1、武昌理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目：基于單片機(jī)的醫(yī)用點(diǎn)滴速度監(jiān)控系統(tǒng)學(xué)院： 信息工程學(xué)院專業(yè)： 自動(dòng)化學(xué)號(hào)： 20084224080學(xué)生姓名： 陳鑫浩 指導(dǎo)教師： 唐穗欣二一 一 年 十一 月 一日基于單片機(jī)的醫(yī)用點(diǎn)滴速度監(jiān)控系統(tǒng)陳鑫浩摘要本系統(tǒng)是以at89c51單片機(jī)為核心，對(duì)醫(yī)療注射進(jìn)行有效監(jiān)控的一種智能型設(shè)備。采用紅外線傳感器對(duì)液滴速度和液面進(jìn)行檢測；利用單片機(jī)之間的通信功能，采用rs-485通信方式進(jìn)行多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信，設(shè)計(jì)一個(gè)主站控制多個(gè)從站的有線監(jiān)控系統(tǒng)。主站主要用來控制各個(gè)從站并且能對(duì)從站的反饋信息進(jìn)行報(bào)警顯示；從站主要是檢測點(diǎn)滴速度和控制點(diǎn)滴速度，同時(shí)檢測液面是否到達(dá)警戒線，

2、并且能對(duì)異?，F(xiàn)象進(jìn)行報(bào)警，這里還采用了8279鍵盤顯示電路用來設(shè)定和顯示滴速，采用步進(jìn)電機(jī)來調(diào)節(jié)點(diǎn)滴速度。利用單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)智能化的液體點(diǎn)滴速度監(jiān)測與控制系統(tǒng)。 該系統(tǒng)由水滴速度測試系統(tǒng)、 水速控制系統(tǒng)、顯示裝置、單片機(jī)系統(tǒng)、鍵盤和報(bào)警等系統(tǒng)組成。應(yīng)用水的壓強(qiáng)隨著高度差的變化而變化的原理，利用控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的升降來控制點(diǎn)滴速度。點(diǎn)滴速度可用鍵盤來設(shè)定，同時(shí)在水到達(dá)警戒線 (2cm 一 3cm ) 以下時(shí)能發(fā)出報(bào)警信號(hào)。關(guān)鍵詞：單片機(jī)液體點(diǎn)滴;-485通信;紅外傳感器equipment of liquid droplet monitor controlled by microcontroller

3、chen xin haoabstractthe system is automatic equipment basing on microcontroller at89c51 to control the medical injecting efficiently. adopting infrared sensor to check and measure the speed of liquid droplet and the high of the liquids surface in the droplet bottle. using communication among microco

4、ntroller, i adopt rs-485 as the way of communication to march the communication of sites to sites to design an automatic system of a major site controlling sixteen subordinate sites. the major site mainly controls the sixteen subordinate ones and gives alarm and shows the information that subordinat

5、e sites feedback. the subordinate sites mainly check the speed of liquid droplet and control the speed and also control whether the liquid surface achieves the cordon, moreover, can give alarm if there abnormal phenomenon. i adopt the keyboard indicators circuit of 8279 chip to set and show the spee

6、d of droplet. i also use pm electrical machinery to regulate the speed of droplet.the system uses the mcu to design a monitoring and controlling apparatus of liquid drop speed. the apparatus consists of liquid drop speed testing system, liquid drop speed controlling system, led display system, mcu s

7、ystem, the keyboard and alarming system. and it uses the principle of the waters press transforms when the height of the water transforms, and then to control the working status of the stepping engine. the liquid dropping speed can be set by the keyboard. when the height of water level is decreased

8、to the al arming value (23 cm), it gives the alarm signal at the same time.key words: microcontroller of liquid droplet; rs-485 communication system;nfrared sensor目 錄前言1第1章 緒論21.1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)概述21.2 群控系統(tǒng)概述2第2章 總體方案的設(shè)計(jì)52.1 技術(shù)要求52.2 系統(tǒng)總體模塊圖52.3 從機(jī)各模塊圖的設(shè)計(jì)52.3.1 單片機(jī)的選擇52.3.2 點(diǎn)滴速度測量52.3.3 液面檢測和報(bào)警62.3.4 液體點(diǎn)滴速度

9、的控制62.3.5 控制電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)72.3.6 設(shè)定滴速與鍵盤顯示72.4 主從機(jī)通信模塊圖設(shè)計(jì)8第3章 硬件設(shè)計(jì)93.1 從站各模塊的硬件設(shè)計(jì)93.1.1 滴速檢測93.1.2 液面檢測和報(bào)警103.1.3 點(diǎn)滴速度控制103.1.4 鍵盤顯示113.1.5 聲光報(bào)警電路143.2 主從站通信電路的實(shí)現(xiàn)14第4章 軟件設(shè)計(jì)164.1從站程序設(shè)計(jì)164.1.1 從機(jī)模塊圖164.1.2 從機(jī)主程序流程圖164.1.3 滴速測量程序194.1.4 滴速控制程序214.1.5 鍵盤控制程序214.2通信程序設(shè)計(jì)23第5章 實(shí)際測試305.1 測試設(shè)備305.2 測試結(jié)果30結(jié)論32致謝33參考文

