1、 xxxx 學 院學年論文(設計)題目：基于單片機系統的液滴點滴速度監控裝置學 院 專 業 級 班 學生姓名 學號 指導教師 職稱 目 錄一、引言4二、系統總體設計42.1系統原理框圖及原理分析42.2方案設計與論證52.2.1電機驅動控制電路52.2.2 數據采集62.2.3鍵盤方案的選擇72.2.4系統最終方案確定8三、單片機系統設計83.1 硬件設計83.1.1單片機系統的硬件結構83.1.2 液體滴速檢測模塊103.2 軟件設計11四、總結13參考文獻14英文摘要16基于單片機系統的液體點滴速度監控裝置設計【摘要】：利用單片機設計一個智能化的液體點滴速度監測與控制系統。該系統由水滴速度

2、測試系統、水速控制系統、顯示裝置、單片機系統、鍵盤和報警等系統組成。應用水的壓強隨著高度差的變化而變化的原理，利用 控制步進電動機的升降來控制點滴速度。點滴速度可用鍵盤來設定，同時在水到達警戒線 (2cm3cm)以下時能發出報警信號。 【關鍵詞】：點滴速度，步進電動機，單片機1 引言目前各類醫院中所使用的靜脈輸液器都是懸掛在病人的身體水平線以上才能輸液，這種傳統的輸液設施的輸液速度難以準確控制，這對特護病人和對輸液速度有較嚴格要求的病人是不方便的，也會加重醫護人員的工作強度。本系統就是為了減少人力浪費，獲得良好醫療效果而設計的液體點滴速度監控裝置，利用這種裝置可以通過電機控制儲液瓶的高度來達到

3、控速的目的；通過傳感系統來確定點滴速度和對液位警戒線的檢測；通過鍵盤設置液體點滴速度。2 系統總體設計2.1系統原理框圖及原理分析 利用步進機和壓強的原理來控制水滴的速度，有公式可以知道由于液面高度的不同而使壓強不同，從而改變液滴的速度。這樣的系統比控制輸液軟管的松緊更好控制，而且比較容易實現。1.8m的高度足以實現速度從20150(滴min)的調節。首先大概測出對應高度所對應的水滴速度，并記下來存在單片機內，需要使用時就直接調出來。在滴斗處用紅外系統來測量水滴的速度，再在儲液瓶到瓶口3cm處裝一個對射式紅外傳感器來監控水位。當在鍵盤上按人某個點滴速度時，從單片機內調出相對應的某一個高度，然后

4、控制步進電動機轉動進行粗調，再利用紅外系統進行反饋來細調，直到紅外反饋和所按的速度一樣為止。調好以后由于液面的下降和一些其他的因素，又會產生一些速度的變化，或者本身水滴的速度又不是均勻的，所以調好以后速度有可能自身就會發生變化。可以利用紅外監控，智能化的調整高度來控制速度，即利用單片機隨時自我調整。2.2 方案設計與論證2.2.1 電機驅動控制電路 電機驅動控制電路應選取電路結構簡單、功耗小、元器件價格便宜的方案。同時還要實現電機的正反轉、轉停的雙重控制功能，以使其控制的儲液瓶能方便地實現上升、下降。 方案一：采用直流電機 由于直流電機上電即轉動，掉電后慣性較大，停機時還會轉動一定角度后才可停

5、下來。轉矩小，無抱死功能，如果要求準確停在一個位置，其閉環算法較復雜。 方案二：采用步進機 步進電機是一種用電脈沖進行控制，將電脈沖信號轉換成相應角位移或線位移的電動機。步進機每輸入一個脈沖信號，轉子就轉動一個角度或前進一步，其輸出的角位移或線性位移與輸入的脈沖數成正比，轉速與脈沖頻率成正比。用單片機控制步進電機，控制信號為數字信號，不再需要數/模轉換，具有快速啟/停能力，可在一剎那間實現啟動或停止，且步距角降低小，延時短，定位準確，精度高，可操作性強。考慮到上述各種電機的特點，由此選用步進電機作為電機驅動控制電路。電路如下圖。 電機驅動電路2.2.2 數據采集 方案一：采用壓力傳感器來實現。

