液体点滴速度监控系统的设计毕业设计(编辑修改稿)

液体点滴速度监控系统的设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

电路 红外对射传感器是由红外发射管和受光管组成的，它的主要功能是实现电— 红外线 — 电的转换。 由于红外光波长比可见光长，受可见光影响较小，其红外系 统具有尺寸小、重量轻、易于安装等优点。 因此是检测液滴滴速的首选传感器。 为了减少环境光源的干扰、增强信噪比，采用脉冲调制的方式。 传感器的作用就是将被测物理量变化过程的信号按照一定的规律转化成为适于传输和记录的电量 (电压或电流 )信号。 传感器输出的电量信号通常比较小，不能直接用来显示、记录及进行 A/D 转换因此，我们需要有一个环节，把微弱的信号放大调整到能与 A/D 转换器输入电压相匹配的幅度。 信号放大就是把前面由光电传感器所采集到的光电信号转换成为能够处理的电信号。 R1 为红外线发光二极管的限流电阻， R2 起到电流转换 为电压的作用。 当有液滴滴落时，滴落的 11 液滴把发射管发射的红外光挡住，光敏二极管产生数值非常小的暗电流，再经过电阻 R2 时， R2 就把光敏二极管上的光通量变化转换成了 R1 上的电信号的变化，再通过整形和 A/D 转换，最后送入到单片机中进行处理。 本系统用光电传感器来检测单位时间内点滴下落的个数， 该 传感器内含有一个红外发光二极管，一个光敏三极管（用来接收反射回来的红外光）。 当发光二极管发出的红外光大部分被光敏三极管接收时，接收端光敏三极管导通；光敏三极管接收到的反射红外信号微弱时，接收端光敏三极管截止。 具体电路形式如图。 在图 3— 2 中，向下的那个脉冲就是由于液滴落下时，液滴挡住一部分的红外线使得红外线光敏二极管只能部分接收到红外线发光二极管所发出的红外线形成的脉冲，它的脉冲个数是和液滴的个数一一对应的，也就是说，只要能够数出脉冲的个数也就是知道了液滴的滴数了。 点滴信号的比较、滤波、整形电路 传感器输出信号通常可以分为两类 :一类为模拟量，例如压力、温度、加速度等的测量。 另一类为数字量，例如用光电或电磁传感器测量转速等的测量。 对模拟量信号进行调整匹配时，需要经过放大电路、调制与解调电路、滤波电路、采样保持电路、 A/D 和 D/A 转换电路等。 而对数字信号进行调整匹配时，通常只需使信号通过比较器电路及整形电路、控制计数器计数即可。 因此是属于上面说的第二类，只要进行比较和整形即可。 本单元就是对由光电转换单元传出的数字信号进行整形和模数变换，以便实现和单片计的接口问题。 在本设计中所用的比较器是 LM339A，主要是利用了它的单限比较器。 在本单元中所用的比较器是 LM339A 是单比较器， LM339A 是晶体管结构，输出级是集电极开路结构。 它具有失调电压平衡调节端 (或用作选通端 )，并且具有连接负载都多样性及输出电流可达 5OmA 的 特点。 12 液位检测单元 同点滴速度检测部分一样，考虑到系统的医用卫生标准，医用吊瓶中应尽量避免异物进入，选择红外探测方案。 虽然吊瓶壁厚度和外直径都比滴斗大的多，但在增大了红外发射功率后，通过有水和无水的储液瓶接收信号差异还是可以达到 30~40mV，这说明红外探测对于越限报警电路来说也是可行的。 由于越限报警电路只需要在液面下降到红外发射接收通路高度以下时发出警报，所以就考虑使用和点滴速度一样的设计电路，然后通过连接到计数器 /定时器 T1 上，通过 T1的电平的变化，即可知道液面是否到达警戒液面，然后 报警。 这样，电路可以简单、明了，易于检测液面。 图 34 液面检测单元 检测电路的抗干扰措施 电路中使用光电传感器检测点滴速度和警戒值。 这样系统检测信号受到可见光以及测量调节中点滴抖动的影响，要使检测到的信号尽量准确，需要对系统电路进行抗干扰处理。 （ 1）防止可见光干扰 电路中使用了光电传感器，在接受到发送的红外线的同时，将会接收可见光。 当可见光的强度足够大时，将会影响到接收的红外光信号的精度。 抗可见光干扰可以使用在光电传感器探测头加遮光罩，或使用脉冲频率调制的方法。 由于系统电路中使用直流 电源给光电传感器提供工作电压，所以本系统使用在光电传感器探测头上加遮光罩。 （ 2）防抖动干扰 电路中需要检测储液瓶中液面高度以实现报警，同时需要检测点滴速度及通过改变 2h 高度实现对点滴速度的控制，所以测量时被测装置将会移动，当光电传感器和被测装置之间不能紧密连接时，检测到的信号误差，所以要减小被测装置移动时产生的抖动干扰。 