10、獻(xiàn)34附錄35附錄a 從站電路圖 35附錄b 主站電路圖 36附錄c 程序清單 37前 言目前醫(yī)院使用的點(diǎn)滴輸液裝置是將液體容器掛在一定的高度上，利用勢(shì)差將液體輸入到病人體內(nèi)，通過軟管夾對(duì)膠管口徑的壓緊和放松來控制滴速。這就需要根據(jù)所輸藥劑的特性對(duì)滴速進(jìn)行嚴(yán)格控制，但這對(duì)于一般病人來說難以自助，所以就需要一種自動(dòng)的可以定時(shí)檢測的智能型液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置。單片機(jī)液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置就是單片機(jī)在液體點(diǎn)滴速度控制上應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例，此系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)出一個(gè)液體點(diǎn)滴速度監(jiān)測與控制裝置，能檢測點(diǎn)滴速度，控制點(diǎn)滴速度，并能發(fā)出報(bào)警信號(hào)。系統(tǒng)采用主站控制從站的有線監(jiān)控系統(tǒng)方式實(shí)現(xiàn)醫(yī)療輸液過程的群控

11、。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是完成群控系統(tǒng)控制裝置的軟、硬件設(shè)計(jì)及調(diào)試。包括：1、單片機(jī)的選擇；2、總體方案的確定；3、各模塊電路的設(shè)計(jì)；4、軟件設(shè)計(jì)；5、各模塊調(diào)試；6、編寫設(shè)計(jì)說明書等。在液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置中，廣泛應(yīng)用8051兼容單片機(jī)系統(tǒng)控制，以期實(shí)現(xiàn)價(jià)格低廉、應(yīng)用靈活的特點(diǎn)。檢測液體點(diǎn)滴速度可用光電耦合傳感器或者紅外線傳感器。液面檢測可用紅外線傳感器或電容式傳感器均可達(dá)到課題的要求。鍵盤顯示部分采用普通的按鍵鍵盤和七段led數(shù)碼顯示管，也有采用簡單液晶顯示器。驅(qū)動(dòng)部分大多數(shù)進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，也有少數(shù)采用交流異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，如果采用步進(jìn)電機(jī)在控制部分加一控制電路部分或程序，使其能夠在停止運(yùn)行時(shí)自動(dòng)閉

12、鎖或者在機(jī)械部分采用渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)，防止電機(jī)因點(diǎn)滴瓶的重力拽下來。通訊方式可以采用rs232或rs485的方式。報(bào)警器一般采用蜂鳴器或者報(bào)警燈或者兩者兼有之。本文共分五章。第一章為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)及群控系統(tǒng)的有關(guān)內(nèi)容；第二章是對(duì)總體方案的確定；第三章是對(duì)具體的每個(gè)模塊的硬件設(shè)計(jì)；第四章是對(duì)每個(gè)硬件模塊的軟件設(shè)計(jì)；第五章是實(shí)際測量部分。最后附有結(jié)束語、致謝、參考文獻(xiàn)及附錄。 第1章 緒論1.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)概述一塊單片機(jī)芯片就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)。由于單片機(jī)的這種特殊結(jié)構(gòu)形式，在某些應(yīng)用領(lǐng)域中，它承擔(dān)了大中型計(jì)算機(jī)和通用的微型計(jì)算機(jī)無法完成的一些工作。使起具有很多顯著的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，因此在各個(gè)領(lǐng)域中都得到的迅

13、猛的發(fā)展。單片機(jī)的特點(diǎn)可歸納為以下幾個(gè)方面：（1）性能價(jià)格比高；（2）控制功能強(qiáng)；（3）低電壓、低功耗；（4）集成度及可靠性高。單片機(jī)通常由cpu、存儲(chǔ)器（包括ram和rom）、i/o接口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷控制功能等均集成在一塊芯片上，片內(nèi)各功能部件通過內(nèi)部總線相互連接起來。ramrom時(shí)鐘osccpu定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷各種i/o圖1.1 單片機(jī)典型結(jié)構(gòu)框圖1.2 群控系統(tǒng)概述隨著多微機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用和微機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，通信功能越來越顯得重要。這里所說的通信是指計(jì)算機(jī)與外界的信息交換。因此，通信既包括計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間，也包括計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)的信息交換。串行通信是在一根傳輸線上一位一位的傳送信息，這

14、根線既作數(shù)據(jù)線又作為聯(lián)絡(luò)線。串行接口所直接面向的并不是某個(gè)具體的通信設(shè)備，而是一種串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn)。串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過使用和發(fā)展，目前以有幾種，如：rs-232，rs-485，rs-422a等。rs-232接口標(biāo)準(zhǔn)適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在02000b/s范圍內(nèi)的通信。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)串行通信接口的有關(guān)問題，如信號(hào)線功能、電氣特性都作了明確的規(guī)定。由于通信設(shè)備廠商都生產(chǎn)與rs-232制式兼容的通信設(shè)備，因此，它作為一種標(biāo)準(zhǔn)，目前已在微機(jī)串行通信接口中廣泛采用。遠(yuǎn)距離與近距離通信時(shí)，所使用的信號(hào)線是不同的。所謂近距離是指傳輸距離小于15米的通信。在15米以上的遠(yuǎn)距離通信時(shí)，一般要加調(diào)制解調(diào)器modem。

15、故所使用的信號(hào)線較多。此時(shí)，若在通信雙方的modem之間采用專用電話線進(jìn)行通信，則只要使用28號(hào)信號(hào)線進(jìn)行聯(lián)絡(luò)與控制，如圖1.1所示。若在雙方modem之間采用普通電話交換線進(jìn)行通信，則還要增加ri（22號(hào)線）和dtr（20號(hào)線）兩個(gè)信號(hào)線進(jìn)行聯(lián)絡(luò)。調(diào)制解調(diào)器2 接8 口ctsrtsrxdtxd調(diào)制解調(diào)器ctsrtsrxdtxd接 2口 8計(jì)算機(jī)dsrdsr專用電話線sgdcdsgsg dcdsgdcd 圖1.1 采用modem時(shí)rs-232信號(hào)線的使用近距離通信時(shí)，不采用調(diào)制解調(diào)器modem，通信方式可以直接連接，這種情況下，只需使用少數(shù)幾根信號(hào)線。最簡單的情況，在通信中根本不要rs-232

