医院输液监控系统设计——毕业设计(编辑修改稿)

医院输液监控系统设计——毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

涉及到细调节时难以控制，不易实现。 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／系统方案设计与论证 7 停能力，可在一刹那间实现启动或停止，且步距角降低小，延时短，定位准确，精度高，可操作性强。 综合考虑 ,选用步进电机作为电机驱动控制电路。 显示器接口电路方案选择论证 设计任务书中提到，滴速的大小要由人工来设 定。 显示内容包括预先设定值与调整值。 针对本设计的显示具体有以下的两种方案： 方案一：采用 (LCD)液晶显示屏。 液晶显示屏具有功耗小、轻薄短小无辐射等优点，平面直角显示以及影像稳定不闪烁，可视面积大，画面效果好，抗干扰能力强等特点。 本设计滴速在 20— 150 之间，故只需显示三位温度值，信息量比较少，而液晶屏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，这就意味着编程工作量大，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。 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等特性。 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。 综合比较以上两种方案，结合本设计的要求可知采用方案二较为合适。 键盘接口电路方案选择论证 键盘是人向机器输入数据核对系统进行干预的基本设备，而单片机系统本身价格低，一般采用非编码键盘，非编码键盘可分为独立式按键电路、矩阵式键盘电路，中断式键盘电路等。 独立式按键电路 单片机控制系统中，往往只需要几个功能键。 对于少量键盘一般采用独立式结构，独立式按键特点是每个键单独占用 1 根 I/O 接口线，每个键的工 作不会影响其他接口的状态这种电路结构简单，配置灵活。 矩阵式键盘电路 矩阵式键盘结构的特点是在按键设置在行线和列线的交叉点上，键两端分别接于行线和列线上。 常用的键盘大小有 4* 8* 4*8 等 系统方案设计与论证 8 该系统使用的按键数较少，故采用独立式键盘最为合适 . 单片机型号的选择与论证 现有主流单片机的概述 MCS—51系列单片机是 INTEL 公司在 20 世纪 80年代初研制的，很快就在全世界得到广泛的推广应用。 MCS— 51 无论是在教学，工业控制，仪器仪表，信息通信，还是在交通，航运，家用电器领 域，都取得大量的应用成果。 INTEL 公司虽然已经把精力集中在计算机的 CPU 生产上，但是，以 MCS— 51 技术核心为主导的微控制器技术以被 ATMEL， PHILIPS 等公司继承，并在原有的基础上又进行了新的开发，从而产生了和 MCS— 51 兼容而功能更加强劲的控制器系列。 ATMEL 公司所生产的 89系列单片机就是基于 INTEL公司的 MCS— 51系列而研制的并与 MCS— 51 兼容的微控制器系列。 ATMEL 公司是美国在 20世纪 80 年代中期成立并发展起来的半导体公司，该公司的技术优势在于 FLASH 存储器技术和高质量高可靠性的 生产技术。 随着业务的发展。 20 世纪 90 年代， ATMEL 成为全球最大的 EEPROM 供应商， 1994 年为了介入单片机市场， ATMEL 公司以 EEPROM 技术与 INTEL 的 80C31 单片机核心技术进行交换，从而取得 80C31 核的使用权。 ATMEL 把自身先进的 FLASH 存储技术和80C31 核相结合，从而生产出了 FLASH 单片机 AT89C51 系列。 这是一种内部含有FLASH 存储器的特殊单片机。 由于它内部含有大量的 FLASH 存储器，所以，在产品开发及生产便携式产品，手提式仪器等方面有着十分广泛的应用，也是目前取代传统的 MCS— 51系列单片机的主流单片机之一。 单片机的选用 单片机作为系统的主控制单元，它控制所有的输入输出。 监控系统是一个单片机最小应用系统，系统中有一些功能无法集成到芯片内部，如晶振，复位电路等，需在片外加相应的辅助电路。 对于片内无 ROM 的单片机，还应该配置片外程序存储器。 这里选用的是 ATMEL 公司的 AT89C2051 和 AT89C51，都带内置 ROM，只需加电源，震荡电路，复位电路等。 单片机最小应用系统如图 所示 系统方案设计与论证 9 图 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只 读存储器（ FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的单片机 ，其指令集和传统的51单片机指令集是一样的。 由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 1 AT89C51 主要 性能 ： （ 1） 与 MCS51 兼容 （ 2） 4K 字节可编程 FLASH 存储器 (寿命： 1000 写 /擦循环 ) （ 3） 全静态工作： 0Hz24KHz （ 4） 三级程序 存储器保密锁定 （ 5） 128*8 位内部 RAM （ 6） 32 条可编程 I/O线 （ 7） 两个 16 位定时器 /计数器 系统方案设计与论证 10 （ 8） 6个中断源 （ 9） 可编程串行通道 （ 10） 低功耗的闲置和掉电模式 （ 11） 片内振荡器和时钟电路 2 AT89C51 管脚 图 ： AT89C51 管脚 图如图 1289765431 01 11 21 81 91 71 61 51 41 32 03 02 92 32 22 42 52 62 72 82 14 03 93 33 23 43 53 63 73 83 1P 1 . 0P 1 . 1P 1 . 7R S TP 1 . 6P 1 . 5P 1 . 4P 1 . 3P 1 . 2P 3 . 0P 3 . 1P 3 . 7X T A L 2P 3 . 6P 3 . 5P 3 . 4P 3 . 3P 3 . 2P 2 . 7P 2 . 6P 2 . 0P 2 . 1P 2 . 2P 2 . 3P 2 . 4P 2 . 5P 0 . 0P 0 . 1P 0 . 7E A / V P PP 0 . 6P 0 . 5P 0 . 4P 0 . 3P 0 . 2X T A L 1G N DA L E / P R O GP S E NT X DR X DI N T 0I N T 1W RT 1T 0R DA T 8 9 C 5 1 3 AT89C51 引脚功能 P0 口： P0 口为一个 8位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。 