输液滴速测量仪设计(编辑修改稿)

输液滴速测量仪设计(编辑修改稿)内容摘要：

也很 容易 被接收到。 影响测量精度。 因此 一定要选择适合范围的波长的光的传感器 ，减少外界的 影响。 频率响应特性 要想 保持不失真 的测量条件，就必须 在允许频率范围内， 但在 实际 中，传感器的响应 必然 会 出现 一定延迟 的现象 ， 由于 液滴 的 下落 是一个 很慢 的中北大学信息商务学院 2020 届毕业设计说明书 第 7 页 共 30 页 过程 ， 于是 延迟时间越短越好 ，这样对于 传感器频率 要求就要 很低。 在动态测量 期间 ，所需传感器的频率响应特性 必须 根据实际信号的 情况 来确定，防止 产生 太大 的误差。 稳定性 所谓稳定性就是指 传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力。 除了传感器结构本身影响稳定性外，其主要的原因是使用环境。 因此， 最不容忽视的就是该 传感器要有较强的环境适应力。 根据使用环境的具体情况，选取适当的传感器。 本设计的使用环境非常好，所以稳定性要求比较容易满足。 精度 精度是整个测量系统测量精度的一个重要环节。 传感器的精度越高 就越贵， 所以 ， 只要能够满足测量系统精度要求的传感器就可以。 这样就可以选择一个适合的相对廉价的传感器。 传感器的选用 在此次设计中， 对于测 量方法和传感器的选用有很多种方法，在选择传感器时， 根据 对 传感器的 各方面 分析， 选取了适合本设计的红外传感器。 红外传感器的种类多种多样。 所以 必须采用 一个最佳方案 [5]。 根据本设计任务要求，需要设计一个成本低，操作简单，适用性强，并且是不接触式的液滴测量仪等。 所以根据要求和各方面的考虑，决定用红外对管实现 该设计。 随着 光敏三极管接收到 不同强度的光 ， 就会 产生 不中北大学信息商务学院 2020 届毕业设计说明书 第 8 页 共 30 页 同的 电流， 再进行整合成高低电平，通过输出端输出 ， 是否有液滴滴落就可以根据高低电平来判断，液体 点滴速度 就可以通过相邻点滴时间间隔来确定。 该方案操作简单，成本低 廉，电路简单，稳定性好，对无关光线的抗干扰能力强， 因此采用红外对管实现。 传感器的几何光学分析 红外发光二极管与光敏三极管 有不同的安装方法 ，对检测结果 就有 不同 的 影响， 所以必须对 传感器 进行 几何光学分析。 要想 达到检测输液速度的目的 ，就必须有合理的安装位置，否则就 会导致检测失败。 通过 对 红外发光二极管与光敏三极管 之间的 中心线与 下落液滴 的相对位置 分析 ， 可以得出一个适合 红外发光二极管与光敏三极管 检测的位置。 通过对大众 药液的折射率的范围 分析 ， 确定 选用折射率平均值为 药液。 该 系统主要由一个发光二极管和一 个光敏三极管构成。 随着 光敏三极管接收到 不同强度的光 ， 就会 产生 不同的 电流， 通过 CD4093整合成 高低电平进行输出。 传感器滴数检测电路 如图 ，由 一对发射 器 、接收管的电路组成 的 传感器滴数检测电路，主要是由 发光二极管和光敏三极管 组成。 当没有 液滴落下时，接收管 可以接收到光 线强度正常的光线。 当 有液滴落下时，红外光 会发生 漫反射 ，液滴 吸收 光线并且会产生 一定的散射作用，导致 光线强度发生减弱 变 化。 接中北大学信息商务学院 2020 届毕业设计说明书 第 9 页 共 30 页 收管 接信号将其经过整形 ，送 到 单片机的计数器 T0， 如此就能检测到液滴的滴数 [6]。 传感器滴数检测电路的电路图 如 图。 图 传感器检测电路 4 发射器与接收器 红外发光二极管 首先根据 红外发光二极管的特性曲线 ， 确定正常工作时二极管的正向电压 ，以及 发光波长 和 工作电流 等 [7]。 在下 图 中，左图 是 正向伏安特性曲线， 而 右图 是 发射光谱特性曲线。 通过 左图可以 得出 ， 当 正向电压小于 1V时，正向电流 约等于零 ， 几乎没有变化 ；当正向电压大于 1V时， 正向电流发生了很大的变化，随着电压的增大急剧增大。 可以看出 电压大约为 ，红外二极管可以正常工作。 通过 右图曲线可以看出，相对发光强度达到顶峰 时 红外发光二极管 的 发 光波长 约为 ，因此光敏三极管也应该在 波长为 有中北大学信息商务学院 2020 届毕业设计说明书 第 10 页 共 30 页 相应的 敏感响应 ，这将成为 选择光敏三极管的重要依据。 图 发光二极管特性曲线图 光敏三极管 如 下图所 示， 1脚 为 发射极， 2脚 为 基极， 3脚 为 集电极。 