输液监控系统毕业设计(论文)说明书(编辑修改稿)

输液监控系统毕业设计(论文)说明书(编辑修改稿)内容摘要：

，也可由硬件实现。 要根据系统实时性与价格比进行综合考虑，输液监控系统分为硬件，软件两部分：硬件部分主要是病人端的液位、滴速的检测、报警与显示及数据的发送，护士端的接受，报警；软件部分主要是单片机下位机、总机程序及 PC上位机程序。 其框图如图 22所示 ： 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 5 图 21 输液监控系统分布图 图 22 系统框图 输液监控系统硬件部分 软件部分从机部分硬件 总机部分硬件液位检测电路无线发射电路声光报警电路显示电路无线接收电路声光报警电路下位机软件上位机软件液滴检测电路河南理工大学毕业设计（论文）说明书 6 方案论证与比较 液滴检测方案选择 方案一：用压力传感器 进行测量的方法。 压电传感器主要利用压电效应而造成的，在输液瓶的下方加一个压力传感器，通过压力大小变化来判断是否有药液滴下，压力传感器具有价格低、抗干扰能力强、使用寿命长等优点。 但在本设计中却不易实现，结果误差较大。 方案二：采用红外对管检测，红外对管是一种利用红外线为介质的测量系统，具体用法是把对管放在莫菲式管两侧，红外发送管对光的敏感性较强，当有液滴下落时使发送管接受到某种红外线后会发生明显变化进而发送信息，红外接收管接收到微弱信号，经放大并进行电压比较后再经整形处理传送给单片机，计算出液滴速度。 近几十年 来，红外传感器以优越的价格及优良的性能得到广大电子爱好者的青睐，广泛应用在工业、农业、医疗等各大行业之中。 本设计采用方案二。 通信方式选择 方案一：采用有线方式：借助双绞线、同轴电缆等可进行点到点或点到多点的通信方式，其突出优点是保密性好、可靠性高、抗干扰性能强；但有线通信扩展性能差、布线相当麻烦、成本较高。 由于有线通信是把很多线缆埋在地下，时间久了，线路容易腐化或遭到侵蚀，影响通信质量。 方案二：采用无线方式：无线通信是相对有线通信而言的，免去了布线的麻烦，即利用电磁场电磁波在空间中自由传 播的特征，进行信息交换的一种通信方式。 无线通信具有成本低廉、扩展性好、适应性好等优点。 无线通信具有一定的移动性，只需在终端架设天线或连接到电台即可，无需浪费大量人力物力去架设电线杆或挖沟埋线缆；无线通信几乎不受地理环境限制，特别是在湖泊、山区等恶劣环境中使用非常方便。 有广泛的适应性。 考虑到医院里病房很多，所以用有线很不方便。 本设计采用方案二。 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 7 3 硬件系统设计 3． 1 硬件框图 下位机电路在整个设计中占主导地位，是以 AT89S2为主芯片，辅以传感器检测电路、数码管显示电路、声光报警电路、无线传输电路 等外围电路共同组成的，下位机部分电路主要功能是实现液滴、液位检测，采集信号并通过无线模块发送出去 [3]。 发送电路硬件框图如图 31所示 图 31 下位机部分电路硬件框图 本系统采用的单片机主芯片 AT89S52 为 ATMEL 所生产的一种低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K在系统可编程 Flash 存储器。 AT89S52 主要功能列举如下： 拥有灵巧的 8位 CPU 和在系统可编程 Flash 晶片内部具时钟振荡器（传统最高工作频率可至 12MHz） 内部程序存储器（ ROM）为 8KB AT 89 S 52传感器检测显示电路声光报警电路无线发射河南理工大学毕业设计（论文）说明书 8 内部数据存储器（ RAM）为 256 字节 32 个可编程 I/O 口线 8 个中断向量源 三个 16 位定时器 /计数器 三级加密程序存储器 全双工 UART 串行通道 AT89S52 各引脚功能介绍如图 32： 图 32 单片机引脚图 VCC： AT89S52 电源正端输入，接 +5V。 VSS：电源地端。 XTAL1：单芯片系统时钟的反相放大器输入端。 XTAL2：系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接 上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两引脚与地之间加入一 20PF 的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。 RESET： AT89S52 的重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间， AT89S51 便能完成系统重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且至地址 0000H 处开始读入程序河南理工大学毕业设计（论文）说明书 9 代码而执行程序。 EA/Vpp： EA为英文 External Access的缩写，表示存取外部程序代码之意，低电平动作，也就是说当 此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码（存于外部 EPROM中）来执行程序。 因此在 8031 及 8032 中， EA引脚必须接低电平，因为其内部无程序存储器空间。 如果是使用 8751 内部程序空间时，此引脚要接成高电平。 此外，在将程序代码烧录至 8751 内部 EPROM 时，可以利用此引脚来输入 21V的烧录高压（ Vpp）。 ALE/PROG： ALE 是英文 Address Latch Enable的缩写，表示地址锁存器启用信号。 AT89S52 可以利用这支引脚来触发外部的 8 位锁存器（如 74LS373），将端口 0的地址总线 （ A0～ A7）锁进锁存器中，因为 AT89S52 是以多工的方式送出地址及数据。 平时在程序执行时 ALE 引脚的输出频率约是系统工作频率的 1/6，因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。 此外在烧录 8751 程序代码时，此引脚会被当成程序规划的特殊功能来使用。 PSEN：此为 Program Store Enable的缩写，其意为程序储存启用，当 8051 被设成为读取外部程序代码工作模式时（ EA=0），会送出此信号以便取得程序代码，通常这支脚是接到 EPROM 的 OE 脚。 AT89S52 可以利用 PSEN 及 RD 引脚分别启用存在 外部的 RAM与 EPROM，使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用 64K 的定址范围。 PORT0（ ～ ）：端口 0是一个 8位宽的开路汲极（ Open Drain）双向输出入端口，共有 8 个位， 表示位 0， 表示位 1，依此类推。 