发布时间 : 星期六 文章基于单片机的智能输液系统设计更新完毕开始阅读0d0388760a4e767f5acfa1c7aa00b52acfc79cfe
表2-1 P1引脚的第二功能
P1.0 P1.1 P1.5 P1.6 P1.7 T2 T2EX MOSI MISO SCK 用作定时器/计数器T2的外部的计数输入端口和时钟的输出端口 用作定时器/计数器T2的重载/捕捉触发的信号与方向控制 系统编程时用 系统编程时用 系统编程时用 P2口：P2端口是双向的具有内部的上拉电阻的8位的I/O端口，P2口上的输出缓冲器可以驱动四个TTL型的逻辑电平。当我们对P2端口写入“1”的时候，其内部的上拉电阻就会把端口拉高，此时就当作输入口来使用了。当该端口被当作输入口来使用时，在外部被拉低的引脚在内部电阻的作用下，将输出IIL型电流。在访问外部的程序存储器时，P2端口会送出高8位的地址，用16位地址读取外部数据存储器时也是这样。此时，P2端口会使用很强内部上拉来发送“1”。在使用8位的地址来访问外部数据存储器的时候，P2端口会输出P2锁存器中的内容。当在用flash编程和校验的时候，P2端口会依据接收到的高8位地址字节和控制信号来工作。 P3口：P3是双向的具有内部的上拉电阻的8位的I/O端口，P3上的输出缓冲器可以驱动四个TTL型的逻辑电平工作。当我们对P3口写入“1”的时候，其内部的上拉电阻就会把端口拉高，该端口就可以当作输入口来使用。当其当作输入口使用时，在外部被拉低的引脚在内部电阻的作用下，将会输出IIL型电流。P3端口也可以作为AT89S52的特殊功能来使用。另外，在我们进行flash编程验的时候，P3端口也会接收控制信号。
3 输液系统硬件设计
在第二章的方案论证基础上，第三章主要对各个硬件结构以及主要硬件部分进行了论证。
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3.1 控制电机模块设计
本设计所使用的为步进电动机。使用单片机去控制步进电机是很方便和精准发的，利用单片机去输出相应脉冲，每两个脉冲可以使其转动相应的角度。通过这样的程序，我们就可以控制电机转动。同时也可以精确的确定其转动的角度，于此我们可以控制滴袋的高低，以调节滴速。 3.1.1 步进电动机的工作原理
步进电机是将脉冲信号转化为角位移的执行器件。当步进电机的驱动器接收到的由单片机发出的脉冲信号，它可以驱动步进电机按设定方向旋转一个固定的角度(称为“步距角”)，它的运动是按照固定的角度一步一步运行的。首先可以通过控制输入脉冲的个数来控制角位移量，从而达到电机转动的目的；其次，通过单片机输出脉冲频率来控制电机转动的速度以及加速度。从而可以达到调节速度的目的。步进电机是可以作为控制用的特殊的电机。广泛的使用在各种开、闭环控制，他可以不积累误差。现在比较常见的步进电机有单相式步进电机、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和反应式步进电机（VR）等。
混合式步进电机就是指混合了永磁式与反应式的两个优点。它又可以分为两相和五相：两相步进电机的步进角一般为1.8度而五相步进电机的步进角一般为0.72度。现在这种步进电机的应用最为广泛，也是本课题的驱动方案所选用的步进电机。
3.1.2 步进电机控制原理
步进电机区别于其他电机的最大特点是，它可以通过单片机输入脉冲信号进行控制，即电机的转动的总角度可以由输入脉冲数决定，而电机的转速是由脉冲信号的频率决定。步进电机的驱动电路是根据控制信号工作，而控制信号由单片机产生。其基本原理作用如下：
(1) 控制换相顺序
通电换相的这一过程是脉冲分配。比如：三相步进电机的三相三拍工作方式，其各相通电的顺序以此为A-B-C-A，通电控制的输出脉冲必须严格按照这一顺序去分别控制A-B-C-A相的通断。
(2) 控制步进电机的转向
当给步进电机以正序脉冲输出通电，则步进电机的工作状态为正转，若按反序通电换相则电机反转。 (3) 控制步进电机的速度
当控制单片机的输出为一个一个脉冲的时候，它就可以一步一步的进行转动，每两个脉冲直接可以转动相应的角度，并且两个脉冲输出的间隔时间越短，其电机转动速度越快。所以我们就可以控制单片机的输出脉冲频率去控制电机转动。单三拍的相序为A—>B—>C—>A时，电机正转；反之A<—B<—C<—A，则电机反转。本题设计的关键就是控制电机的旋转方向和步数，通过控制其方向和速度就可以把最小绝对误差的控制在预置数M×10%±1滴。如图3-1所示。
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+5V200200继电器200200200继电器200继电器电机3相
图3-1 步进电动机控制电路图
+12V+24V电机1相AT89C51 单片机电机2相3.2 数据采集模块及工作原理
光电传感器：光电传感器是由红外发射管进行发射，红外接收对管接收光信号来检测液滴的一种手段。经过实验，我们为了防止输液器的漏斗倾斜所引起的水滴偏移，从而导致的不正常检测，可设计使用三枚红外发射管配合一枚红外接收管组成的一种测试方法，将该传感器套于输液器的漏斗上，从而确保液滴的检测结果无误。结构图如图3-2。
发光二极管
光敏三极管滴管图3-2 采集装置结构图
三枚红外发射管进过恒定的电源驱动下可以发射一定频率的恒定红外线光，通过肉眼不可见。红外线穿过对管间的间隙，由接收管接收。当没有水滴是通过对管间隙时，红外接收管会处于完全导通状态，输出的为高电平；当有水滴通过对管间隙的时候，红外接收管的导通能力会有不同程度地下降，其输出的不规则是负向脉冲；每一个水滴的通过都会产生一个这样的不规则的负向脉冲，脉冲数目是与水滴数目一一对应。这样由红外对管传感器所产生的负向脉冲会经过LM339比较器后，然后输入端是输入的不规则负向脉冲，就会整形为规则的正向脉冲，然后将该脉冲输出到单片机的中断口 INT0。其数据采集电路图如图3-3，其输出波形如图3-4。
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图3-3 数据采集装置
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图3-4 数据采集装置输出波形
3.2.1 红外发光二极管和光敏三极管
红外线发光二极管其电气的电路符号及特性曲线，阳极（P极）电压加正，阴极（N极）电压加负，此时二极管所加之电压为正向电压，同时亦产生正向电流，提供了红外线发光二极管发射出光束的能量，其发光的条件与一般的发光二极管(LED)一样，只是红外线为不可见光。一般而言砷化镓的红外线发光二极体约须1V，而镓质的红色发光二极管切入电压约须1.8V；绿色发光二极管切入电压约须2.0V左右。当加入之电压超过切入电压之后，电流便急速上升，而周围温度对二极管的切入电压影响亦很大，当温度较高时，将使其切入电压数值降低，反之，切入电压降低。
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