基于arduino液滴测速系统设计
基于单片机系统的液体点滴速度监控装置设计
南华大学电气工程学院《单片机原理及应用课程设计》任务书设计题目：基于单片机系统的液滴点滴速度监控装置专业：电气工程及其自动化姓名: 刘杰学号: 20104450244起迄日期:年月日——年月日指导教师:目录一、引言 (4)二、系统总体设计 (4)2.1系统原理框图及原理分析 (4)2.2方案设计与论证 (5)2.2.1电机驱动控制电路 (5)2.2.2 数据采集 (6)2.2.3键盘方案的选择 (7)2.2.4系统最终方案确定 (8)三、单片机系统设计 (8)3.1 硬件设计 (8)3.1.1单片机系统的硬件结构 (8)3.1.2 液体滴速检测模块 (10)3.2 软件设计 (11)四、总结 (13)参考文献 (14)英文摘要 (16)基于单片机系统的液体点滴速度监控装置设计【摘要】：利用单片机设计一个智能化的液体点滴速度监测与控制系统。
该系统由水滴速度测试系统、水速控制系统、显示装置、单片机系统、键盘和报警等系统组成。
应用水的压强随着高度差的变化而变化的原理，利用控制步进电动机的升降来控制点滴速度。
点滴速度可用键盘来设定，同时在水到达警戒线 (2cm~3cm)以下时能发出报警信号。
【关键词】：点滴速度，步进电动机，单片机1 引言目前各类医院中所使用的静脉输液器都是悬挂在病人的身体水平线以上才能输液，这种传统的输液设施的输液速度难以准确控制，这对特护病人和对输液速度有较严格要求的病人是不方便的，也会加重医护人员的工作强度。
本系统就是为了减少人力浪费，获得良好医疗效果而设计的液体点滴速度监控装置，利用这种装置可以通过电机控制储液瓶的高度来达到控速的目的；通过传感系统来确定点滴速度和对液位警戒线的检测；通过键盘设置液体点滴速度。
2 系统总体设计2.1系统原理框图及原理分析利用步进机和压强的原理来控制水滴的速度，有公式可以知道由于液面高度的不同而使压强不同，从而改变液滴的速度。
这样的系统比控制输液软管的松紧更好控制，而且比较容易实现。
基于单片机的液体点滴速度监控系统的设计
由普通 电机及步进 电机特性比较，本系统中将使用步进 电机。将
判断处理 ，并 控制步 进电机 的转 动及 ＬＣＤ显示屏 的显示 ，完成 系统 脉 冲信号转变为角位移或线位移的开 环控制元步进 电器件 即步 进电
装置智能控制 的任 务。该速度 控制模块 中主要包含两个 电路，即单片 机。在一般情况下，脉冲信号的频率和脉冲数决定了步进 电机的转 速
关曩 词 ：光电传感器 独立式键盘 智能系统
系统硬件组成部分主要有显示系统、速 度检测系统 、速度控制系
液体速率的改变是利用步进电机改变储液瓶的上下来实现 。在本
统等组成，其中各系统又 由系统内部小件组成 。
系统中，液体的速度检测与液体的速度控制是由两部分不 同的系统构
速度检测模块 ：在速度检测模块 中，主要依靠光电传感器对光信 成。其中，液体 速率控制系统是相对 简单 的，主要由 ＳＴＣ８９Ｃ５２芯片
节 目单等功 能。多重 审核、主备机 制可 以更好 的提高播 出安全性 。
责迁移服务的管理和执行，日志归档管理 ，策略管理 ，时钟 校时等服务。
（４）字幕子系统：包括三台网络字幕 机，在编辑站点完成字幕素 自动计审服务器 ，负责计审任务的管理分配和执行。ＭＤＣ服务器 ，管
材 的编辑 ，保存到远程路径 供字幕播 出站点调 用，可以根据正播表编 理 近 线 存 储 。
号的采集处理，并传输至单片机芯片来进行 计数。速度 检测模 块仅仅 和 ＵＬＮ２００３步进 电机驱 动芯片及步进电机组 成，利用步进电机的正
包含了一个简单 电路 ，即点滴速度检测 电路。
反转 使储液瓶高度发生改变，并最 终使得液体速率改变。
速度控 制模 块 ：该模块 中 ＳＴＣ８９Ｃ５２芯片对接 收到的数 据进行
基于单片机的液体点滴红外测速
基于单片机的液体点滴红外测速内蒙古大学本科学年论文(设计) 第 - 1 - 页2011-5-13基于单片机的液体点滴红外测速第一章绪论1.1 本论文研究的背景静脉输液是临床医学中的一个重要的治疗手段和医学监护的一项重要内容，在各个医院的医疗工作中被广泛应用,据统计住院输液率为70% ~ 80%。
它不仅是一种重要的给药途径,而且还是给患者补充体液、营养的重要方法。
在输液过程中,输液速度是一个很重要的参数, 一般要根据患者年龄、病情和药物种类等因素来分别确定。
