完成系統(tǒng)的所有功能主程序流程圖如圖5-2圖4-2主程序流程圖42滴速檢測(cè)子程序設(shè)計(jì)滴速的檢測(cè)對(duì)單片機(jī)來(lái)說(shuō)是對(duì)外部脈沖信號(hào)進(jìn)行頻率計(jì)數(shù)頻率的定義是一秒時(shí)間內(nèi)信號(hào)變化的次數(shù)對(duì)頻率的測(cè)量有兩種方法計(jì)數(shù)法和計(jì)時(shí)法即測(cè)頻法和測(cè)周期法1計(jì)數(shù)法計(jì)數(shù)法是將被測(cè)信號(hào)通過(guò)一個(gè)閘門信號(hào)加到加到計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)的方法如果閘門打開(kāi)的時(shí)間為t計(jì)數(shù)器得到的計(jì)數(shù)值為n1則被測(cè)頻率為f n1t改變時(shí)間t即可改變測(cè)量頻率范圍如圖5-3所示設(shè)在t時(shí)間計(jì)數(shù)器的精確計(jì)數(shù)值應(yīng)為n根據(jù)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)特性可知n1的絕對(duì)

51、誤差是n1 n1n1的相對(duì)誤差為 n1-nn 1n由n1的相對(duì)誤差可知n的數(shù)值越大相對(duì)誤差越小成反比關(guān)系為了減小相對(duì)誤差可以通過(guò)增大t的方法來(lái)降低測(cè)量誤差圖4-3 測(cè)頻法測(cè)量原理2計(jì)時(shí)法計(jì)時(shí)法又稱為測(cè)周期法這種方法使用被測(cè)信號(hào)來(lái)控制閘門的開(kāi)閉而將標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基脈沖通過(guò)閘門加到計(jì)數(shù)器閘門在外信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)打開(kāi)這樣計(jì)數(shù)器得到的計(jì)數(shù)值就是外脈沖信號(hào)的周期然后求周期的倒數(shù)就得到外脈沖信號(hào)的頻率首先把被測(cè)信號(hào)通過(guò)二分頻獲得一個(gè)高電平時(shí)間是一個(gè)信號(hào)周期t的方波信號(hào)然后用一個(gè)周期t1的高頻方波信號(hào)作為計(jì)數(shù)脈沖在一個(gè)信號(hào)周期t的范圍內(nèi)對(duì)t1信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)如圖5-4所示圖4-4 計(jì)時(shí)法測(cè)量原理根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求和性能指

52、標(biāo)首先要確定能滿足這些指標(biāo)的頻率測(cè)量方法由上述頻率測(cè)量原理與方法的討論可知用計(jì)數(shù)法獲得的計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)在閘門信號(hào)為一秒時(shí)不需要進(jìn)行任何換算計(jì)數(shù)器所計(jì)數(shù)據(jù)就是信號(hào)頻率而用計(jì)時(shí)法所測(cè)的信號(hào)周期數(shù)據(jù)還需要求倒數(shù)運(yùn)算才能得到信號(hào)頻率而求倒數(shù)運(yùn)算對(duì)于中小型數(shù)字集成電路來(lái)書很難實(shí)現(xiàn)因此計(jì)時(shí)法不適合本系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)采用計(jì)數(shù)法進(jìn)行滴速的測(cè)量設(shè)計(jì)中選用定時(shí)器t0進(jìn)行定時(shí)t1作為計(jì)數(shù)器由于每滴液體在經(jīng)過(guò)光電感應(yīng)探測(cè)器時(shí)都會(huì)引起一次單片機(jī)t0口的電平變化即產(chǎn)生一個(gè)下降沿所以液滴產(chǎn)生的下降沿?cái)?shù)目就可認(rèn)為是所滴下的液滴數(shù)滴速的采集程序設(shè)計(jì)分為兩部分即定時(shí)程序和計(jì)數(shù)程序com序設(shè)計(jì)選用at89c51的定時(shí)器t0完成定時(shí)5s功能選