16、的控制聯(lián)絡(luò)信號(hào)，只需使用3根線（發(fā)送線txd、接受線rxd、信號(hào)地線sg）便可實(shí)現(xiàn)全雙工異步串行通信。rs-422a接口標(biāo)準(zhǔn)是一種平衡方式傳輸。所謂平衡方式，是指雙端發(fā)送和雙端接收，所以傳送信號(hào)要用兩條線aa和bb，發(fā)送端和接收端分別采用平衡發(fā)送器和差動(dòng)接收器，如下圖1.2所示。平衡發(fā)送器 差動(dòng)接收器 a rs-422電平 a mc3487 mc3486 b b 圖1.2 rs-422標(biāo)準(zhǔn)傳輸線連接這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的電氣特性對(duì)邏輯電平的定義是根據(jù)兩條傳輸線之間的電位差值來決定，當(dāng)aa線的電平比bb線的電平高于200mv時(shí)表示邏輯“1”；當(dāng)aa線的電平比bb線的電平低于200mv時(shí)表示邏輯“0”。很明顯

17、，這種方式和rs-232采用單端接收器和單端發(fā)送器，只用一條信號(hào)線傳送信息，并且根據(jù)該信號(hào)線上電平相對(duì)于公共的信號(hào)地電平的大小來決定邏輯“1”和“0”是不相同的。rs-232接口標(biāo)準(zhǔn)的電路由發(fā)送器、平衡連接電纜、電纜終端負(fù)載和接收器組成。它通過平衡發(fā)送器把邏輯電平變換成電位差，完成始端的信息傳送；通過差動(dòng)接收器，把電位差變成邏輯電平，實(shí)現(xiàn)終端的信息接受。rs-422標(biāo)準(zhǔn)由于用了雙線傳輸，大大增強(qiáng)了抗共模干擾的能力。因此最大傳輸速率可達(dá)10mb/s（傳送15米時(shí)）。若傳輸速率降到90kb/s時(shí)，最大距離可達(dá)1200米。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電路中只許有1個(gè)發(fā)送器，可有多個(gè)接收器該標(biāo)準(zhǔn)允許驅(qū)動(dòng)器輸出為2-6v

18、，接收器輸入電平可以低到200mv。rs-485和rs-422標(biāo)準(zhǔn)一樣，也是一種平衡傳輸方式的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，它和rs-422兼容，并且擴(kuò)展了rs-422的功能。兩者主要差別是，rs-422標(biāo)準(zhǔn)只許電路中有一個(gè)發(fā)送器而rs-485標(biāo)準(zhǔn)允許在電路中可有多個(gè)發(fā)送器，因此，它是一種多發(fā)送器的標(biāo)準(zhǔn)。所以它可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信。本課題屬于一種群控系統(tǒng)，群控系統(tǒng)的概念出現(xiàn)在很多領(lǐng)域中，如電梯群控、溫度控制的群控等，群控顧名思義就是一種群體控制，這個(gè)群體就是要通過一定的總線連接，選取一定的總線通訊芯片，再加上一定的軟件算法來達(dá)到有計(jì)劃有規(guī)律的群體控制。題目要求設(shè)計(jì)并制作一個(gè)由主站控制16個(gè)從站的有線監(jiān)控系

19、統(tǒng)，這就要求主站與16個(gè)從站之間要采用某種方式，從而實(shí)現(xiàn)主站對(duì)16個(gè)從站的群控，而群控的具體做法就是對(duì)通訊方式的選擇以及具體的軟件編程，這里我們通訊方式采用抗干擾能力較強(qiáng)的rs-485通信協(xié)議。它在很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，它可以多點(diǎn)之間或者使用公用線通信，它傳輸距離遠(yuǎn)、速度快。由于可以多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信，故能實(shí)現(xiàn)題目要求的主站對(duì)多個(gè)從站的群控，從而滿足題目的要求。第2章 總體方案的設(shè)計(jì)2.1 技術(shù)要求對(duì)本課題設(shè)計(jì)中，利用單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)智能化的醫(yī)用點(diǎn)滴速度監(jiān)控和控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由液滴速度測試系統(tǒng)、液滴控制系統(tǒng)、顯示裝置、單片機(jī)系統(tǒng)、鍵盤和報(bào)警等系統(tǒng)組成。另外可實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信，即一個(gè)主機(jī)站控制多個(gè)從機(jī)

20、站和主、從機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。應(yīng)用水的壓強(qiáng)隨著高度差的變化而變化的原理，利用步進(jìn)電機(jī)的升降來改變高度差來控制液滴的速度。點(diǎn)滴的速度可以由鍵盤來設(shè)定，同時(shí)當(dāng)瓶內(nèi)的水位低于警戒線（2cm3cm）以下時(shí)系統(tǒng)能自動(dòng)報(bào)警。2.2系統(tǒng)總體模塊圖 根據(jù)題目的要求，我們可將液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置的主要功能歸納為以下幾個(gè)方面：滴速檢測與控制，液面檢測與報(bào)警以及主從機(jī)的通信等，具體模塊如圖2.1所示：主 機(jī)從機(jī)1 鍵盤顯示控制滴速滴速檢測與報(bào)警從機(jī)16液面檢測與報(bào)警圖2.1 總體模2.3 從機(jī)各模塊圖的設(shè)計(jì)2.3.1 單片機(jī)的選擇本系統(tǒng)主從兩站均采用at89c51單片機(jī)進(jìn)行控制，此單片機(jī)特點(diǎn)是性價(jià)比高。2.3.2 點(diǎn)