同时，在静脉输液过程中，必须有人陪护，以防鼓包等事故发生，尤其对术后几乎需要24小时不间断输液的患者的监护，更是让护理者身心憔悴。
当护理者发生困倦时，极易发生事故。
通过调查得知,目前几乎所有医院因种种原因仍没有采用输液监控系统,而是采用传统的输液方法, 即将液体容器挂在一定高度，利用液体静压原理与大气压的作用使液体下滴，将大量灭菌药液直接滴入静脉内，从而达到治疗目的。
用软管夹对软管夹紧和放松控制滴速，医护人员按药剂特性对滴速进行控制。
由于这种滴速控制是通过肉眼观察进行估计的，需要根据经验来调节, 使得点滴流速不够准确，影响了治疗效果，以至危害病人健康。
当液体输完时，如床旁无陪护或医护人员未内蒙古大学本科学年论文(设计) 第 - 2 - 页2011-5-13 及时换药或拔针头，将会出现回血等情况。
为此患者家属需要陪同病人并且不断地观察输液情况，这样容易导致交叉感染，患者也得不到良好的休息，影响治疗质量和患者康复。
同时，护士也需要不停地巡视病房，增加工作负荷，有时还会产生医疗纠纷。
基于以上情况，针对上述现象，我们需要一种能够动态显示滴速、精确控制点滴滴速，并且能在液体走空前发出声像警报的低价、实用、智能的输液控制报警系统，对治疗过程采用自动化监控和管理是发展的必然趋势。
1.2 国内外研究现状及发展趋势陷国外对智能型输液装置的研究较早，如日本、美国和德国等国家上世纪八十年代末就进行了智能型输液装置的研制。
基于单片机实现液位和液体流速检测系统
基于单片机实现液位和液体流速检测系统液位和液体流速检测是工业自动化领域中常见的应用之一，可以用于监测液体的水平和流速，以便实时监测和控制。
本文将介绍如何基于单片机实现液位和液体流速检测系统，包括硬件设计和软件实现。
一、硬件设计1.传感器选择液位检测可以使用多种传感器，常见的有浮球式液位传感器、电容式液位传感器和超声波液位传感器。
流速检测可以使用热式流量传感器或涡街流量传感器。
根据实际需求选择合适的传感器。
2.接口电路设计将传感器与单片机相连接，需要合理设计接口电路。
例如，使用模拟传感器时，需要使用AD转换器将模拟信号转换为数字信号；使用数字传感器时，可以直接将数字信号输入到单片机的IO口。
3.信号处理电路设计根据传感器的输出信号特点进行信号处理，例如滤波、放大、线性化等。
通过信号处理，可以优化传感器输出信号的精度和稳定性。
4.LED显示电路设计可以使用LED灯来显示液位和流速的信息。
设计合适的显示电路，根据单片机的输出信号控制LED灯的亮灭。
二、软件实现1.初始化设置通过单片机初始化IO口、串口和定时器等外设，并配置相关参数。
例如，在液位检测系统中，配置AD转换器的参考电压和采样率；在流速检测系统中，设置定时器的计数频率。
2.传感器采集数据通过适当的采样频率，使用单片机读取传感器的输出信号，并将其转换为数字量。
对于模拟信号，可以使用AD转换器；对于数字信号，可以直接读取IO口电平。
3.信号处理根据传感器的输出信号特点进行信号处理，例如滤波、放大和线性化。
通过合适的信号处理算法，可以提高传感器输出信号的精度和稳定性，并得到更准确的液位和流速信息。
4.数据显示将处理后的液位和流速数据通过串口或其他通信方式发送到外部设备进行显示。
可以使用LED灯来简单显示液位和流速的信息，也可以使用LCD液晶显示屏或其他更友好的显示设备显示更详细的信息。
5.控制功能根据实际需求，可以在系统中加入控制功能。
例如，根据液位或流速的变化控制阀门、水泵或其他设备的开关，实现对液体的自动控制。
液体点滴速度监测与控制装置
液体点滴速度监测与控制装置1设计思路利用单片机设计并制作一个智能化的液体点滴速度监测与控制装置，利用控制步进电动机的升降来控制点滴速度，点滴速度可用键盘来设定，同时在水到达警戒线以下时能发出报警信号。
2方案设计2.1 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所示。
图1 系统基本框图2.2 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。
2.3 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。
毕业设计(论文)-基于单片机的智能化液体点滴速度监测与控制装置设计模板