本系统中将光电传感器固定在被测装置上，以减小被测装置移动时产生的抖动干扰。 当储液瓶中液面晃动时，会使光敏传感器产生误报警，利用单片机检测信号时，适当加上一段时间的延迟，待系统稳定时再测，可以减小液面晃动时产生的干扰。 13 （ 3）干扰的软件处理。 如下 图， 是单片机输入信号的正常波形和异常波形。 图 35 单片机 输入信号 检测到正常波形时脉冲宽度是 t mS，若软件采集脉冲波形上升沿，则检测到异常波形时，软件在 t mS 时间内只默认采集了一个上升沿，即将另一个上升沿屏蔽掉，这样软件就能将异常波形转换成正常波形进行处理。 声 光报警电路 本设计采用一个蜂鸣器与一个发光二极管实现声光报警。 当传感器检测液位低于预设值或传感器检测不到有液滴下落时，单片机控制蜂鸣器报警灯工作。 设计中的声光报警单元分为两部分 :一是光报警。 它是利用 80C52 的 I/0 口控制驱动发光二极管工作实现光报警的功能。 二是声报警。 它是利用蜂鸣器发出声音提示人们。 在本设计中光报警所使用的是在 80C52 的 脚上接一个发光二极管，当报警信号来临时，它发出一亮一灭闪烁信号通知护士人员。 声报警部分它时利用报警器来完成的。 现在市场上的报警器的种类很多，比如 :扬声器。 蜂鸣器 灯，本设计中选用电磁式蜂鸣器作为报警器。 电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。 接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。 振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。 14 图 36 声光报警单元 步进电机驱动单元（高度调整单元） 这部分主要由步进电机及其驱动电路和一定的机械结构组成。 电机安装在地面，电机的主轴上缠绕一根软线，软线通过支架顶部的滑轮系在储液瓶上。 通过电机的旋转可调节点滴装置的高度。 步进电机是纯粹的数字控制电动机， 由电脉冲信号即可转变成角位移，比其他类型的电动机更适合于本系统，故选用步进电动机。 本系统中使用步进电机来控制 2h 的高度，以控制点滴速度。 此次设计采用 42BY015 型步进电机，采用 L298N芯片， L298N 是 ST 公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。 该芯片采用15 脚封装。 主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达 46V。 输出电流大，瞬间峰值电流可达 3A，持续工作电流为 2A。 额定功率 25W。 内含两个 H 桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继 电器线圈等感性负载。 采用标准逻辑电平信号控制。 具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作。 可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。 使用 L298N 芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机。 15 图 步进电机驱动 键盘单元 键盘是由一组规则排列的按键组成，一个按键实际上是一个开关元件，也就是说键盘是一组规则排列的开关。 按键按照结构原理可分为两类，一类是触点式开关按键，如机械式开关 、导电橡胶式开关等；另一类是无触点开关按键，如电气式按键，磁感应按键等。 前者造价低，后者寿命长。 因此，微机系统中最常见的是触点式开关按键，本设计也不例外。 按键按照接口原理可分为编码键盘与非编码键盘两类，这两类键盘的主要区别是识别键符及给出相应键码的方法。 编码键盘主要是用硬件来实现对键的识别，非编码键盘主要是由软件来实现键盘的定义与识别。 全编码键盘能够由硬件逻辑自动提供与键对应的编码，此外，一般还具有去抖动和多键、窜键保护电路，这种键盘使用方便，但需要较多的硬件，价格较贵，一般的单片机应用系统较少采用。 非编码 键盘只简单地提供行和列的矩阵，其它工作均由软件完成。 由于其经济实用，较多地应用于单片机系统中，本设计便是如此。 本设计使用的是机械触点式按键开关，其主要功能是把机械上的通断转换成为电气上的逻辑关系。 也就是说，它能提供标准的 TTL 逻辑电平，以便与通。