基于单片机的液体点滴控制系统设计_毕业设计说明书论文(编辑修改稿)

基于单片机的液体点滴控制系统设计_毕业设计说明书论文(编辑修改稿)内容摘要：

明书（论文） 10 第二章 方案比较与论证 本次设计开始的时候想到两种设计方案，方案一是 把 光电传感器装在滴瓶的瓶口，通过监测瓶口液体没有了便进行报警。 方案二是把光电传感器装在输液管的聚液处，监测不再有液体或者一段时间没有液体经过便进行报警。 方案一：对滴瓶中的液体的液位进行监控 该方案中通过光电传感器对滴瓶中的液体的液位进行监控，当没有液体时报警，该方案中光电传感器放 出光束监控液面。 当没有液体时没有来自液面的反射光从而进行报警。 (可以把光电传感器装在瓶口处） 图 22 滴瓶 方案二：对滴管中的液滴进行监控，当滴管中长时间没有液体滴过，就认为是液体点完，从而报警。 此方法是通过光电传感器放出光束对滴管的液滴监控，当一定时间没有来自液滴的反射光线时，便进行报警。 （可以把光电传感器装在输液管聚液处） 图 23 输液管 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 11 对于上述两种方案，方案一需要把光电传感器装在点滴瓶上 ，方案二需要把光电传感器装在滴管上面，如果装在滴瓶上，就算是滴瓶中的液体没有了，滴管中还有很多，在实际医学应用中会会浪费药液，因此实际使用中较差。 而方案二把光电传感器装在滴管上，检测一段时间没有液体流过，就会报警，由于滴管还能储存一点液体，完全来的及报警以后过去处理。 因此方案二更好，贴近实际而且精度也高。 因此本次毕业设计使用的是方案二。 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 12 第三章 液体点滴速度监控装置的理论分析与参数计算 液体检测 检测是系统精度的关键部位，检测不准确将影响系统 的控制精度。 因此在选用检测部件时应尽量减小检测误差，经过理论分析与实验，选用了回归反射型与扩散反射型光电传感器以达到检测精度。 检测原理 光电液体检测其主要利用光在通过介质时产生的反射和折射现象来改变光的方向和光量的大小来实现的。 回归反射型光电传感器是将投光器同受光器按一定角度关系封装在同一传感器壳内。 投光器发出的光束需经反射板反射至受光器，受光器通过检测射入光量的多少来判断物体的有无。 由于红外光在通过液体时伴有反射与折射现象同时对红外线有一定的吸收作用，故从投光器发出的光束经过被测介质后再反射 回来的光通量大大削弱，从而可判断出液体的有无，如图 31 所示。 31 液位监测原理 扩散反射型光电传感器的投光器与受光器同样封装在一起，只是没有反射板配合其工作。 液滴检测的原理图如图 32所示。 当投光器发出的光线遇到液滴时，将通过液滴表面的反射作用把光线反射给受光器，从而来判断物体的有无。 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 13 通过这两种传感器的不同工作原理可对不同物理量进行有效的检测，从而满足题目的基本要求。 图 32 滴速检测原理图 液滴速度的检测原理主要是检测一滴液体的经过了几个定时时间，因此只要把一滴除以一滴液体经过的定时次数而计算出的定时的时间（定时时间可以由定时的次数计算出来，该设计中定时一次时间为 10ms） 图 33 液滴检测示意图 液滴累计 液滴的累计主要是通过单片机的中断口来产生的，每一次滴液便产生一次中断，然后计数，如此累加上去。 影响测量精度的因素分析 本次设计主要采用的是光电传感器来监测滴 管聚集液体的地方，而影响测南京工程学院毕业设计说明书（论文） 14 量精度的因素也有很多，比如： (1)如果滴管中的液体滴的比较快，呈现出水柱状，那么使用光电传感器就不能测出液体的流速，也就是不能使用图 33 所示的原理来实现测滴速，会使测量不准确，因此必须保持液体呈现水滴状。 (2)必须把滴管竖直不曲折的放置，这样就不会出现因为滴管曲折而导致液体时而流动时而不流动而产生误差报警。 系统设计思路 该系统的设计主要是采用光电传感器来检测滴管聚液处的液体流速，因此把光电传感器放置在滴管聚液处。 然后把检测结果送入单片机的中断口，单片机则是充当了 中枢环节，报警电路则使用蜂鸣器来实现，通过液体监测的结果来判断是否报警。 