液体点滴速度监控装置设计报告
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液体点滴速度监控装置设计
摘要:本系统设计是以单片机AT89C51为核心,以键盘及红外对射式传感器作为输入系统,以数码管及电动机作为输出系统的智能化输液控制及监测系统。键盘系统为独立式按键系统,红外传感器的功能为检测点滴的速度。电动机具有转速可控功率大及输入脉冲不变时可保持大力矩等优点,这样就可以自如控制吊瓶的上、下缓移可以达到智能控制的目的。
关键字:红外对射式传感器独立式按键系统智能化输液控制监测系统
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目录
目录 (2)
1 系统方案选择与论证 (3)
1.1 题目要求 (3)
1.1.1 基本要求 (3)
1.1.2 发挥部分 (3)
1.2 系统基本方案 (4)
1.2.1系统基本框图 (4)
1.2.1 系统各个模块的选择与论证 (4)
2 系统的硬件设计与实现 (6)
2.1系统硬件的基本组成部分 (6)
2.2主要单元电路设计 (6)
2.2.1.点滴速度测量电路设计 (6)
2.2.2 储液检测电路 (7)
2.2.3 点滴速度控制电路设计 (7)
2.2. 4 键盘显示电路 (9)
3系统的软件设计 (10)
3.1检测点滴速度子程序 (10)
3.2储液检测子程序 (10)
3.3点滴速度控制子程序 (11)
3.4键盘显示子程序 (12)
3.5系统的主程序设计 (13)
4系统测试 (13)
5总结 (13)
附录2 程序清单 (15)
1 系统方案选择与论证
设计人员:冯春阳陈卫军刘应
指导老师:赵红梅葛广军程英
1.1 题目要求
设计并制作一个液体点滴速度监测与控制装置。
1.1.1 基本要求
(1)在漏斗处检测点滴速度,并制作一个数显装置,能动态显示点滴速度(滴/分)。
(2)通过改变H2控制点滴速度,也可以通过控制输液软管夹头的松紧等其他方式来控制点滴速度。点滴速度可用键盘设定并显示,设定范围为20~150(滴/分),控制误差范围为设定值±10%±1滴。
(3)调整时间≤3min(从改变设定值起到点滴速度基本稳定,能人工读出数据为止)。
(4)当H1降到警戒值(2~3cm)时,能发出报警信号。
1.1.2 发挥部分
设计并制作一个有主站控制16个从站的有线监控系统。16个从站中,只有一个从站是按基本要求制作的一套点滴速度监控装置,其他从站为模拟从站(仅要求制作一个模拟从站)。
(1)主站功能:
a.具有定点和巡回检测两种方式。
b.可以显示从站传过来的从站号和点滴速度。
c.在巡回检测时,主站能任意设定要查询的从站数量、从站号和各个从站的点滴速度。
d.能收到从站发出来的报警信号后,能声光报警并能显示相应的从站号;可以手动方式解除报警状态。
(2)从站功能:
a.能够输出从站号、点滴速度和报警信号;从站号和点滴速度可以任意设定。
b.接收主站设定的点滴速度信息并显示。
c.对异常情况进行报警。
(3)主站和从站家的通信方式不限,通信协议自定,但应该尽量减少信号传输线的数量。(4)其他。
1.1.3 说明
(1)控制电机类型不限,其安装位置与安装方式自定。
(2)储液瓶用医用250ml注射页玻璃瓶(瓶中为无色透明
液体)。
(3)受液瓶用1.25L的饮料瓶。
(4)点滴器采用针柄颜色为深蓝色的医用一次性输液器(滴管滴出20点水相当与1ml±0.1ml).
(5)赛区测试时,仅提供医用移动式点滴支架,其高度约为1.8m,也可以自带支架;测试所需其他设备自备。
(6)滴速夹在测试开始后不允许调节。
(7)发挥部分第(2)项从站功能中,c中的异常情况自行确定。
1.2 系统基本方案
根据题目要求系统可以分为以下几个模块:点滴速度测量模块,储液液面检测模块,键盘显示模块,电机系统控制(点滴速度控制)模块。系统的基本框图如图1.2.1所示。
图1.2.1系统基本框图
1.2.1 系统各个模块的选择与论证
(1)点滴速度测量
方案一:采用电感式传感器测量点滴速度。在输液器的漏斗外围绕线圈作为敏感元件。当液滴滴下是电感量发生变化,通过LC振荡电路后输出变化的频率值,经过F/V变换电路及电压比较后输出TTL电平信号来检测点滴速度。此方案测量精度比较高,但是外围电路比较复杂。
方案二:采用红外对管发射接收。采用断续式的工作方式,在点滴落下时阻挡了接收管接收红外线,产生高电平的脉冲信号。为了提高抗干扰能力,可以采用两对红外传感器一发一收,而不是只用一只传感器以反射式状态工作。红外传感器有以下优点:尺寸小,质量轻,
安装在滴斗上较简单;对辅助电路要求少,在近距可以用直流发射,电路简单,性能稳定。此方案简单,较容易实现。
(2)储液检测电路
题目要求是在储液瓶中的液位低于2~3cm时发出报警信号。在此是关键如何检测到液位的高度,报警较易实现。检测液位有多种方法。
方案一:同点滴速度测量模块,仍然采用红外对管发射接收。根据该接收管收到的光强的大小来判断液位是否达到警戒水位。
方案二:采用称重传感器检测。利用称重传感器检测总质量,并与实际测量中当液体液面达到设定位置时的总质量相比较,根据液体体积与质量的关系,当测量总质量与设定值相等时发出报警。
方案三:用测定电容的方法来检测。在瓶壁上用两块薄金属箔包裹构造出一个电容。根据电容中的介质不同,可以确定是否达到警戒水位。此数据可以由实验中得出。
(3)电机控制系统(点滴速度控制)模块
利用电机来控制调节点滴的速度有两种方案:
方案一:通过改变滴斗到受液瓶的高度H2来调节点滴的速度。由电动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H2,从而调节点滴速度。此种调节方法简单,容易实现。
方案二:通过控制滴速夹的松紧来控制点滴的速度。不过滴速夹用于大范围的调节滴速,难以控制,适用于粗调。
(4)键盘显示单元
根据题目条件,滴速的大小要由人工设定的。滴速的设定值与调整值都可以在键盘上显示。对于其显示有以下的两种方案:
方案一:采用液晶显示屏和通用矩阵键盘。液晶显示屏(LCD)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。但由于只需显示三位温度值,信息量比较少,且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。按键采用单列三按键。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。
1.2.2 系统最终方案确定
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发射接收方式。
(2)储液检测电路仍然采纳红外对管发射接收装置。
(3)点滴速度控制是利用电动机正反转来调节储液瓶的高度来实现的。
(4)键盘显示用的是单列三按键数码来显示的。