基于单片机的输液监护器设计毕业设计(论文)(编辑修改稿)

基于单片机的输液监护器设计毕业设计(论文)(编辑修改稿)内容摘要：

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 基于单片机的输液监护器的设计 11 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→A→C→B→„ 的顺序，则步进电动机将按顺时针方向旋转，所以要改变步进电动机的旋转方向可以在任何一相通电时进行。 步进电动机已成为除直流电动机和交流电动机以外的第三类电动机。 传统电动机作为机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。 可是在人类社会进入自动化时代的今天，传统电动机的功能已不能满足工厂自动化和办公自动化等各种运动控制系统的要求。 为适应这些要求，发展了一系列新的具备控制功能的电动机系统，其中较有自己特点，且应用十分广泛的一类便是步进电动机。 步进电机控制原理 步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。 步进电机可分为反应式步进电机（简称VR）、永磁式步进电机（简称 PM）和混合式步进电机（简称 HB）。 步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。 步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。 其基本原理作用如下： (1)控制换相顺序 通电换相这一过程称为脉 冲分配。 例如：三相步进电机的三拍工作方式，其各相通电顺序为 ABC－ A,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制 A,B,C,A 相的通断。 (2)控制步进电机的转向 如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。 (3)控制步进电机的速度 如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。 两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。 调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。 表 步进电机控制原理 r 方式 步序 控制位 通电绕组 控制字 基于单片机的输液监护器的设计 12 三 相 单 三 拍 式 1 步 2 步 3 步 C 相 B 相 A 相 0 0 1 0 1 0 1 0 0 A 相 B 相 C 相 01H 02H 03H 根据上表，单三拍相序为 A— B— C— A 时电机正转，反之 A— B— C— A则电机反转。 本题设计的关键 是控制电机的旋转方向和步数，把调节的最小绝对误差控制在预置数 M 10%177。 1滴 A T 8 9 C 5 1 单 片 机+ 5 V2 0 02 0 02 0 0继 电 器继 电 器继 电 器+ 1 2 V+ 2 4 V电 机 1 相电 机 2 相电 机 3 相2 0 02 0 02 0 0 图 步进电动机控制电路图 数据采集模块及工作原理 采集部分采用红外传感技术实现对滴斗中点滴的检测，电路如图 所示。 比较器LM311 的门限电压为可调电压，可提供 V—— 5V 的电压，以适应不同环境。 当无点滴经过红外传感器感应区时，接收管导通， Vi 输出低电平，低于比较器的门限电压 V， V1输出低电平。 当点滴经过感应区时，红外发射管发出的光线在一个短暂的 时间内被阻挡，接收管出现一个短暂的截止， Vi 输出电平产生一个上升沿，高于比较器的门限电压 V，比较器输出一个高电平脉冲给单片机，触发单片机计数，达到了单位时间内计数的目的。 基于单片机的输液监护器的设计 13 图 数据采集装置 发光二极管发射的光束经过茂菲氏管的液滴滴落线投射到光敏三极管的感光面， 结构图如 所示， 在没有液滴滴落时，光敏三极管接收到的光照度最大，产生的光生电流也最大。 当有液滴滴落时，由于液滴的光学特性，使光束发散，投射到光敏三极管上的光照度将下降，从而使光敏管光生的电流下降，由于不同类型的药液 (透明、半透明和不透明 )液滴的光学特性不同，形成如图 ，只要检测光电三极管的输出电流脉冲，就可以探测出有无液 滴的通过。 发光二极管光敏三极管滴 管 图 采集装置结构图 ty 图 数据采集装置输出波形 基于单片机的输液监护器的设计 14 红外发光二极管和光敏三极管 光电传感器 由发光源和受光器两部分组成。 发光源常用砷化镓红外发光二极管，发光源引出的管脚为输入端。 常用的受光器有光敏三极管、光敏晶闸管和光敏集成电路等。 受光器引出 的管脚为 输出端。 光耦合器利用电 光 电两次转换的原理，通过光进行输入与输出之间的耦合。 红外发光二极管主要参数 砷化镓红外发光二极管主要用于光电输入机及光电读出装置的光源，光电控制以及光电耦合的红外光源，采用环氧树脂全包封，下表列出了砷化镓红外发光二极管的主要性能参数，根据性能参数进行液体点滴速度检测电路的设计。 表 红外发光二极管主要参数 HG313S 参数 数值 HG313S 参数 数值 最大功率（ mw） 75 发射功率 (mw) 2 最大正向电流 (mA) 50 发光峰值波长 (nm) 940 正向压降 (v) ≤ 半峰宽度 (A) ≤ 400 反向电流 (ｕ A) ≤ 50 结电容 (pf) ≤ 100 反向耐压 (v) ≥ 5 截止频率 (mHZ) ≥ 1 光敏三极管的主要参数 硅光敏三极管用于近红外光探测器，以及光耦合，特性识别，过程控制等方面。 用陶瓷底座环氧封装，下表列出了硅光敏三极管的主要性能参数，根据性能参数进行液体点滴速度检测电路的设计。 