紅外線傳感器

紅外傳感器的液位測量報警裝置設(shè)計院系：電氣信息工程系專業(yè)：電子信息工程技術(shù)紅外傳感器的液位測量報警裝置設(shè)計、引言隨著社會的發(fā)展，21世紀(jì)的人們越來越重視安全問題，特別是醫(yī)療和醫(yī)用安全問題，目前，醫(yī)院給病人輸液一般采用護士專人值守，或者病人家屬專門監(jiān)控。在這種情況下，一旦人工值守監(jiān)護不到位，就可能導(dǎo)致瓶裝輸液在液體輸完后氣體由輸液管路進入人體，既通常所謂氣體栓塞，會對患者造成嚴(yán)重的身體傷害，甚至造成死亡。而輸液報警裝置可以解決這個問題，社會上輸液報警器采用各種各異的原理與制作方法，主要的測試方法有利用壓力傳感器測量瓶內(nèi)液體的重力，進而將重力這一物理量轉(zhuǎn)化為瓶內(nèi)液體高度的物理量。這種方法，思路清晰簡單明了，但是操作困難。主要是因為瓶內(nèi)液體一般不是純凈物，密度不好確定;另外瓶內(nèi)液體是否混合均勻也是影響測量的一個重要因素，因此這種方法實際上并不可取。意義：利用光的直線傳播與折射原理，用紅外探頭照射液面并用相應(yīng)的接收裝置接收信號，根據(jù)接收到的模擬信號來檢測液面并報警，裝置簡單，但由于光的折射、散射、透射導(dǎo)致精度不高;而利用紅外傳感器加載在輸液管兩端來記錄滴數(shù)的方法，不僅裝置和原理簡單，精度高，最重要的是成本低，且具有便攜式，方便護士的拆裝和藥物利用同時也不污染藥物，達到非接觸式測量，很好地解決了輸液報警的問題，既減少了醫(yī)護人員的時間和精力，又保證了患者的生命安全。二、總體方案及硬件測試設(shè)計原理：本設(shè)計原理主要采用測量下落水滴的滴數(shù)來確定液位的高度及報警。其工作原理如下：通過輸液器使水一滴滴落下，在輸液管的滴管兩側(cè)分別放置紅外發(fā)光二極管和光敏二極管，當(dāng)有水滴落下時，光敏二極管接收到的光將減少，從而導(dǎo)致光敏二極管兩端的電壓增大，將該電壓與電壓比較器設(shè)定的初始電壓進行比較，電壓比較器將會在高低電平間轉(zhuǎn)化，通過記錄轉(zhuǎn)化的次數(shù)就能確定下落水滴的滴數(shù)，從而確定液位及實現(xiàn)報警功能。實驗裝置框圖如圖1所示，電路圖如圖2所示。運算方Ji）%%P07芯片是一電路，由運算放大器組成的比kQ放大器集成常低的輸入失調(diào)電壓（對于「OP07A最大為lR￡S-VAft 41需要額外的種低噪聲,調(diào)零措施oOP07同時具有輸入偏P07A為300V/mV）的特點，這種JGND非斬波穩(wěn)零的雙極性運算運算方Ji）%%P07芯片是一電路，由運算放大器組成的比kQ放大器集成常低的輸入失調(diào)電壓（對于「OP07A最大為lR￡S-VAft 41需要額外的種低噪聲,調(diào)零措施oOP07同時具有輸入偏P07A為300V/mV）的特點，這種JGND非斬波穩(wěn)零的雙極性運算婆路如圖4所関V）|所以0007在示。由于Op07具有非斗顯示需多應(yīng)用場合不PC話置電流低0P07A為±2nA）和開環(huán)增L&\低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得OP07號等方面。? 土睡曲越L團t-2.5V+5V 1 F-&ICkQ€23—十xTOPOTsl用ISOkO4^□—制作方法的基本過程：在制作過程中，把可樂瓶裝滿水倒置固定在焦利氏稱上，焦利氏稱用來固定儀器，連接上滴管使水滴一滴滴下落。同時使紅外發(fā)光二極管、光敏二極管及水滴在同一直線上，打開水滴控制開關(guān)使液體落下。當(dāng)水滴下落時，將紅外傳感器接收端的電壓信號進行放大，通過比較器輸出高低電平給單片機編程計數(shù)，并且通過液晶顯示屏顯示。當(dāng)實驗開始時，利用按鍵設(shè)定報警點。當(dāng)計數(shù)器所計的滴數(shù)達到報警點時，報警器報警。三、軟件電路的設(shè)計單片機中的軟件流程圖如圖5所示。