摘要目前大小医院中所使用的静脉输液器都是悬挂一定高度才能输液，输液速度难以准确限制，这对特护病人和对输液速度有较严格的病人是不方便的。
目前的输液监控报警器笨重、体积大、价格太高，增加医院和病人的费用。
所以如果有液体点滴速度监控装置，必将深受医务人员和病人的欢迎。
因为它有许多的优点，如：可以用按键准确控制速度，可以报警，设备结构简单，费用低等。
所以对液体点滴速度监控的研究十分有意义。
利用单片机设计并制作一个智能化的液体点滴速度监测与控制装置。
该装置由水滴速度测试系统、水速控制系统、显示装置、单片机系统、键盘和报警等系统组成。
应用水的压强随着高度差的变化而变化的原理，利用控制步进电动机的升降来控制点滴速度。
点滴速度可用键盘来设定，设定范围为20~150(滴/分)，控制误差范围在10% 1滴左右。
从改变设定值起到点滴速度基本稳定整个过程的调整时间小于3分钟。
同时在水到达警戒线以下时能发出报警信号。
该系统是以单片机89C52为核心，采用了步进电机控制装置、红外光电传感滴速检测装置和通过单片机扫描测量、采用PID控制算法控制直流电机传动装置来实现一个点滴速度自动控制系统。
还扩充了掉点数据存储，实施远距离两线制多机通信、语音报警、系统开机自检、回血报警等功能，增强了系统的实用性。
而且由于采用红外光电传感和电容传感配合单片机及可编程逻辑器件，速递测量和控制精度高。
整体结构设计合理，运行稳定。
主机从机间采用自动检测多路访问协议，很好的解决了多机共用一根通讯线的比特流碰撞问题。
关键字：点滴速度，红外传感，步进电动机，52单片机目录1 单片机89C52概述 (1)1.1 AT89C52单片机 (1)1.1.1 89C52输入/输出引脚简介 (1)1.1.2 89C52的存储器配置 (3)1.1.3 电可擦除可编程只读存储器（E2PROM） (3)2 方案 (4)2.1 方案比较，设计与论证 (4)2.1.1控制方案比较 (4)2.1.2 液滴检测方案比较 (4)2.1.3 点滴速度控制方案 (5)2.1.4 储液液面检测方案 (7)2.1.5 通信方案比较 (7)2.1.6 主从机网络通讯构建方案 (8)3 理论分析 (9)3.1 PID控制算法 (9)4 系统设计 (10)4.1 主站部分 (10)4.1.1 主站键盘和显示部分 (10)4.1.2 电源设计 (12)4.1.3 主站软件流程 (12)4.2 从站部分 (13)4.2.1 点滴检测 (13)4.2.2 点滴速度控制模块 (14)4.2.3 步进电机的驱动 (15)4.2.4 警戒检测 (15)4.2.5 传感及测量电路 (16)4.2.6 数字滤波 (18)4.2.7 掉电数据存储 (18)4.2.8 从站软件流程 (18)4.3 通信部分 (19)4.3.1 主从机网络通讯方案 (20)4.3.2 通信方案的选择和硬件结构 (20)4.3.3 通信报文协议 (21)5 调试 (22)5.1 硬件调试 (22)5.2 软件调试 (22)5.3 软硬综合调试 (22)6 总结 (23)感谢 (24)附录一：参考文献 (25)附录二：程序清单 (26)1 单片机89C52概述本设计主要针对AT89C52单片机芯片来设计的。
液体点滴速度监控系统设计
液体点滴速度监控系统设计摘要：本设计研制了一种液体点滴速度监控系统。
该系统以单片机为核心,可以实现自动检测并显示液体点滴的速度、用键盘设定点滴速度和对异常情况进行声光报警等功能。
采用红外光电传感器检测液位信号，通过硬件滤波和保护装置消除杂散光干扰。
并能通过上位机与下位机之间的串行通信，实现对多台下位机进行远程监控与管理。
该系统工作稳定、操作简便，能有效的解决目前简易液体点滴装置和输液泵之间的空缺，在医疗卫生领域中具有广泛的应用前景。
关键词：点滴速度，单片机，串行通信，步进电机Abstract：The monitoring system for the transfusion was developed with microcontroller unit used as a core. The system realizes auto detection and display of the drip velocity. The drip velocity can be set by keyboard and the abnormal event alarm has achieved. The signal of the