21、滴速度測量對(duì)點(diǎn)滴速度的檢測大致原理是記錄在一段時(shí)間內(nèi)滴下的野地?cái)?shù)量，用單片機(jī)定時(shí)器計(jì)時(shí)，這樣關(guān)鍵是要對(duì)落下的野地準(zhǔn)確計(jì)數(shù)。采用紅外發(fā)射-接收管作為傳感器來檢測點(diǎn)滴。采用斷續(xù)式工作方式，在點(diǎn)滴落下時(shí)阻擋了接收管接收紅外線，產(chǎn)生高電平的脈沖信號(hào)。由于紅外對(duì)管的發(fā)射口直徑較小，單光束發(fā)射，液體相對(duì)紅外裝置正交落下時(shí)，產(chǎn)生的信號(hào)很強(qiáng)，很容易檢測處理。考慮到環(huán)境光干擾主要是直流分量，如果采用帶有交流分量的調(diào)制信號(hào)，則可以大幅度減少外界干擾。同時(shí)，紅外傳感器有很多優(yōu)點(diǎn)：尺寸小，質(zhì)量輕，安裝在滴斗上較簡單，對(duì)輔助電路要求少，在近距離可以直接用直流發(fā)射，電路簡單，性能穩(wěn)定。這個(gè)方案有效簡單，容易實(shí)現(xiàn)。采用脈沖

22、調(diào)制的紅外對(duì)管發(fā)射接收來檢測滴速。2.3.3 液面檢測和報(bào)警題目要求當(dāng)瓶內(nèi)液面降到23cm時(shí)，能發(fā)出報(bào)警信號(hào)。這里關(guān)鍵是如何檢測到液面高度，而發(fā)出報(bào)警信號(hào)則較容易實(shí)現(xiàn)。采用全反射式紅外線傳感器檢測。紅外線從液體射到空氣的界面時(shí)，如果入射角大于臨界角會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象，利用這一原理，通過一組在同一直線上的紅外發(fā)射接收管，在保持紅外發(fā)射管發(fā)射光光強(qiáng)不變和紅外發(fā)射接收管相對(duì)角度大于100度并保持相對(duì)位置不變的情況下，檢測紅外接收管接收紅外線強(qiáng)度，如圖2.4示： 圖1 圖2圖2.4 全反射式紅外傳感器檢測示意圖當(dāng)液面高度高于設(shè)定高度時(shí)，大部分全反射光線不能到達(dá)紅外接收管，接收管接收到的紅外線強(qiáng)度較小如（

23、圖1）；當(dāng)液面高度到達(dá)設(shè)定高度時(shí)，大部分全反射光線可到達(dá)紅外接收管，接收管接收到的紅外線強(qiáng)度較大，如（圖2）所示。通過轉(zhuǎn)換電路將紅外線接收光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，用比較器與門限電平比較，則可實(shí)現(xiàn)液面控制報(bào)警。2.3.4 液體點(diǎn)滴速度的控制通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制儲(chǔ)液瓶升高或降低（改變h2）,來調(diào)節(jié)點(diǎn)滴的滴速，通過改變出口與儲(chǔ)液瓶處的壓強(qiáng)。這種方法簡單易實(shí)現(xiàn)。2.3.5 控制電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)用步進(jìn)電機(jī)牽引儲(chǔ)液瓶，保證儲(chǔ)液瓶和滴斗之間的相對(duì)距離不變，設(shè)定最初的高度，檢測當(dāng)前滴速，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，即高度與滴速之間的關(guān)系控制電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，達(dá)到合適的高度。由于步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)很容易控制，測出轉(zhuǎn)軸直徑就可以知道瓶子經(jīng)過的距離，

24、多次調(diào)節(jié)即可達(dá)到設(shè)定的滴速。2.3.6 設(shè)定滴速與鍵盤顯示在這里，鍵盤顯示用8279可編程的接口芯片。設(shè)定點(diǎn)滴速度用44鍵盤，用于主站設(shè)定要查詢的從站數(shù)量、從站號(hào)和滴速；用于從站設(shè)定點(diǎn)滴速度和從站號(hào)。顯示部分用led數(shù)碼管，用于主站顯示從站號(hào)和該從站的點(diǎn)滴速度；用于從站顯示該從站的從站號(hào)和點(diǎn)滴速度。主站鍵盤布局如下圖： 圖2.5 主站鍵盤布局?jǐn)?shù)碼管顯示： 8_led_dpy1234567abcdefg8dp1234567l0l1l2l3l4l5l68l7圖2.6 數(shù)碼管顯示說明：4*4鍵盤中，數(shù)字鍵用于設(shè)定從站號(hào)、點(diǎn)滴速度、從站數(shù)量，設(shè)定時(shí)采用分頻顯示。按下設(shè)定鍵，便可以開始設(shè)置，用最左邊的兩

25、個(gè)數(shù)碼管顯示16個(gè)從站號(hào)（顯示范圍：015），中間的三個(gè)數(shù)碼管顯示設(shè)定點(diǎn)滴速度，右邊的三個(gè)數(shù)碼管顯示測量點(diǎn)滴速度（顯示范圍：20150，十進(jìn)制），設(shè)置完成后按確認(rèn)鍵；按定點(diǎn)檢測開始對(duì)設(shè)定的從站進(jìn)行定點(diǎn)檢測；按巡回檢測鍵，將循環(huán)檢測設(shè)定的各個(gè)從站的點(diǎn)滴速度，同時(shí)顯示從站號(hào)；取消鍵用于取消輸入及解除報(bào)警；統(tǒng)計(jì)鍵用于檢測所設(shè)定的從站數(shù)。從站鍵盤布局如下圖： 7 8 9 set 4 5 6 speed set 1 2 3 enter 0 修改鍵 cancel 圖2.7 從站鍵盤布局按鍵功能說明：1） 09為數(shù)字鍵，該數(shù)字鍵表示從站號(hào)或者速度；2） speed set鍵的功能：設(shè)置點(diǎn)滴速度的功能鍵；3）