6、在受液瓶下加一壓力傳感器，通過感知其壓力大小來判斷是否有液滴落下。液滴的質量約0.05g，目前精度較高的壓力傳感器其靈敏度僅0.1g，故此方案目前還無法檢測。 方案二：采用液位傳感器來檢測。將一液位傳感器置于受液瓶中，根據液位傳感器受到的液位欺負來檢測是否有點滴落下。將傳感器置于液體中，不可取，同時由于相鄰兩次液位差距很小，會引入較大的測量誤差。 方案三：采用光纖傳感器，將光纖傳感器固定于滴斗外側。當液滴滴下時，光纖傳感器感知滴斗壁是否產生特定抖動，而判定有無液滴落下。采用光纖傳感器，測量精度高，但是光纖傳感器的成本高。 方案四：采用紅外傳感器實現，根據接收到的光強的強弱判斷是否有液滴滴下。由

7、于紅外光波長比可見光長，因此受可見光的影響較小。此方案成本低，電路簡單，且不受可見光的干擾，穩定性好，因此采用此方案作為點滴檢測方案。因為利用反射式紅外傳感器很難進行對水的判斷，而利用對射式紅外傳感器，雖然水對紅外的遮擋比較弱，但相對反射來說又會強一點。經過實驗可發現對射式紅外傳感器能比較靈敏地測出水滴。利用測量相鄰點滴下落的時間間隔即可確定點滴速度。由此方案所選定的裝置也可用于判斷液位是否到達警戒線。2.2.3鍵盤方案的選擇方案一：采用矩陣式鍵盤，采用矩陣行列掃描方案，優點是當有按鍵較多時可降低占用單片機的i/o接口數目，缺點為電路復雜且會加大編程難度。方案二：采用獨立式按鍵電路，每個按鍵單

8、獨占有一根i/o接口線，每個i/o接口的工作狀態互不影響，此類鍵盤采用端口直接掃描方式。缺點是當按鍵較多時占用單片機的i/o接口數目較多，優點為電路設計簡單，且編程及其簡單。綜合考慮以上兩種方案，由于所需鍵盤按鍵數目較多故采用方案一。2.2.4系統最終方案確定 根據以上方案的論證分析，結合器件與設備等因素，系統各模塊確定如下：（1） 點滴速度測量采用紅外對射管發射接收方式。（2） 儲液檢測電路仍采納紅外對管發射接收裝置。（3） 點滴速度控制是利用電機正反轉來調整儲液瓶的高度來實現。（4） 鍵盤采用的是矩陣式鍵盤。3 單片機系統設計3.1 硬件設計3.1.1單片機系統的硬件結構(如圖2所示)由單

9、片機80c51,8155擴展電路、單片機復位和時鐘電路、鍵盤顯示電路、數模轉換電路、聲光報警電路、電機驅動以及紅外傳感器等電路組成。 cpu采用atmel公司的80c51單片機。其內部有128b的片內數據存儲器和4kb的片內程序存儲器，程序存儲器的尋址范圍為64kb。由于外部接口較多，需外加接口電路。由于8155內部既有256b靜態態ram又有個i/o和一個計數器，因此是單片機系統理想的擴展器件。 a/d轉換器采用美國ad公司生產的一種低成本、8腳封裝的電壓頻率（v/f）轉換器ad654。該芯片的工作電壓范圍很寬，用雙電源時為5v18v,用單電源時為5v36v；靜態功率很低，線性誤差很小，能滿

10、足本系統的要求。電動驅動部分選用三相步進電動機。步進電機是一種將電脈沖信號轉換成相應角位移或線位移的電動機，也可以通過控制脈沖個數來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。具體電路如圖3所示。紅外傳感器部分選用對射式紅外傳感器，該傳感器分為投光器和受光器兩部分，兩者光軸重合在同一直線上。工作時，投光器發出調制光，被受光器接收，變為電信號。當被測體進入檢測區時，光被這遮擋，受光器無光可受，傳感器輸出狀態改變。該傳感器因為檢測無接觸、檢測距離大、檢測精度高而廣泛應用于測距、測速計數、行程控制等。然而，傳感器工作一段時間后，調整好的光軸會發生變化，透鏡表面會吸附塵埃、油污，這些引起檢測距離減

