医院病床输液监控系统设计-最终版

医院病床输液监控系统（E题）

摘要

该设计是以单片机MEGA16为核心，以键盘，碰触开关及红外光电开关为输入系统，以液晶、声光报警电路及步进电机为输出系统的智能化输液控制及监控系统。键盘系统为独立式按键系统，红外光电开关的功能为检测点滴的滴下。步进电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。点滴速度可用键盘来设定，同时输液结束或发生异常情况能发出报警信号。以上面所述装置为一个从站，主站和从站之间采用自定义串口通信协议，建立了一个由主站控制128个从站的有线监控系统。

关键字：光电开关 MEGA16 步进电机串口通行

Abstract

The design is based on SCM MEGA16 core to keyboard, touch switches and infrared photoelectric switch for the input system to LCD, sound and light alarm circuit and the stepper motor output system of intelligent infusion for the control and monitoring system. Keyboard keys for the stand-alone systems, infrared photoelectric switch function for the detection of the drip . Stepper motor control with speed and input pulse power of a large change can be maintained when the advantages of high torque, so that you can freely control the bottle on a string of upper and lower slow shift to achieve intelligent control. Keyboard can be used to set the bit rate, while the end of infusion or abnormal conditions to an alarm signal. To the above mentioned device as a slave, between master and slave serial communication protocol with a custom set up a master control station of the cable 128 from the monitoring system. Keywords : Optical switch MEGA16 stepping motor USART

目录

一、系统方案 (1)

1.1 点滴速度的测量 (1)

1.2 点滴速度的控制 (1)

1.3 控制用电动机及驱动的选择与比较 (1)

1.4 系统总体方案 (2)

二、理论分析与设计 (2)

2.1 点滴速度检测电路原理分析 (2)

2.2 键盘控制及显示电路设计 (3)

2.3 越限报警电路 (4)

2.4 电机控制电路电路设计 (4)

2.5 主从机通信电路设计 (5)

三、电路与程序设计 (5)

3.1 整机详细电路图见附录1 (5)

3.2 工作流程 (5)

四、测试方案与测试结果 (7)

4.1 系统测试数据 (7)

4.2 主机从机功能测试 (7)

4.3 测试结果分析 (7)

五、总结： (7)

六、参考文献 (7)

附录1：整机详细电路图 (8)

附录2：主要控制程序 (9)

一、系统方案

1.1 点滴速度的测量

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：采用反射式红外光电传感器

在输液器的漏斗一端放置反射式红外传感器，当液滴下落时，利用其对红外线的反射能力，接收端检测到信号。但是由于水滴的表面不规则且较小，反射信号强弱，且不稳定反射式要求液滴下落时要和传感器保持精确的夹角，当输液器上下移动时会产生晃动，从而产生较强的干扰。

方案三：采用槽式红外光电开关

采用槽式红外对射式光电开关，集成度高，体积小，功能齐全，电线引出式，电源内藏式具备继电器大功率输出，具备交直流通用型，电压范围宽，抗震性能好，液滴检测非常稳定，对于对精度要求较高的医疗器械来讲，非常合适此方案成本低，经过实验可发现槽式式红外光电开关能比较灵敏地测出水滴。利用测量相邻点滴下落的时间间隔即可确定点滴速度。

综合考虑选用方案三槽式红外光电开关。

1.2 点滴速度的控制

由题目可知，控制液滴下落速度主要有两种方法：

方案一:通过步进电机和滑轮系统控制储液瓶的高度，来达到控制液滴流速的目的；

方案二:通过控制滴速夹的松紧程度来控制液滴流速。第一项方案实现较为简便，通过步进电机可方便地实现对储液瓶高度的调节，从而达到控制液滴流速的目的。第二项方案控制滴速夹移动的距离很小，但是滴速夹的松紧调节过程中，移动距离，移动阻力等参数难于计算，用机电系统实现起来较为困难。

经过综合比较，我们决定选择第一项的方案。

1.3 控制用电动机及驱动的选择与比较

方案一：采用直流电机

由于直流电机上电即转动，掉电后惯性较大，停机时还会转动一定角度后才可停下来。转矩小、无抱死功能，如果要求准确停在一个位置，其闭环算法较复杂。

方案二：采用步进电机

步进电机是一种用电脉冲进行控制，将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机。步进电机每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比。用单片机控制步进电机，控制信号为数字信号，不再需要数／模转换，具有快速启／