26、 enter鍵功能：確認(rèn)鍵。4） cancel鍵功能：刪除當(dāng)前所設(shè)置的數(shù)值。2.4主從機(jī)通信采用rs-485進(jìn)行通訊。rs-485串行通信協(xié)議采用平衡信號(hào)差電路傳輸高速信號(hào)，噪聲低，又可以多點(diǎn)之間或使用公用線通信，它比rs-232傳輸距離長、速度快，在傳輸距離為120 m時(shí)傳輸速率可達(dá)到1mbps；如果采用較低的傳輸速率，如9600bps，最大傳輸距離可達(dá)1200米，效果較好。至此，我們可設(shè)計(jì)出該系統(tǒng)的整體框圖如下圖：電動(dòng)機(jī)儲(chǔ)液瓶紅外傳感器報(bào)警從站報(bào)警滴斗鍵盤顯示紅外傳感器其他從站主站 rs-4853.1 從站各模塊的硬件設(shè)計(jì)3.1.1 滴速檢測利用紅外線在液體和空氣中對(duì)紅外線折射的不同，通過

27、一組在同一直線上的紅外發(fā)射接收管，在保持紅外發(fā)射管發(fā)射光光強(qiáng)不變的情況下，檢測紅外接收管接收紅外線的強(qiáng)度。當(dāng)液滴通過時(shí)，紅外接收管接收到紅外線光強(qiáng)應(yīng)大于當(dāng)無液滴通過時(shí)紅外接收管接收到的紅外線光強(qiáng)。通過脈沖整形電路得到具體液滴滴速檢測，電路圖如下：321u1alm324r4r1r2r3vccoutout圖3.2 脈沖整形電路 當(dāng)發(fā)射管和接收管之間有液滴通過時(shí)，接收管導(dǎo)通，vin輸出的脈沖信號(hào)加在運(yùn)算放大器lm324的反相輸入端，lm324的正相輸入端輸入門限電壓vg，將脈沖信號(hào)整形后，產(chǎn)生vout，為一串規(guī)則的方波脈沖，脈沖數(shù)與液滴滴速一一對(duì)應(yīng)，vin、vg和vout工作波形如下圖3.3所示。發(fā)

28、射管限流電阻r4去200歐，電流約為20ma，調(diào)節(jié)電位器w2可調(diào)整門限電壓，以抑制干擾。vinvoutvg圖3.3 整形后的脈沖波形3.1.2 液面檢測及報(bào)警紅外線從液體射到空氣的截面時(shí)如果入射角大于臨界角會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象，利用這一原理，通過一組在同一直線上的紅外發(fā)射接收管，在保持紅外發(fā)射管發(fā)射光光強(qiáng)不變和紅外發(fā)射接收管相對(duì)角度大于100度并保持相對(duì)位置不變的情況下，檢測紅外接收管接收紅外線的強(qiáng)度。如圖1所示，當(dāng)液面高度高于設(shè)定高度時(shí)，大部分全反射光線不能到達(dá)紅外接收管，接收管接收到的紅外線強(qiáng)度較?。蝗鐖D2所示，當(dāng)液面高度到達(dá)設(shè)定高度時(shí)，大部分全反射光線可到達(dá)紅外接收管，接收管接收到的紅外線強(qiáng)

29、度較大。在此裝置中，紅外接收管輸出的是電平信號(hào)而不是脈沖信號(hào)，可通過一運(yùn)算放大器lm324送單片機(jī)中斷處理，電路圖與滴速檢測的轉(zhuǎn)換電路類似。321u1alm324r4r1r2r3vccoutout圖3.4 電平放大電路這樣可以準(zhǔn)確檢測到液面下降到警戒線時(shí)的情況，由單片機(jī)志向中斷程序，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。3.1.3 點(diǎn)滴滴速控制電機(jī)控制采用四相五線永磁步進(jìn)電機(jī)，以四相八拍方式工作。單片機(jī)的p2口分別接電機(jī)的a、b、c和d相，步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路如下圖所示：123u1a75451456u1b75451r1d1bf1+12vp2.08910u1c75451111213u1d75451r2d2bf2+12vp

30、2.1123u2a75451456u2b75451r3d3bf3+12vp2.28910u2c75451111213u2d75451r4d4bf4+12vp2.3圖3.5 步進(jìn)電機(jī)工作方式按a ab b bc c cd d da次序通電為正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)儲(chǔ)液瓶升高；按d dc c cb b baaad次序通電為反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)儲(chǔ)液瓶下降。75451為oc門，單個(gè)oc門的吸收電流為500ma，每相采用一對(duì)oc門驅(qū)動(dòng)，吸收電流可達(dá)1a。當(dāng)控制a相的p2。0輸入低電平時(shí)，a相導(dǎo)通，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)到a相，依此類推，其他相工作原理與此相同；當(dāng)電路中兩相同時(shí)輸入低電平時(shí)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)到兩相之間。此方式工作需要換相8次，轉(zhuǎn)子