11、小，甚至無法檢測。因為我們測的是點滴管，比較細小，而且是貼在輸液管的表面，所以干擾會比較小一點。3.1.2 液體滴速檢測模塊圖4所示的是液體滴速檢測電路，它包括四個部分：可見光反射與接收電路、信號放大電路、濾波電路和整形電路。可見光發射與接收采用高亮發光二極管和光敏三極管實現。將它們通過支架盡量同軸安放在滴斗，并使其到液滴脫落點距離盡量小一些。在沒有液滴經過時，光敏三極管感光量最大，通過的電路也最大。光敏三極管兩端電壓。 u=vcc-ir2此時達到最小值，當液滴正好處在光敏三極管和高亮發光二極管同軸上時，光敏三極管感光量最小，通過電流也最小，u達到最大值u。本設計正是通過這兩個不同的狀態來實現

12、對下落液滴數目檢測。本電路中r1用于限流，防止因電流過大而燒壞發光二極管。 i=( vcc-uled)/r1vcc為5v，uled是發光二極管的管壓降，為1.9v，發光二極管的工作電流取20ma，經計算，r1取1600歐，r1實際電路取250歐。由于發射、接收管安裝在滴漏上，與電路有較長的距離，而光敏三極管時帶來的是電流變化，通過屏蔽長線傳輸時不易受外界干擾，r2給光敏三極管提供工作電流，并將光敏三極管的電流變化轉換成電壓變化。通過調整r2，可以調節和大小，這樣液滴的兩個不同狀態就可以轉換成端電壓從umin到umax的交替變化。其電路圖如下： 點滴速度測量電路3.2 軟件設計 軟件設計是指在硬

13、件電路的基礎上，以程序的形式實現算法，進而實現液體點滴速度監控的功能。該系統的軟件采用c51編寫，分為若干個子程序模塊，包括鍵盤、顯示模塊，電動驅動模塊等，以此實現采集數據，并對數據進行設定、顯示、調整等處理。軟件各部分編程思路框圖如下： 開始 滴速檢測，讀出6秒內點滴的數目送數目到buffer,累加得到滴速 1、 檢測點滴速度子程序 開始 n 光電傳感信號變化否？ 進入檢測點滴速度子程序 y 發出報警信號，儲液面進入23cm的 警戒水位 2、 儲液子程序 開始 小于 當前與設定 大于 值比較 等于 電機正轉，儲液 電機維持， 電機反轉，儲液瓶下降 滴速穩定 瓶上升 3、點滴速度控制子程序 開

14、始 初始化 數碼管轉換成bcd碼，查表 n 送入顯示緩沖區 y 判斷有沒有鍵盤的按下 繼續掃描顯示 y 延時子程序 顯 示4、鍵盤顯示子程序 開始 初始化 判斷液滴的高度， n 有沒有產生中斷 y 有沒有調整鍵按下 繼續執行，等待 調用按鍵處理程序 數據的bcd碼轉換 顯 示 5、系統主程序設計4、總結利用本系統裝置可以通過傳感器及步進電機進行液體點滴速度的自動調節，從而實現工作安全可靠，減少人力浪費，獲得良好醫療效果的目的。為了不斷地完善和改進，同時提高系統的靈活適用性，可以對系統進行進一步開發設計。在本次設計的過程中，我查閱了大量的資料，包括查閱書籍和網上的資料，獲得了一些相關信息。在方案

15、設計方面，分析篩選出最優的方案，通過這次的設計，讓我了解了設計電路的程序與設計理念。通過這次學習，讓我對很多種電路有了大概的了解，對于我以后的學習有很大的幫助。同時在這次論文的設計中林順達老師給了我很多寶貴的意見，在此我表示忠心的感謝。參考文獻【1】 陶永華等，新型pid控制及其應用【m】北京：機械工業出版 社.【2】 王治剛，單片機典型設計【m】北京電子出版社.【3】 張愛萍.硬件電路設計原理【m】哈爾濱工業大學出版社.【4】 張偉.protel.99se高級應用.北京：人民郵電出版社.【5】 劉剛、秦永左。單片機原理及應用.北京：北京大學出版社.2006.【6】 丁濤.儲罐液位檢測技術研究

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17、ing speed monitoring device designphysical and information engineering institute electronic information science and engineeringname wang lixia student id 080303020 academic advisor lin shunda professional title lecturer【abstract】 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 system, the key board and alarming system. and it uses the principle of the waters press transforms when the height of the water transforms,