liquid level was detected by the infrared photoelectric sensor, and the interference of abnormal light was eliminated by the hardware filter and the protect device. In addition, the remote monitoring and managing of several lower computers was achieved by serial communication. The system is stable in performance and simple in operation. The system has bright application future in medical treatment field.Keywords：Dropping speed, Microcontroller unit, Serial communication, Stepping motor目录1前言 (1)1.1 设计背景 (1)1.2 设计目标 (1)1.3 技术路线 (1)1.4 实施计划 (2)1.5 必备条件 (2)2总体方案设计 (3)2.1 方案比较 (4)2.1.1 滴速检测方案 (4)2.1.2 液位检测方案 (4)2.1.3 滴速控制方案 (4)2.1.4 电机选择方案 (5)2.1.5 点滴速度计算方案 (5)3单元模块设计 (7)3.1 各单元模块功能介绍及电路设计 (7)3.1.1 滴速检测模块设计 (7)3.1.2 液位检测模块设计 (7)3.1.3 电机驱动模块设计 (8)3.1.4 声光报警模块设计 (10)3.1.5 键盘模块设计 (10)3.1.6 显示模块设计 (11)3.1.7 通信模块设计 (12)3.1.8 中央控制模块设计 (13)3.1.9 电源模块设计 (14)3.2 电路参数的计算及元器件的选择 (14)3.2.1 时钟电路 (15)3.2.2 复位电路 (15)3.3 功能器件的介绍 (15)3.3.1 AT89C51介绍 (16)3.3.2 8255A介绍 (18)4软件设计 (24)4.1 软件设计所用工具 (24)4.2 软件结构图 (24)4.3 软件流程框图 (25)4.3.1 上位机软件流程框图 (25)4.3.2 下位机软件流程框图 (26)4.3.3 上、下位机通信软件流程框图 (28)5系统调试 (31)6系统功能、指标参数 (38)6.1 系统能实现的功能 (38)6.2 系统指标参数测试 (38)6.2.1 点滴速度测试 (38)6.2.2 报警功能测试 (39)6.3 系统功能及指标参数分析 (39)7结论 (40)8总结与体会 (42)9谢辞 (43)10参考文献 (44)附1 系统的原理电路图 (45)附2 外文文献翻译-译文 (46)附3 外文文献翻译-原文 (56)1前言随着医院管理系统趋向于电子化、网络化，利用单片机与现代控制技术提高医疗器械的自动化程度成为目前主要应用方向之一。
基于单片机的液体点滴速度监控装置设计
（ 三 ）Ｒ Ｓ 一 ４ ８ ５接 口 电路
Ｒ Ｓ 一 ４ ８ ５ 最小 型由两条信号 电路线组成 。每条连接 电路有接大地参 考点 ，这 电缆能支持 ３ ２个发送， 接收器对 。为了避免地 面路 电流 ，每个 设备都要接地 。这电缆包括连至每个设备 电缆地 的第三信号参考线 。
方案一 ：采用直流电动机 。直流电动机具有 良好的起 、制动性能 ，
易于在广泛范围 内平滑调速 ， 并且直流 电动机 的主磁通 ｌ ｉ 电枢 电流相互
独立 ，可以分别对它们进行控制 ，容易得到满意的动 、静态性能 。但其 不能定位 ，就是采用变速齿轮箱锁定 ， 定 位也不会精确 ，而且转子发热 多 ，电 机 效 率 低 。 方案 二： 采用步进 电动机 。 步进 电动机可 以用数字信号直接进行开 环控制 ，易于起动 、停止 、 反转及变速 ，响应性也好。 （ 四 ）显 示 界 面 模 块 这是决定系统使用是否方便的关键。 方案一 ：采用 Ｌ Ｅ Ｄ显示 。显然这 只能显示非常有 限的符号和数码 对于本设计功能是不相适应的 。 案 二：采用点阵式 Ｌ Ｃ Ｄ显示 。这 是最为 复杂 的实现 ，需要完成 人揖的显示工作 ， 但其功 能也是最 强大 的。 