该设计的按键部分则是用来实现异常状况出现的时候是否报警，以及出现多长异常状况的时候进行报警。 因此设计 4 个按钮分别实现进入设置界面、异常报警时间上调、异常报警时间下调、以及是否异常报警。 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 15 第四章 液体点滴速度监控装置硬件电路设计 硬件电路主要分为检测电路 、 按键电路 、 显示电路 、 报警电路以及时钟震荡电路五个部分。 通过该五部分的结合组成了液体点滴速度监控装置。 系统硬件框图 本设计次用 STC89C52 单片机为核心，通过外部的光电传感器来实现外部中断，每次中断便通过单片机的定时器 /中断器来计算中断次数也就是中断时间，从而实现速度的监控，以及异常的报警，然后采用动态扫描来实现 LCD动态显示，同时还能够使用按键来改变报警时间，液体点滴速度控制系统的系统框图如图 41 所示： 图 41 液体点滴速度控制系统的系统框图 这个系统通过 STC89C52 单片机来协调整个系统的工作，光电传感器电路用于监测来自外界的信号送入单片机。 按键电路用于设置不同的参数来控制异常报警以及是否异常报警。 显示电路通 过 LCD 显示当前的液体速度，以及液体的累计滴数。 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 16 单片机主机系统电路 STC89C52 单片机介绍 本次毕业设计采用 STC89C52 单片机，是 一种低功耗、高性能 单片机，由于做了很多的改进，因此它的性能比 51 单片机更加强力。 如图 42 所示： 图 42 STC89C52 芯片引脚图 STC89C52 单片机具有很多优点 ,首先由于其价格在各类型号的单片机中价格比较便宜 ,因此使用也比较广泛 ,其次它自身也存在许多优点 ,比如它支持在线下载程序 ,编程简单 ,因此适合初学者使用 ,概括来说这种优势 就是可以用串口直接下载程序，不用 ISP 下载器。 STC89C52 拥有比 51 单片机更加强的性能： (1)C系列的单片机没有看门狗， S 系列的有看门狗，看门狗可以有效防止程序进入死循环。 (2)STC89C52 片内程序存储器 4K 字节，数据存储器 128 字节。 AT89C52片内程序存储器 8K 字节，数据存储器 256 字节， AT89C52 可存储更多程序。 (3)STC89C52 有两个定时器， 6 个中断源。 AT89C52 有三个定时器， 8 个中断源。 STC89C52 单片机有 3 个 16 位 定时器 /计数器 （ T0,T1,T2） ， 4个外部中断 ,它是全双工串口 ,由于做了很多改进 ,所以它有的功能 51 单片机而没有。 同时南京工程学院毕业设计说明书（论文） 17 STC89C52 单片机具有 8K字节的程序存储空间以及 512 字节的数据存储空间以及期内带的 2K字节的 EEPROM 存储空间，它的工作电议一般为 ，工作频率一般为 0 到 40MHz，综上所述，它是 51 型单片机的改进加强型。 STC89C52 单片机的引脚可以分为 11个 部分，各个部分引脚功能的介绍 ： (1) Vcc：电源电压。 (2) GND：地。 （ 3） P0 端口有七个口即 ～ 口，所在的引脚为 39～ 32。 P0 口 可以 作为单片机的输出端口，每个引脚能驱动 8 个 TTL 负载，当 P0 为 1 时，可以看作是高阻抗输入。 此外 P0 口也可以提供低 8 位地址和 8 位数据的复用总线，此时 P0 口内部上拉电阻有效。 在 Flash ROM 编程时， P0端口接收指令字节，而在校验程序时，则输出指令字节。 （ 4） P1端口即 ～ 口，所在引脚为 1～ 8 引脚。 P1口可以作为 I/O口，而且它内带上拉电阻。 P1口通过它的 输出 缓冲器驱动 4 个 TTL。 当用作输入口时，对端口写入 高电平 时，端口 会变为 高电位 ，主要是由于上拉电阻的缘故。 当 P1 口作输入口时， 有些引脚也会有电流流过。 此外， 和 还可以作为定时器 /计数器 2 的外部技术输入（ ）和定时器 /计数器 2的触发输入（ ），具体参见下表 41： 在对 Flash ROM 编程和程序校验时， P1 接收低 8 位地址。 