31、才轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距角，所以步進(jìn)電機(jī)的精度比較高，通過調(diào)整脈沖周期可控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速。圖中二極管和電阻構(gòu)成泄放電路，以保護(hù)oc門不會(huì)因步進(jìn)電機(jī)突然停止時(shí)在電路中產(chǎn)生過高電壓而損壞。在電機(jī)調(diào)速的過程中，如果設(shè)定的點(diǎn)滴速度過快，可能會(huì)使輸液瓶上升到支架頂部，則可能拉倒支架，造成危險(xiǎn)，因此，在支架的頂部也安裝一個(gè)紅外傳感器，當(dāng)輸液瓶上升到極限時(shí)，就發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通知單片機(jī)控制電機(jī)停轉(zhuǎn)。3.1.4 鍵盤顯示按照題目要求，主從兩站需分別設(shè)置鍵盤及顯示器，這里均采用4*4鍵盤和八位led顯示器。主站的鍵盤顯示主要用于定點(diǎn)檢測和巡回檢測，定點(diǎn)檢測就是在巡回檢測的過程中可隨意在主站的鍵盤上設(shè)定所要檢測的從站號(hào)和該從

32、站的點(diǎn)滴速度以及所要檢測的從站數(shù)量；顯示器主要顯示從站號(hào)和該從站的點(diǎn)滴速度。從站主要是通過鍵盤來設(shè)置本從站的點(diǎn)滴速度和從站號(hào)，顯示器主要用于顯示從站號(hào)和所測量的點(diǎn)滴速度。主要通過可編程鍵盤顯示器接口8259來驅(qū)動(dòng)。在鍵盤顯示工作方式中，sl0sl3輸出鍵盤列掃描和動(dòng)態(tài)顯示的位掃描信號(hào)。當(dāng)選擇內(nèi)部譯碼方式時(shí)，sl0sl3直接作鍵盤列（行）掃描線和顯示四位掃描線，sl0sl7輸入鍵盤行（列）線信號(hào)，顯示器字行碼有outa03、outb03輸出，此時(shí)，8279可接4位8段顯示器和4*8的鍵盤。 當(dāng)選擇外部譯碼方式時(shí)，鍵盤列（行）掃描線由sl0sl2通過3-8譯碼器譯碼提供（因輸入數(shù)據(jù)格式中只安排了3

33、位表示列 （行）號(hào)，故只取sl0sl2三位譯碼 ），rl0rl7輸入鍵盤行（列）線信號(hào)，故此時(shí)8279可接一個(gè)8*8的鍵盤。顯示位掃描線可由sl0sl3通過4-16譯碼器譯碼提供，顯示器字形碼由oouta03、outb03輸出。此時(shí)，8279可接16位顯示器，這是8279顯示器的最大配置。 cnntl、shift可接兩個(gè)單獨(dú)的開關(guān)鍵。shift作為上下檔控制鍵。當(dāng)shift線對(duì)地接一個(gè)按鍵時(shí)，可與8*8的鍵盤配合，使各鍵具有上下檔功能。這樣，鍵盤可擴(kuò)充到128鍵。cntl與其他鍵連用，作為特殊命令鍵。cntl線對(duì)地接一鍵作為控制鍵時(shí)，可將鍵盤擴(kuò)充到256鍵。cntl、shift線也可不用，不用

34、時(shí)可直接接地（因片內(nèi)集成有上拉電阻）。bd信號(hào)線可用來控制譯碼器，實(shí)現(xiàn)顯示器的消隱。8279的數(shù)據(jù)線、wr、rd信號(hào)線與8031單片機(jī)直接連接。cs、a0接8031地址線，時(shí)鐘信號(hào)clk可與ale直接連接，由8279設(shè)置適當(dāng)?shù)姆诸l系數(shù)，將其分頻至100khz。本設(shè)計(jì)用到4*4鍵盤和八位顯示器，具體電路圖如下：outa027outb031outa126outb130outa225outb229outa324outb328db012bd23db113db214sl032db315sl133db416sl234db517sl335db618db719rl038rl139irq4rl21rl32cs2

35、2rl45rd10rl56wr11rl67a021rl78clk3shift36reset9cntl/s37u582798279rdwra00123456789101112131415a1b2c3g2a4g2b5g16y77y69y510y411y312y213y114y015u?1388708bic8708bic+5vled0led1led2led3led4led5led6led7abcdefgdpgndc?20ufr?2kgnd+5v8_led_dpy1234567abcdefg8dp1234567l0l1l2l3l4l5l68l7圖3.6 8279鍵盤顯示器電路8279是一種可編程鍵盤顯

36、示器接口芯片，它主要由鍵盤輸入和顯示輸出以及相應(yīng)的寄存器和i/o口控制電路及數(shù)據(jù)緩沖器等組成。8279采用40引腳封裝，其中：（1）與cpu的引腳有：d0-d7雙向、三態(tài)數(shù)據(jù)總線；reset復(fù)位信號(hào)，輸入線，當(dāng)reset=1時(shí)，8279復(fù)位；rd/、wr/ 讀、寫選通信號(hào)，輸入線，低電平有效；cs/片選；ao：輸入線，區(qū)分信息特性，為1表示寫入命令或讀出8279狀態(tài)；為0時(shí)表示傳送的是數(shù)據(jù)；irq中斷請(qǐng)求輸出線，高電平有效；clk系統(tǒng)時(shí)鐘輸入線；（2）與鍵盤接口的引腳有：rl0-rl7回復(fù)輸入線；sl0-sl7用于鍵盤的行掃描輸出線；shift移位信號(hào)輸入線，高電平有效；cntl/stb控制/

37、選通輸入線，高電平有效；（3）與顯示器接口的引腳：outa0-outa3 a組顯示數(shù)據(jù)的段碼輸出線；outb0-outb3 b組顯示數(shù)據(jù)的段碼輸出線；bd/ 顯示器熄滅輸出線，低電平有效。圖中8708為驅(qū)動(dòng)器。3.1.5 聲光報(bào)警電路本設(shè)計(jì)采用聲報(bào)警與光報(bào)警相結(jié)合的報(bào)警電路，其中光報(bào)警電路接單片機(jī)p1.7口，聲報(bào)警電路接單片機(jī)的p1.6口，當(dāng)?shù)嗡俜闯；蛘咭好嫦陆档皆O(shè)定警戒線時(shí)，將由紅外傳感器收集的信號(hào)經(jīng)放大器送單片機(jī)申請(qǐng)中斷，從而單片機(jī)將發(fā)出命令送報(bào)警電路。具體電路如圖3.9所示： r光報(bào)警vccp1.7led 圖3.9聲光報(bào)警電路圖3.2 主從站的通信電路的實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)采用主站控制多個(gè)從站的有