光敏三极管由这 三个引脚 构成。 图 光敏三极管 上面分析到光敏三极管的理想响应波长应为。 外界环境 对 光敏三极管 有着很大的影响。 当 周围 光线增强 、 温度升高时，光电流也 会 随之增强。 从而可见，光线和温度 对光敏三极管有很大 的影响。 在设计过程中必须避免这样的影响 ，不能由于环境而影响结果。 5 电路参数的计算 在图 ，当 发射器与接收器 之间没有液滴滴下时， 发射器发出的光中北大学信息商务学院 2020 届毕业设计说明书 第 11 页 共 30 页 可以正常的吧被接收器收到，这时 输出端 会 产生高电平信号。 当发射器与接收器 之间有液滴滴下时， 发射器发出的光被液滴遮住，接收器不能接受到强烈的光信号， 输出端产生低电平信号。 通过信号整形，将 产生的高低电平信号送入单片机。 通过事先设定的程序算法计算出液体滴落的速度，实现滴速的检测。 根据 图 ， 选取合适的 红外发光二极管，确定红外发光二极管的正向压降最大正向电流， 于是 根据电源电压， 就 可以算出电阻 3R ,如式。   1 1 71030 33 AVVI VVR h hCC （ ） 式中： CCV ：电源电压 hV ：正向压降 ( ) hI ：最大正向电流 当选定 适合的 光敏三极管后， 就可以知道 三极管的发射 和 极集电极间的饱和电压、集电极电流，可以通过式 1R。    331 11 AVVI VVR CC （ ） 式中： CCV ：电源电压 V 1 ：光敏三极管集电极与发射极间的饱和电压 1I ：光敏三极管集电极电流 当 选定合适的 三极管 9014后，可以 由 式 2R。    332 45 AVVI VVR C CECC （ ） 中北大学信息商务学院 2020 届毕业设计说明书 第 12 页 共 30 页 式中： CCV ：电源电压 CEV ： 9014集电极与发射极间的饱和电压 CI ： 9014集电极电流 通过 选定 合适的 的三极管 9014，可以 由 式 4R。   334 105502801VIVRCBE （ ） 式中： BEV ： 9014基极 发射极饱和压降  ： 9014电流放大倍数额定值 CI ： 9014集电极电流 根据 以上 电路值计算，来 设计传感器检测电路。 6 单片机的选择 现有主流单片机的概述 单片机产品 多种多样，目前市场上 多达 70 多个系列， 500多个品种 其中。 那些 厂家定制的 专用单片机 、 针对专门业务 和 专门市场 的单片机品种还没有包括在内 [8]。 Intel公司在 20世纪 80年代初研制出 了 MCS 51系列单片机， 并且很快就 得到 全世界 的认同， 广泛的推广应用。 通过对 Intel公司 的 MCS51系列和MCS51兼容的微控制器系列 研究， ATMEL公司生产 出了 89系列单片机。 最早由 Intel公司推出的 8051/31类单片机也是世界上用量最大的 几 种单片机之一。 在 Intel公司将 80C51对外开放后，将 使用权 通过 专利互换 将中北大学信息商务学院 2020 届毕业设计说明书 第 13 页 共 30 页 其出让给世界上许多著名的生产商。 一些 公司 发挥自身 的优势 ， 针对不同测控对象 将其 要求的外围电路与 80C51单片机 进行 兼容 ， 如 A/D、 PWM、HSL/HSO、 I2C、 WDT、 Flash ROM等，开发出 功能多种多样的 的新品种。 这样 80C51单片机就 成为了众多厂家所支持和发展的单片机 ，统称为 80C51系列单片机 80C51在市场上 成为 8位单片机的主流， 这已是客观事实 ， 实际上已 成 为 了 事实的 标准 MCU芯片。 单片机的选用 本检测仪 对 数据处理速度 没有很高的要求 ， 则 采用 由 美国 ATMEL公司生产的 8位 AT89C51单片 机 即可。 AT89C51内含 4kb的 可擦 只读 程序 存储 器 和128b的随机存储器， 是由 美国 ATMEL公司生产 的一种低电压、高性能 8位单片机。 器件兼容 MCS51指 令系统，片内含有 Flash存储单元与通用 8位中央处理器。 主要性能 （ 1）与 MCS51 微控制器产品系列兼容。 （ 2） 4K字节 可重 擦写 FLASH闪速 存储器。 （ 3） 1000字擦写周期。 （ 4）全静态工作： 0Hz至 24MHz。 （ 5） 3级加密程序存储器。 （ 6） 128*8位内部 RAM。 （ 7） 32条可编程 I/O线。 中北大学信息商务学院 2020 届毕业设计说明书 第 14 页 共 30 页 （ 8） 2个 16位。