53、用t0的方式一置t0定時(shí)初值為50ms循環(huán)100次即可完成5s定時(shí)用一個(gè)計(jì)數(shù)單元20h存放循環(huán)的次數(shù)每循環(huán)一次20h單元自減一當(dāng)20h單元為0時(shí)則5s定時(shí)到時(shí)其程序流程圖如圖5-5圖4-5 定時(shí)子程序流程圖com序設(shè)計(jì)滴速測(cè)試程序系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求滴液速度為1315滴每秒即頻率為02hz033hz計(jì)數(shù)器最多計(jì)數(shù)65536次因此不需要對(duì)計(jì)數(shù)單元進(jìn)行擴(kuò)展即可完成計(jì)數(shù)需求計(jì)數(shù)器的tl1和th1用于計(jì)數(shù)為了增加測(cè)量精度先測(cè)出5s內(nèi)的液滴數(shù)然后將5s內(nèi)的滴數(shù)乘以12便可得到1分鐘的液滴數(shù)當(dāng)5秒定時(shí)到時(shí)采集計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)其程序流程圖如圖5-6圖4-6 計(jì)數(shù)子程序流程圖com序代碼dsmov tmod 51h定時(shí)器t0

54、定時(shí)方式一t1計(jì)數(shù)方式一 01010001 mov tl0 0b0hmov th0 3ch置50ms初值mov 20h 100設(shè)置循環(huán)次數(shù)10010050ms 5smov th1 00hmov tl0 000hmov 21h 0mov 22h 0存放采集到的數(shù)據(jù)setb tr1啟動(dòng)t1setb tr0啟動(dòng)t0wait ajmp wait等待中斷rett0int 定時(shí)5s產(chǎn)生中斷djnz 20h next1clr tr1關(guān)閉t1clr tr0關(guān)閉t0mov 21h tl1mov 22h th1acall displayajmp exitnext1 mov tl0 0b0h mov th0 3ch

55、繼續(xù)定時(shí)exit reti43顯示子程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用兩位共陽(yáng)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示的方式8位字段碼輸入端接入at89c51的p0口兩位位選com兩位位選端不是與p2口直接連接而是通過(guò)三極管連接這樣是為了增加驅(qū)動(dòng)能力p20輸出為0時(shí)三極管導(dǎo)通也就是說(shuō)當(dāng)p20輸出為0時(shí)三極管導(dǎo)通與其相連的共陽(yáng)極數(shù)碼管顯示器開(kāi)始工作p20輸出為1時(shí)三極管截止與其相連的共陽(yáng)極數(shù)碼管顯示器停止工作因此在編程時(shí)需要考慮引腳的輸出狀態(tài)以使共陽(yáng)極數(shù)碼管顯示器正常顯示測(cè)得的滴速系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求滴液速度為1315滴每秒輸液滴速慢以頻率的標(biāo)準(zhǔn)方式顯示顯然會(huì)影響精度程序設(shè)計(jì)數(shù)碼管以滴分的標(biāo)度進(jìn)行顯示可以減小滴速顯示誤差在上面的設(shè)計(jì)中為了增加測(cè)

56、量精度先測(cè)出5s內(nèi)的液滴數(shù)然后將5s內(nèi)的滴數(shù)乘以12便可得到1分鐘的液滴數(shù)顯示子程序流程圖如圖5-7圖4-7 顯示子程序流程圖com程序代碼displaymov a 21h取5s計(jì)數(shù)值mov b 1016進(jìn)制轉(zhuǎn)換為10進(jìn)制div abab的商存入a余數(shù)存入bmov r1 ar1存放十位數(shù)mov r2 br2存放個(gè)位數(shù)add b r2相當(dāng)于b2mov r2 badd b r2相當(dāng)于b4mov r2 badd b r2相當(dāng)于b8add b r2相當(dāng)于b12addc a r1相當(dāng)于a2mov r1 aaddc a r1相當(dāng)于a4mov r1 aaddc a r1相當(dāng)于a8addc a r1相當(dāng)于a12mov r1 a此時(shí)r1存放以分為單位的十位數(shù)mov r2 b此時(shí)r2存放以分為單位的個(gè)位數(shù)mov r3 50設(shè)導(dǎo)通頻率為50loop1mov a r2取個(gè)位數(shù)acall chang調(diào)用顯示clr p21開(kāi)個(gè)位顯示acall dly10ms調(diào)用延時(shí)10ms程序setb p21開(kāi)關(guān)個(gè)位顯示mov a r1取十位數(shù)acall chang調(diào)用顯示clr p20