表 光敏三极管的主要参数 参数 符号 额定值 工作温度 (℃ ) Topr 65 ~ +125 存储温度 (℃ ) Tstg 65 ~ +150 集射极击穿电压 (v) Vceo 45 集电极基极击穿电压 (v) Vcbo 45 基于单片机的输液监护器的设计 15 发射极基极击穿电压 (v) Vebo 5 功率损耗 (mW) Pd 300 集电极电流 (mA) Ic 饱和电压 (v) Vce 峰值波长 (nm) λ 940 开启时间 (181。 s) Ton 8 切断时间 (181。 s) Toff 7 电源 模块 监控系统采用 电池供电，可满足室内走动的需要。 为保证输液正常工作 ，电源电路 中还配有电池电量检测装置，在电池电量比较低，可能会影响到输液正常工作的 情况下及时报警，提醒更换电池。 由于单片机和显示器都需要 5V 左右电源 ，而 nRF905 需要 电源，所以这里在做电路板时采用留插槽的方式，提供 5V 电源，然后通过 DC— DC 芯片MRCLD33B 得到 电源。 与监控电脑相连接的电路由电脑供电。 单片机和 RS232C 接口需要 5V 电源，而 nRF905需要 电源，所以也要通过芯片 MRCLD33B 得到 电源。 声报警模块 报警电路如 图 所示，直接接在单片机的 脚，在输液前，根据病人情况设定输液速度，当点滴的速度低于 20 滴 /分或高于 150 滴 /分时，单片机发出信号使 出现高电平，触发蜂鸣器报警装置，蜂鸣器发出响声。 如有人按报警按钮， I/O 口也会输出高电平，触发蜂鸣器报警，提醒医护人员和受液人采取相应措施，避免危险事故发生。 如 10 秒后仍然无人处理，则关闭输液器。 保证病人安全。 + 5 VI / O 口N P NS P E A KE R 图 报警电路 基于单片机的输液监护器的设计 16 复位电路 此系统采取的是手动复位，按下复位按钮，在 RST 端就会产生高电位，持续 2个机械周期，系统就会复位。 电路图如 图 ： R 2R 1+ 5 V CR S T8 9 C 5 1 图 复位电路 显示模块 在单片机应用系统中，通常都要有人机对话功能。 它包括人对应用系统的状态干预和数据输入以及应用系统向人报告运行和运行结果。 显示模块就是单片机向人汇报运行情况的工具。 在单片机系统中 ,常用的显示器有 : （ 1）发光二极管显示器 ,简称 LED(Light Emitting Diode)。 （ 2）液晶显示器 ,简称 LCD(Liquid Crystal Display)。 （ 3）荧光管显示器，简称 CRT。 近年来也开始使用简易的 CRT 接口 ,显示一些汉字及图形。 LED 就能满足显示的 要求，所以本设计采取 LED 显示 LED 显示器的结构 LED 显示器是单片机应用系统中常用的价廉输出设备。 它是由若干个发光二极管组成的 ,当发光二极管导通时 ,相应的一个点或一个笔画发亮。 控制不同组合的二极管导通 ,就能显示出各种字符。 LED 数码管的外形如图 所示： 基于单片机的输液监护器的设计 17 图 LED 外形 发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极显示器 ,阴极连在一起的称为共阴极显示器。 结构图如 图 (a),(b)所示 efdc b ag efdc b ag (a) 共阳极接法 (b)共阴极接法 图 LED 显示器接法 对于共阴极 LED,欲点亮的段在字节中所处的位为 “ 1” ,对于共阳极 LED,欲点亮的段在字节中所处的位为 “0” ，本设计采取的是共阴极接法。 表 LED 共阴 /共阳段选编码表 显示字符 共阴极字型码 共阳极字型码 显示字符 共阴极字型码 共阳极字型码 0 3FH C0 C 39H C6H 1 06H F9H D 5EH A1H 2 5BH A4H E 79H 86H 3 4FH B0H F 71H 8EH 4 66H 99H P 73H 8CH 5 6DH 92H U 3EH C1H 6 7DH 82H I 31H CEH 7 07H F8H Y 6EH 91H 8 7FH 80H H 76H 89H 9 6FH 90H L 38H C7H 基于单片机的输液监护器的设计 18 A 77H 88H 空格 00H FFH B 7CH 83H LED 显示器的显示方法 LED 显示器有静态显示和动态显示两种显示方式， 本设计采取的是动态显示， （ 1） LED 静态显示方式 所谓静态显示，就是当显示器显示某一个字符时，相应的发 光二极管恒定地导通或截止，例如七段显示器的 a,b,c,d,e,f 导通， g 截止，显示 0。 这种显示方式每一位都需要有一个８位输出口控制。 （ 2） LED 动态显示方式 扫描显示方式 ,即在某一时刻 ,只让某一位的位选线处于选通状态 ,而其它各位的位选线处于关闭状态 ,同时 ,段选线上输出相应位要显示字符的字型码 ,这样同一时刻 ,4 位 LED中只有选通的那一位显示出字符 ,而其它三位则是熄灭的。 由于人眼有视觉暂留现象 ,只要每位显示间隔足够短 ,则可造成多位同时亮的假象 ,达到显示的目的。 本设计采取的是动态显示。 7段译码器 CD4511 CD4511 是七段码十六进制锁存译码驱动芯片，它能将四位二进制数编码转换位七段LED 显示器的字段码，同时具有锁存和驱动能力。 CD4511 管脚配置如图 所示： V s s1543261 09871 51 11 21 31 41 6L EDABCL TB IedcbagfV d dC D 4 5 1 1 图 CD4511 管脚图 A， B， C， D— BCD 码输入端 LE— 锁存允许端，当 LE=0 时， 4 位 BCD 码进入锁存器，当 LE=1 时，输入的数据被锁存，其逻辑图如图 所示： 基于单片机的输液监护器的设计 19 /LT 和 /BI 的功能如表 所示， a~g 的七段码输出端。 锁存器译码器驱动器ACBD。