38、線控制方式，這里主要采用rs-485通信方式。rs-485標(biāo)準(zhǔn)是一種多發(fā)送器的標(biāo)準(zhǔn)，他允許在電路中可有多個(gè)發(fā)送器。rs-485允許一個(gè)發(fā)送器驅(qū)動(dòng)多個(gè)負(fù)載設(shè)備，負(fù)載設(shè)備可以是驅(qū)動(dòng)發(fā)送器、接收器或收發(fā)器組合單元。rs-485的共線電路結(jié)構(gòu)是在一對(duì)平衡傳輸線的兩端都配置終端電阻，其發(fā)送器、接收器、組合收發(fā)器可掛在平衡傳輸線上的任何位置，實(shí)現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸中多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器共用一傳輸線的多點(diǎn)應(yīng)用，配置如下圖：圖3.7 通信電路結(jié)構(gòu)圖rs-485標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)有：a、由于rs-485標(biāo)準(zhǔn)采用差動(dòng)發(fā)送/接收，所以共模抑制比高，抗干擾能力強(qiáng)；b、傳輸速率高，他允許的最大傳輸速率可達(dá)10mb/s（傳送15m）。傳輸

39、信號(hào)的擺幅小（200mv）；c、傳送距離遠(yuǎn)（指無modem的直接傳輸），采用雙絞線，在不用modem的情況下，當(dāng)100kb/s的傳輸速率時(shí)，可傳送的距離為1.2km，若傳輸速率下降，則傳送距離又更遠(yuǎn);d、能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信，rs-485允許平衡電纜上連接32個(gè)發(fā)送器/接收器對(duì)。rs-485標(biāo)準(zhǔn)目前已在許多方面得到應(yīng)用，尤其是在多點(diǎn)通信系統(tǒng)中，如工業(yè)集散分布系統(tǒng)、商業(yè)pos收款機(jī)和考勤機(jī)的聯(lián)網(wǎng)中用的較多，是一個(gè)很有發(fā)展前途的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)。主從機(jī)之間的接口結(jié)構(gòu)圖為：rs-485主站從站16從站1 圖3.8 主從機(jī)接口結(jié)構(gòu)圖第4章 軟件設(shè)計(jì)4.1 從站程序設(shè)計(jì) 我們知道，每個(gè)完整的系統(tǒng)都是由硬

40、件和軟件想結(jié)合而產(chǎn)生的。有了硬件而無軟件，那么這個(gè)硬件只是一個(gè)軀殼，如果沒有硬件的支撐，更談不上什么軟件。所以說，軟硬件是相輔相成的，在硬件的基礎(chǔ)上來設(shè)計(jì)軟件可以完成系統(tǒng)的要求，從而構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。4.1.1 從站模塊圖 在硬件設(shè)計(jì)中，我們把從站分成了幾個(gè)小模塊，在軟件的設(shè)計(jì)中，同樣也應(yīng)如此。從站的軟件設(shè)計(jì)由幾個(gè)模塊組成，首先是從站的主程序的設(shè)計(jì)，這個(gè)程序是從機(jī)用來調(diào)用各個(gè)小模塊，從而達(dá)到控制各模塊的作用；所調(diào)用的小模塊中，主要有滴速測量程序、滴速控制程序、鍵盤控制程序和液面檢測與報(bào)警程序等，這些小的模塊可以在執(zhí)行主程序時(shí)被調(diào)用。從站模塊圖如圖4.1所示：從機(jī)主程序 液面檢測與報(bào)警鍵盤顯示

41、程序滴速控制程序滴速測量程序 圖4.1 從站模塊圖4.1.2 從站流程圖（1）資源分配表如下：89c51的中斷和定時(shí)器資源配置如下表所示:資源名稱功能外部中斷int0（下降沿觸發(fā)）水滴檢測定時(shí)器t0測脈寬定時(shí)器t1電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向控制定時(shí)器t2通信波特率存儲(chǔ)單元分配表：作用定義名稱分配單元給定滴數(shù)rrr30h檢測滴數(shù)fff31h從站號(hào)no32h顯示緩沖區(qū)（8個(gè)）dsi70h77h位單元分配表：作用位瓶內(nèi)液體用完報(bào)警p1.6滴速異常報(bào)警p1.7步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)p2.0p2.3（2）從機(jī)主程序： 在系統(tǒng)剛開始啟動(dòng)時(shí)，首先是準(zhǔn)備狀態(tài)，包括一些清零程序等；然后就將設(shè)定點(diǎn)滴速度和從站號(hào)，那么此時(shí)需要按下一個(gè)設(shè)定鍵

