发布时间 : 星期六 文章基于单片机的液体点滴速度监控装置设计本科生毕业论文更新完毕开始阅读20cd401c0812a21614791711cc7931b765ce7b9a
瓶，从光源发射出来的光大部分反射，透射光比较微弱，这样检测信号产生误差较大，同时电路需要对微弱信号进行处理，这样放大电路的放大倍数就要很高。而高放大倍数高的放大电路很容易受到干扰，还容易产生电路自激，增加了电路设计上的难度，更降低了电路的稳定性。方案二利用光的反射原理实现时，由于反射信号比较强，这样可以减小信号检测时的误差，同时电路形式要比透射电路情况简单。而且反射电路比透射电路更容易安装，体积更加小巧，结构也更加简单。方案三电容式接近开关，但瓶中液体和周围环境随时会发生变化，很容易触发传感器，而使系统采集到错误的信号。因此，选择方案二。
2.1.2 液瓶液面检测
方案一：采用金属电极检测储液瓶液面信号。原理如图2-3，利用药液的导电特性实现液滴速度及储液瓶液面信号的检测，通常电极采用不锈钢等耐腐蚀材料制成。
图2-3 金属电极检测储液瓶液面信号面信号
方案二：采用光电传感器检测点储液瓶液面信号。原理如图2-4所示。发光二极管发射的平行光束穿过茂菲氏滴管投射到光敏三极管的感光面上，在没有液体时，光敏三极管接收到的光照度最大，产生的光电流也最大，当有液体时，由于液滴对红外光的吸收特性，使平行光束发散，投射到光敏三极管上的光照度将减弱，从而使光敏三极管产生的光电流减小，实验证明在低液面（2cm-4cm）的情况下，进气所形成上升气泡在液面的聚集与运动，使平行光束的发散效应明显增强。
图2-4光电传感器检测点储液瓶液
方案三：通过软件设置完全可以通过检测点滴速度来产生报警信号，因此可以去掉液
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面检测电路而完全由液体点滴速度检测电路代替。这样就不需要硬件的储液瓶液面检测电路，而由软件控制。
综合比较上面的方案，电极接触控制方式原理简单，易于实现，可靠性强，但会导致药品污染，危及患者安全。光电控制方式虽然结构复杂，易受外界光源影响，但可防止药品的污染，保证患者用药安全。而软件方式对程序有一定的要求，并且响应时间比较慢，但其优点更明显，完全抛弃了硬件结构。因此，选择方案三，软件方式。
2.1.3 键盘方案
方案一：采用矩阵式键盘,此类键盘利用矩阵式行列扫描方式，优点是当按键盘较多时可降低占用行列扫描方式，单片机的I/O口数目，缺点为电路复杂且会加大编程难度。
方案二：采用独立式按键电路，每个按键单独占有一根I/O接口线,每个I/O口的工作状态互不影响，此类键盘采用端口直接扫描方式。缺点为当按键较多时占用单片机的I/O口数目较多，优点为电路设计简单，且编程极其容易。
综合比较上面的方案，本系统有16个按键，因此采用方案一，4X4的矩阵式键盘。
2.1.4 显示方案
方案一：采用液晶显示屏。液晶显示屏（LCM）具有功耗小、轻薄短小无辐射危险，平面直角显示以及影象稳定不闪烁，可视面积大，画面效果好，抗干扰能力强等特点。但由于液晶是以点阵的模式显示各种符号，需要利用控制芯片创建字符库，编程工作量大，控制器资源占用较多，其成本也偏高。
方案二：采用三位LED七段数码管显示点滴数目。数码管具有低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化，对外界环境要求较低。同时数码管采用BCD编码显示数字，程序编译容易，资源占用较少。
综合比较上面的方案：采用方案一。液晶显示屏（LCM）有更丰富的显示能力，并且能够形式更多的信息，有利于使用。
2.1.5 电机系统方案
方案一：采用单片机和A/D转换构成系统，控制普通电机的步数和旋转方向，可以考虑达林管组成的H型PWM电路。用单片机控制达林管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电机转速，减小因惯性，速度，步距角过大而引起的调整误差，达到改变点滴高度的要求，缺点是控制信号为模拟信号，需要将单片机输出的序列脉冲转换，延长了控制的时间，并且步距角为9°，不能精确的控制点滴速度。
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方案二：用单片机控制步进电机，控制信号为数字信号，不在需要数/模转换；具有快速启/停能力，可在一刹那间实现启动或停止，且步距角降低到7.5°延时短，定位准确,精度高,可操作性强。
综合考虑，一方面调节的步长尽可能的小，定位要好；另一方面如果停止信号到来，要能立刻停止电机。因此选择步进电机，采用方案二。
2.1.6 点滴速度控制方案
方案一：通过改变滴斗到受液瓶的高度来调节点滴的速度。由步进电机带动储液瓶使储液瓶上升或下降改变滴斗到受液瓶的高度,从而调节点滴速度。由于其高度的改变与点滴速度基本成线性关系,这易于对点滴速度进行控制。而液滴管的高度可通过电机实现精确的定量控制。但此方法对机械设备的要求高,不容易安装。设备可移动性小，而且对电机的功率也有一定的要求，要采用大功率的电机。
方案二：采用单片机和可编程逻辑器件控制输液软管的松紧来控制点滴速度。改变塑料点滴管的形状以控制液体的流速。这样的方法虽然直观,但存在很多的缺点。首先由于对管壁施压改变其形状,其所施加的压力与流量改变的关系非线性,这给流量控制带来了难度。其次由于滴管是由塑料制成,在长时间受压后松开并不能使塑料滴液管完全恢复原形,控制装置无法保证理想的控制效果。此外,要完成滴速夹的制作有一定的困难。即使此方案有很多缺点，但以其结构小巧，可移动性强，电机要求低，机械设备简洁的优点。更符合当今设备发展方向的要求。
总结上述原因,我选用方案二，制输液软管的松紧来控制点滴速度。
2.2 方案的确定
根据以上方案的论证分析，结合器件与设备等因素，系统各模块方案确定如下： （1）点滴速度测量采用红外对管反射接收方式。 （2）储液检测电路采用软件方式设置。 （3）键盘采用4X4行列式键盘。 （4）显示采用液晶显示屏。
（5）点滴速度控制是利用步进电动机正反转来调节输液管的松紧来实现。 系统组成方框图如图2-5
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点滴速度检测报警显示模块点滴速度控制AT89C52键盘控制电机控制控制电路 图2-5 系统组成方框图
系统通过键盘输入模块输入预置的点滴速度并将数据信息传送给单片机。点滴速度检测系统通过红外光电传感器检测点滴速度，并以电信号的形式传给单片机，经运算、分析、处理后单片机通过输出端口将数据传给显示模块和电机。由于硬件的限制既不可预测的误差，实际点滴速度极难达到预置值，因此设置当实际点滴速度进入预置值±5滴范围内时电机停止转动，这样就实现了智能控制功能。另外，点速度检测系统通过红外光电传感器检测到的信号经处理后输出给声音报警装置。当声音报警持续10秒钟后无人复位，则由单片机发出信号关闭声光报警，同时发出信号控制电机卡死输液管将点滴速度强制为0，这样可以大大提高输液的安全系数。
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