圜5鈦羊牛獺宅IL也圜5鈦羊牛獺宅IL也中環(huán)Hf害說査處力“fcey?轉(zhuǎn)ife設(shè)恍』的值?SfcWW^tft?key?的次敢謖竄大寸jk呂,《4建設(shè)徂?曲血.先設(shè)is介莖婕.g*的HC5K設(shè)冒火刃*9■確立%stjr*cwm.statwb<^.h?,的伙瞰說■丈小.by,曲民討kSC-ttCDUt-^CDUt1*-1初齡化制作所用元器件清單：光敏二極管GKF104，紅外發(fā)射管GKF104，凌陽61板SPCE061A。液晶顯示屏lcdl2864（見圖6）,焦利式稱，5V穩(wěn)壓源，電阻，滑動變阻器，導(dǎo)線，醫(yī)用輸液器，2.5L可樂瓶。四、實驗驗證方法先進行初始化，再通過按鍵key設(shè)置初始值a。判斷信號接收端的電壓如果為高電平，則計數(shù)器cout二cout+1,如果為低電平則不加。當(dāng)計數(shù)器的cout等于初始值a時，中斷報警，然后重新初始化。如果不等于初始值則繼續(xù)計數(shù)。計數(shù)過程實時通過液晶板顯示。紅外發(fā)射接收裝置的實驗中使用的紅外發(fā)射與接收裝置是GKF104元件，實物圖如圖7所示。該元件是一個集紅外發(fā)射與接收于一體的元件，這樣就保證了

紅外發(fā)射裝置發(fā)出的紅外線一定能被其接收裝置所接收。但在實驗過程中，紅外發(fā)射與接收裝置不再同一側(cè),因此將GKF104的紅外發(fā)射頭與接收頭人為地分開并分別正對著放置在瓶子的兩側(cè)。當(dāng)紅外接收裝置兩端的光減少時,它兩端的電壓會增大。實驗中將紅外發(fā)射二極管接于CR2330(3V)鈕扣電池正負極上，長的引腳為正,短的引腳為負。光敏二極管的性質(zhì)曲線如圖8所示。広)短躋電施/■羈度恃性I^c/Ev(b)光址流/正電壓牯性加齊圉區(qū)充斂二械管的性質(zhì)曲踐圖広)短躋電施/■羈度恃性I^c/Ev(b)光址流/正電壓牯性加齊圉區(qū)充斂二械管的性質(zhì)曲踐圖數(shù)據(jù)測量與分析1、測試數(shù)據(jù)測量一滴水的體積見表數(shù)據(jù)測量與分析1、測試數(shù)據(jù)測量一滴水的體積見表1(先測量400滴水的體積，單位mL,然后取平均訊世 ]23?15韓*t/mL19.S720.0419.9519-9020-00畫I水獰飆羸?4M蒲水體衣妁扌均氈冃4M蒲水體衣妁扌均氈冃—鍛赧旳陣fr2、數(shù)據(jù)分析通過一滴水的體積，可以推算出結(jié)果：2.5L水：2500/0.05=50000滴2L水：2000/0.05=40000滴當(dāng)計數(shù)器滴數(shù)達到設(shè)置的初始滴數(shù)時，報警器開始報警。由OP07所組成的比較電路設(shè)置的基準(zhǔn)電壓是4.0V。理論上大于4V時輸出為5V高電平，小于4V時輸出為0V。由于運放漏電流的影響，導(dǎo)致低電平為1.1V,高電平為4.3V。3、 誤差分析電路在時間上可能有一段時間的延時,造成水滴的計數(shù)有一定的誤差,但延時是很巨大的,所以可以忽略。下落的水滴中可能有氣泡,導(dǎo)致一滴水的體積沒有達到平均值0.05mL，從而導(dǎo)致當(dāng)水滴的數(shù)量達到一定量時，實際的體積卻小于理論值,但水滴中的氣泡來自輸液管,量水滴時影響不是很大,也是可以忽略不計的。4、 改進方法盡量減小電路在時間上的延時時間,減少氣泡的數(shù)量,使誤差降到最低。六、結(jié)論與感想結(jié)論：該裝置的主要設(shè)計思想是通過紅外傳感器針對滴管每個水滴的下落進行電信號采集。實驗測得,通過此方法測量出的數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確,誤差很小。同時該方法思想原理簡單,直觀易懂,可以直接測量出瓶子中剩余水的準(zhǔn)確數(shù)量。該方法僅對水滴進行數(shù)據(jù)采集,不僅消除了由于繁瑣的步驟而帶來的其他環(huán)節(jié)的誤差,而