表 41 和 引脚复用功能 引脚号 功能特性 T2（定时器 /计数器 2 外部 计数输入），时钟输出 T2EX（定时器 /计数器 2 捕获 /重装触发和方向控制） （ 5） P2端口即 ～ ，所在引脚为 21～ 28。 P2 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口。 P2 是通过它的 输出缓冲器驱动 4 个 TTL 的 输入。 对端口写入 1 时， 通过其内部的上拉电阻把端口变为高电平 ， P2 口在这时候可以用作 输入口。 P2 作为输入口使用时， 由于 上拉电阻 的原因 ，那些被外部有些 引脚会 有 电流 流过。 在对 Flash ROM 编程 以及 程序校验期间， 一些 高位地址和控制信号 也可以由 P2 口进行接收。 P3 口可以作为一般 的 I/O 口，这功能和其他 I/O 口的功能相同，不同的是还具有复用功能， P3 口的复用功能如表 42 所示： 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 18 表 42 P3 口引脚的复用功能 [4] 引脚号 功能 串行输入口即 RXD 串行输出口即 TXD 外部中断 0 外部中断 1 定时器 0 的外部输入即 T0 口 定时器 1 的外部输入即 T1 口 外部数据存储器写选通 外部数据存储器读选通 （ 6） RST 即 9 引脚。 起到复位输入的作用。 RST 起作用是在 当输入连续两个机器周期以上高电平时进行复位，因此 RST主要用来完成单片机的复位初始化操作。 RST 引脚复位高电平有效。 （ 7） ALE 即 30引脚。 ALE表示地址锁存控制信号，它是访问外部程序存储器时，锁存低 8 位地址的输出脉冲。 在一般情况下， ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。 特例是，在每次访问外部数据存储器时， ALE 脉冲将会跳过。 （ 8） VPP 即 31 引脚。 访问外部程序存储器控制信号。 为使能从 0000H 到FFFFH 的外部程序存储器读取指令，必须接 GND。 注意加密方式 1 时，将内部锁定位 RESET。 为了执行内部程序指令，应该接 VCC。 在 Flash 编程期间，也接收 12 伏 VPP 电压。 （ 9） PSEN 即 29 引脚。 外部程序存储器选通信号。 当 STC89C52RC 从外部程序存储器执行外部代码时，在每个机器周期被激活两次，而访问外部数据存储器时，将不被激活。 （ 10） XTAL1 即 19引脚。 它是振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 （ 11） XTAL2 即 18 引脚。 它是振荡器反相放大器的输入端。 单片机主机系统设计 单片机主机系统电路主要由时钟电路和复位电路构成。 如图 43 所示。 时 钟电路：采用内部震荡的方式，结构简单，所得的时钟信号稳定，采用并联谐振电路分别用电容 C2和 C3与单片机的 XTAL1 和 XTAL2 相连，谐振频率设定为。 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 19 复位电路：本设计采用的是手动复位和上电复位组合方式，开始时 RST 处于低电平而正常工作，当按键按下的时候，开关导通（是通过上电复位实现，每次上电便进行复位） 这个时候电容两端形成了一个回路，电容被短路，所以在按键按下之后，电容开始释放之前充的电量。 复位后系统将 I/O口寄存器置为 0FFH，堆栈指针 SP置为 07H， SBUF内置为不定值，其余的寄存器 全部清 0。 图 43 单片机主机系统电路 按键输入电路 按键电路主要设计成 4 个按钮，如图 44 所示，按钮的功能为： KSET 按钮：使系统进入 SET 界面 KUP 按钮：设置异常报警的时间上调 KDN 按钮：设置异常报警的时间下调 KON 按钮：设置是否启动报警功能 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 20 图 44 按键部分 按钮的实物图如图 45所示： 图 45 按钮 液晶显示 LCD1602 介绍 LCD1602 是工业。