其他三个 I/O 端口（ PP P3）则不具有此电路组态，而是内部有一提升电路， P0在当做 I/O 用时可以推动 8个 LS 的 TTL 负载。 如果当 EA 引脚为低电平时（即取用外部程序代码或数据存储器），P0 就以多工方式提供地址总线（ A0～ A7）及数据总线（ D0～ D7）。 设 计者必须外加一锁存器将端口 0 送出的地址栓锁住成为 A0～ A7，再配合端口 2所送出的 A8～ A15 合成一完整的 16位地址总线，而定址到 64K 的外部存储器空间。 PORT2（ ～ ）：端口 2是具有内部提升电路的双向 I/O 端口，每一个引脚可以推动 4 个 LS 的 TTL 负载，若将端口 2 的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。 P2 除了当做一般 I/O端口使用外，若是在 AT89S52 扩充外接程序存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节 A8～ A15，这个时候 P2便不能当做 I/O 来使用了。 PORT1（ ～ ）：端口 1也是具有内部提升电路的双向 I/O 端口，其输出缓冲器可以推动 4 个 LS TTL 负载，同样地若将端口 1 的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。 如果是使用 8052 或是 8032 的话， 又当做定时器 2 的外部脉冲输入脚，而 可以有 T2EX 功能，可以做外部中断输入的触发脚位。 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 10 PORT3（ ～ ）：端口 3也具有内部提升电路的双向 I/O 端口，其输出缓冲器可以推动 4个 TTL 负载，同时还多工具有其他的额外特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或 写入控制等功能。 其引脚分配如下： ： RXD，串行通信输入。 ： TXD，串行通信输出。 ： INT0，外部中断 0输入。 ： INT1，外部中断 1输入。 ： T0，计时计数器 0输入。 ： T1，计时计数器 1输入。 ： WR：外部数据存储器的写入信号。 ： RD，外部数据存储器的读取信号。 RST：复位输入。 当振荡器复位器件时，要保持 RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。 在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。 在平时， ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。 因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。 然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE脉冲。 如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。 此时， ALE 只有在执行 MOVX， MOVC 指令是 ALE才起作用。 另外，该引脚被略微拉高。 如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。 在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次 /PSEN 有效。 但在访 问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN 信号将不出现。 /EA/VPP：当 /EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ 0000HFFFFH），不管是否有内部程序存储器。 注意加密方式 1时， /EA 将内部锁定为 RESET；当 /EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。 在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（ VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 11 数码显示电路 显示电路主要是用来显示滴速的，液滴滴速显示一是为了方便 护士给病人挂水时调节滴速，防止只凭经验调速不准而造成医疗隐患；二是为了方便护士巡房，使其服务更加准确、高效。 由于输液时滴速的正常范围一般规定是在 30 到 150滴每分钟，所以数码管选用三位即可，本设计选用的是四位 (四位数码管用三个即可 )联体的共阴极七段数码管进行动态显示的，共 12个引脚，其中 8 个引脚连接数码管的 8个段，其余 3个 tom 引脚分别驱动个位、十位、百位数码管显示，其显示电路如图 33 所示： 图 33 数码显示电路 液滴液位检测电路 液滴液位检测电路是本设计的 重中之重，如果滴速计算不准，将带来很大的麻烦。 液位检测不准，报警不准会造成护士手忙脚乱，失去智能监控的作用。 检测电路是把对管放在滴管两侧，对液滴速度进行测量。 发送管对光比较敏感，光反应后发出模拟信号，接收管接收后经电压比较器后进行电平转换。 检测电路如图 34 所示：其中 P1代表红河南理工大学毕业设计（论文）说明书 12 外发射管， P2 代表红外接收管 图 34 液滴 液位 检测电路 液位检测原理 将红外光发射 接收对管固定在吊瓶两侧，红外发光二极管发出红外光，光线透过吊瓶照射到光电接收极管，光电接收管将接收到的光 信号转换成电信号输出。 系统要求当瓶内液面降到 4～ 5cm 时，能发出报警信号。 这里的关键是如何检测到液面高度，采用红外对管实现。 让红外发射和接收管正对放置在瓶子两边。 根据接收信号强弱不同，用触发器或比较器处理，可得到水位到达临界线时会引起较大的电信号差异，由此判断水位到达警戒线，单片机发出报警信号。 其信号通过电子线路输入数据处理模块处理后，报警处理模块自动发出输液终点提示。 其实物图如图 35 所示： 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 13 图 35 液位检测实物图 液位检测较滴速检测简单一些，经过多次测试，发现 当没有液体时的电压是 ,有液体时的电压是。 因此在选择比较器的参考电压时选择为。 当液位逼近报警界面时，由于气泡等的因素，输出电压呈现如图 36所示的波形。 图 36 液位报警时波形 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 14 滴速检测原理 在红外监测中，。