采用点阵式 Ｌ Ｃ Ｄ， 配合 Ｆ ｌ ａ ｓ ｈ Ｒ ＯＭ 中的汉 字库 ，可以实现汉 字 显示 ，并将 点滴速度 显示 明确 ，使 用 户 自定义非常办便 。 权衡之后 ， 我们决定选厢 方案二 ， 它实现了用户设 定的实时显示 和 全 中文界 面，使界面非常之亲切 ，增强 了 人机交互性 。 （ 五 ）系统 方案 框 图 ￡站 、从站控制系统均采用单 片机 ８ ＿ ９ Ｃ ５ ２为核心，系统框图如图 １ 。 …于单片机 、＿ 乜 动机 、 滴液传感器形成 了 闭环系统，反馈环节不断的进行 补偿， 系统可以达到很高的精度。考虑到从站功能全部一致 ， 只画ｍ一路。 ｌ Ｌ ’ ｉ ＿ － Ⅲ １ ｒ ｉ Ⅷ ＿ ］ｉ ｉ ； ｌ 竺 Ｈ Ｈ Ｉ ｒ ］
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基于arduino液滴测速系统设计
产品概述：
液滴测速系统采用DC5V电压工作，当感应区没有液体，蜂鸣器报警，感应区有液体，蜂鸣器不报警。
1602液晶显示模块，显示每10秒的液滴数，并且可设置一个每10秒的液滴数进行对照，是一个制作简单、成本低廉的简易液滴测速系统，适用于工厂、医院重症监护室输液、等场所。
产品功能：
1）开机硬件初始化时，1602液晶显示模块显示设定好的界面。
2）当感应区没有液体，蜂鸣器报警，显示模块上面YW栏显示N。
3）当感应区有液体，蜂鸣器不报警，显示模块上面YW栏显示Y，并且滴落一滴液滴，显示模块上面显示加一。
4）通过两个按钮设定每10秒液滴数。
物料清单：
1）icstation UNO R3（Item ID2321 含下载线一根） 1套
2）面包板(Item ID:1450) 1个
4）红外线发射管(Item ID:569) 2个
5)VS1838B红外接收管(Item ID:668) 2个
6）有源蜂鸣器模块(Item ID:2512) 1个
7）面包线(Item ID:1437) 39根
8）开关(Item ID:949) 3个
9）1K电阻(Item ID:744) 7个
10）+5V直流电源1个
11）1602液晶显示模块(Item ID:1419) 1个
具体物料实物图如图1所示。
图1 所需物料实物图相关模块资料：
1602液晶显示模块（Item ID:1419）:
有源蜂鸣器模块(Item ID:2512):
硬件原理图：
具体硬件原理图设计如图2所示。
图2 硬件设计原理图
图3 接线图
硬件制作图文教程：
1）从ICSTATION UNO R3开发板中将+5V电源和GND引出到面包板上，其中，
红色面包线用作电源线，黑色面包线用作地线，如图4所示。
(a)引出电源以及地线
Lead to the power supply line and GND
图4 从Arduino板中引出电源线与地线
2）将1602液晶显示模块插在面包板上，如图5所示。
（a）在面包板上面安放1602液晶显示模块
图5 插装显示模块图
3）按照原理图将1602液晶显示模块与ICSTATION UNO R3开发板接线，如图
6所示。
（a）1602液晶显示模块与ICSTATION UNO R3开发
板接线
图3 接线图
4）放置蜂鸣器，如图7所示。
图7 放置蜂鸣器
5）将蜂鸣器的1脚接正极，3脚接负极，2脚接ICSTATION UNO R3开发板的6
脚，如图8所示。
（a）元器件连线
图8 插接模块到面包板
6)放置红外接收管，如图9所示
（a）放置红外接收管
图9 插接红外接收管模块
7）将红外接收管的1脚接上220K限流电阻再接ICSTATION UNO R3开发板的A3脚，2脚接负极，3脚接ICSTATION UNO R3开发板的A2脚，如图10所示。
图10 接线图
8)放置红外发射管，如图11所示
（a）放置红外发射管
图11 插接红外发射管模块
9）将红外发射管正极接电阻再接正极，负极接GND，如图12所示。
（a）元器件连线
图12 红外发射管接线
10）放置开关跟1k限流电阻，如图13所示。
图13 放置开关跟电阻
11）讲四个开关1脚都接+5v，3脚都接GND，加开关2脚接A0,分减开关2脚
接A1，开关开关2脚接A4，如图14所示。
图14 开关接线
程序设计：
具体的源程参见液滴测速系统。
实验现象：
实验效果演示图。
如图15所示。
图15 效果演示图。