当P1口的管脚第一次写 1时，被定义为高阻输入。 P0能够用于外部程序数据 存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。 在 FIASH 编程时， P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时， P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 图 AT89C51管脚 图 系统方案设计与论证 11 P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8位双向 I/O 口， P1口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。 P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入， P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。 在 FLASH编程和校验时， P1 口作为第八位地址接收。 P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的 8位双向 I/O 口， P2口缓冲器可接收，输出 4个 TTL门电流，当 P2口 被写 “1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。 并因此作为输入时， P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。 这是由于内部上拉的缘故。 P2口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时， P2 口输出地址的高八位。 在给出地址 “1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， P2口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口： P3 口管脚是 8个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL门电流。 当 P3 口写入 “1”后，它们被内部上拉为 高电平，并用作输入。 作为输入，由于外部下拉为低电平， P3口将输出电流（ ILL）这是由于上拉的缘故。 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示： RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） /INT0（外部中断 0） /INT1（外部中断 1） T0（记时器 0 外部输入） T1（记时器 1 外部输入） /WR（外部数据存储器写选通） /RD（外部数据存储器读选通） 4 芯片擦除 整个 PEROM 阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确 的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平 10ms 来完成。 在芯片擦操作中，代码阵列全被写 “1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外， AT89C51 设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。 在系统方案设计与论证 12 闲置模式下， CPU 停止工作。 但 RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。 在掉电模式下，保存 RAM 的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 单片机 I/O 口管脚分配 由单片机外部接线可知， I/O 口管脚分配情况如下： 与报警装置相连，当输液出现异常或报警键被按下时， 口会有一个高电平，驱动报警装置。 是加键按钮的输入，当检测到加键被按下， 输入一个低电平，设定值加一。 是减键按钮的输入，当检测到减键被按下， 输入一个低电平，设定值加一。 是加键按钮的输入，当检测报警键被按下， 输入一个低电平，给 一个高电平，触发报警装置。 — 为步进电动机的脉冲输入端，通过轮流置一来控制电动机的旋转和转向。 为数据采集端口，当有脉冲经过时，就会给 一个高 电平信号，从而进行脉冲计数，计算流速。 P3 口是与上位机的通信端口。 — 是显示器的位控制端口。 — 是显示数据的输出口。 输液系统各模块的硬件设计 13 第三章 输液系统各模块的硬件设计 基于第二章的方案论证，第三章主要设计了输液系统整体的硬件结构及各主要部分硬件的具体设计。 图 主从站结构框图 系统总体结构框图如图 所示 图 晶振电路 复位电路 键盘输入 病房AT89C51 显示装置 报警装置 控制电机 电源电路 Max485 Max485 护 士 室AT89C51 MAX232 监控电脑 护士房主控电脑 通信模块max485 病房下位机 89c51 病房下位机 89c51 输液系统各模块的硬件设计 14 控制电机模块设计 本设计的操作部分采用的是步进电动机。 利用单片机来控制步进电动机，按相序输入脉冲以实现电机转动方向控制。 每输入一个脉冲电机沿选择方向前进一步，每前进一步电机转动一个固定角度。 从而带动滴瓶来调节高低，进而达到控制滴速的目的。 步进电动机的工作原理 步进电动机是一种将输入的数字脉冲信号转换成机械角位移或线位移的执行元件 ,是一种多相同步电动机 ,由专用的脉冲电源供电，每输入一个脉冲，就转过一个角度或前进一步，故称步进电动机。 步进电动机的角位移量和输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入 脉冲同步，因此只要控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电的相序，便可获得所需的转角、转速及转动方向。 在没有脉冲输入时，在绕组电源的激励下气隙磁场能使转子保持原有位置处于定位状态。 在电动机定子上有 A、 B、 C三对磁极，磁极上绕有线圈，分别称之为 A相、 B相和 C相，而转子则是一个带齿的铁心，这种步进电动机称之为三相步进电动机。 如果在线圈中通以直流电，就会产生磁场，当 A、 B、 C 三个磁极的线圈依次轮流通电，则 A、 B、 C三对磁极就依次轮流产生磁场吸引转子转动。 定子各相轮流通电一次转子转过一个齿。 这样按 A→B→C→ A→B→C→A→„ 次序轮流通电，步进电动机就一步一步地按逆时针方向旋转。 如果把步进电动机通电线圈转换的次序倒过来换成 A→C→B→。