42、向單片機(jī)申請(qǐng)中斷用來來說明將開始設(shè)定數(shù)據(jù)，如果沒有鍵按下，則繼續(xù)等待按鍵，設(shè)置完畢后將按確認(rèn)鍵說明設(shè)置完畢；液面報(bào)警是最優(yōu)先級(jí)的報(bào)警，因此在設(shè)置完成后，一方面看液面是否報(bào)警，另一方面看實(shí)際點(diǎn)滴速度是否符合設(shè)定點(diǎn)滴速度，如果反常，將進(jìn)行點(diǎn)滴速度報(bào)警；然后將實(shí)際滴速和設(shè)定滴速，通過比較兩滴速的大小來調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，如果滴速小于給定值則電機(jī)正轉(zhuǎn)，拉動(dòng)點(diǎn)滴瓶上升，加快滴速；如果滴速大于給定值，則電機(jī)反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)點(diǎn)滴瓶下降，減慢滴速；如果滴速正好等于給定滴速，則電機(jī)保持不動(dòng)；若需修改點(diǎn)滴速度，則按下修改鍵重新設(shè)定。具體流程圖如圖4.2所示：圖4.2 從機(jī)主程序流程圖y nyy開 始顯示ready有鍵按

43、下設(shè)定鍵?n是否有報(bào)警 ？y 確認(rèn)鍵？顯示當(dāng)前滴速和給定的點(diǎn)滴速判斷工作方式滴速小于給定值滴速大于給定值滴速等于給定值電機(jī)正轉(zhuǎn)電機(jī)反轉(zhuǎn)電機(jī)不動(dòng)作nn判斷有無修改鍵按下ny4.1.3 滴速測量程序 滴速的測量是通過紅外線傳感器所接收到的點(diǎn)滴信號(hào)，通過脈沖轉(zhuǎn)換電路把脈沖送單片機(jī)的int0口進(jìn)行中斷。用定時(shí)器t0來定時(shí)，用狀態(tài)字寄存器標(biāo)志位psw.5來控制t0的關(guān)開，這里我們?cè)O(shè)置psw.5=0時(shí)開t0，psw.5=1時(shí)關(guān)to。當(dāng)有一滴點(diǎn)滴滴下時(shí)，設(shè)置psw.5=1，則開t0，此時(shí)to開始定時(shí)，同時(shí)把psw.5設(shè)置成0；當(dāng)?shù)诙吸c(diǎn)滴滴下時(shí)，此時(shí)psw.5=0，所以關(guān)to，此時(shí)，可以測出定時(shí)器所定出的時(shí)

44、間，即為兩點(diǎn)滴之間的間隔時(shí)間，這里需要查看t0溢出次數(shù)，如果to溢出次數(shù)在06h和2dh之間，則進(jìn)行滴速處理程序，從而計(jì)算出點(diǎn)滴的速度；如果大于2dh則滴速作20滴/分鐘，如果小于06h，則滴速做150滴/分鐘，這些都是異?，F(xiàn)象。其中2dh和06h可以這樣計(jì)算，以2dh為例：我們知道，定時(shí)器的溢出次數(shù)是指當(dāng)定時(shí)器從所設(shè)定的數(shù)值開始每一微秒就會(huì)減1，直到減到0為止，此時(shí)，我們說定時(shí)器響應(yīng)一次中斷，即溢出一次，并在每次響應(yīng)中斷時(shí)，將分配單片機(jī)里面的一個(gè)單元將自動(dòng)加1來計(jì)數(shù)，從而計(jì)出溢出的次數(shù)。這里我們?cè)O(shè)定t0初值為ffffh，那么減到0000h時(shí)所用的時(shí)間為ffffus，化成十進(jìn)制是0.06553

45、5s，即溢出一次需要0.065535s，那么當(dāng)點(diǎn)滴速度為20滴/分鐘時(shí)，每滴將是3s的時(shí)間，則會(huì)溢出2dh次，同理，做150滴/分鐘時(shí)也如此。具體流程圖如圖4.3所示：中斷程序y判斷psw.5 = 1？n開t0關(guān)t0psw.5 = 0返 回查看t0溢出次數(shù)小于06h大于2dh作20滴處理作150滴處理滴速處理程序置th0=00,tl0=00h置psw.5=1圖4.3 滴速測量程序流程圖4.1.4 滴速控制程序（步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向控制） 滴速的控制是通過控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)的，通過改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向從而改變點(diǎn)滴瓶的高度，即可改變點(diǎn)滴速度步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向如果按給定的工作方式正序通電換相，步進(jìn)電機(jī)就

46、正轉(zhuǎn)；如果按反序通電換相，步進(jìn)電機(jī)就反轉(zhuǎn)。按照給定的通電換相順序，通過單片機(jī)的i/o口向驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出控制脈沖。這里的步進(jìn)電機(jī)工作在四相八拍方式，p2.0p2.3這四條i/o線，向四相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)傳送控制信號(hào)。按a ab b bc c cd d da次序通電為正轉(zhuǎn)，按d dc c cb b baaad次序通電為反轉(zhuǎn)，p2口輸出的信號(hào)中，0代表使繞組通電，1代表使繞組斷電，則可用8個(gè)控制字來對(duì)應(yīng)這8個(gè)通電狀態(tài)。如下表所示： 四相八拍工作方式的控制字通電狀態(tài) p2.3 p2.2 p2.1 p2.0 控制字 a 1 1 1 0 fehab 1 1 0 0 fchb 1 1 0 1 fdhbc 1 0 0 1 f9hc 1 0 1 1 fbhcd 0 0 1 1 f3hd 0 1 1 1 f7hda 0 1 1 0 f6h在程序中只要依次將這8個(gè)控制字送到p2口，步進(jìn)電機(jī)就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距角。每送一個(gè)控制字，就完成一拍，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距角。程序如附錄c的程序清單。4.1.5 鍵盤控制程序由于有現(xiàn)成的鍵盤顯示接口芯片，所以這里采用8279鍵盤顯示電路。（1）確定鍵值輸入方式。鍵盤的掃描由8279中硬件電路自動(dòng)完成，不需要用軟件實(shí)現(xiàn)掃描。鍵值輸入可采用查詢方式，亦可采用中斷方式。采用查詢方式時(shí)，