基于AT89C51單片機《醫(yī)院輸液監(jiān)控系統(tǒng)》

1、引言靜脈輸液是臨床醫(yī)療工作中常用的輔助治療手段，在我國臨床應(yīng)用非常廣泛，是一種利用液體靜壓原理使液體下滴，經(jīng)靜脈輸入大量無菌溶液或藥物的治療方法。在進(jìn)行靜脈輸液的過程中，需要根據(jù)輸注的藥物和患者的病情對輸液進(jìn)度進(jìn)行實時監(jiān)控。目前，普遍采用人工方式進(jìn)行監(jiān)控，對病人來說，存在很多潛在的危險。當(dāng)輸液瓶中的藥液輸完或藥液發(fā)生堵塞時，醫(yī)護(hù)人員若未能及時處理，就會發(fā)生回血或其他危險，給病人造成痛苦甚至發(fā)生醫(yī)療事故。目前，國家在醫(yī)療體制改革和醫(yī)學(xué)模式轉(zhuǎn)變過程中，靜脈輸液在醫(yī)療中占有重要的地位。針對現(xiàn)有靜脈輸液中存在的問題，采用光電檢測、單片機和通信技術(shù)，設(shè)計了輸液自動監(jiān)控裝置，它能夠輕松地實現(xiàn)對液體滴速的檢

2、測顯示與控制，當(dāng)輸液液體低于設(shè)定位置時的聲光報警，并通過串行口與主機相連，實現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制功能。該裝置的使用在增加輸液安全性的同時也減少了醫(yī)護(hù)人員的勞動。 摘要針對目前我國大部分醫(yī)院在對病人進(jìn)行靜脈輸液治療是醫(yī)護(hù)人員監(jiān)護(hù)任務(wù)繁重的問題，設(shè)計了一套面向所有大中小醫(yī)院和診所的醫(yī)院輸液監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)以pc為上位機作為整個系統(tǒng)的控制監(jiān)控中心，用單片機at89c51為核心作為下位機通過光電傳感器對吊瓶的液位進(jìn)行檢測及報警，并對滴速進(jìn)行精確地檢測與控制。上位機與下位機用rs485總線進(jìn)行串行通信，能夠使醫(yī)護(hù)人員實時了解輸液狀態(tài)。論述了該系統(tǒng)的檢測原理、總體結(jié)構(gòu)、主要功能部件設(shè)計和軟硬件系統(tǒng)的組成。該系統(tǒng)

3、低功耗、成本低、性能穩(wěn)定、便于攜帶、實用性強。關(guān)鍵詞：輸液監(jiān)控、at89c51、串行通信、rs485abstract aiming at the heavy problem of nurses in most of our hospitals when carry on transfusion to the patients currently and then designed a set of system which is called fluid infusion supervision system .it is faced to all the hospitals and clin

4、ic. this system take the pc as its master machine. the pc is the controler of the whole system. take the single chip at89c51 as a core of the next machine which will test and display the level of the liquid bottle. it can examine and control the speed of lose a liquid accurately. pc communicate with

5、 single chip by the total line of rs485.it can make the nurses know the status of loses liquid while patients take the personnel solid. discussed the constituting of examination principle, total structure and main function parts design and the constitution of software and hardware system. the system

6、 is low achievement consumes, low cost and stable function and easy to take, the function is strong.keywords: supervision of transfusion;at89c51; signal communication;rs485第1章 緒論1.1 選題背景及依據(jù)靜脈輸液治療是臨床醫(yī)療工作中常用的治療手段，但目前大多數(shù)醫(yī)院及醫(yī)療機構(gòu)都沒有實現(xiàn)輸液的自動監(jiān)控管理，從而在輸液過程中，當(dāng)輸液完成需要換藥時，需要醫(yī)務(wù)人員發(fā)現(xiàn)及時，否則就會出現(xiàn)空氣進(jìn)入血管內(nèi)形成空氣栓賽，凝血堵塞針頭等情況，

7、輕則延誤治療，重則會危及病人生命安全，發(fā)生醫(yī)療事故。平時臨床輸液中采取的應(yīng)對措施一般是由患者、陪侍或醫(yī)務(wù)人員隨時觀察監(jiān)視藥液余量情況，從而加重了護(hù)理人員的勞動負(fù)擔(dān)，也不利于病區(qū)的綜合管理。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合臨床實踐，可以開發(fā)基于單片機的醫(yī)院輸液監(jiān)控系統(tǒng)來代替人工監(jiān)護(hù)，即減輕醫(yī)務(wù)人員的工作強度及病人和醫(yī)務(wù)人員不斷觀察輸液是否完成而形成的壓力，同時管理系統(tǒng)記錄輸液過程，并能夠作為醫(yī)療檔案，為解決各種醫(yī)患糾紛提供證據(jù)，又實現(xiàn)醫(yī)療護(hù)理自動化和智能化。1.2 主要研究內(nèi)容課題主要研究系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用主從式結(jié)構(gòu)，輸液過程中液位的檢測、滴速的檢測顯示與控制，報警系統(tǒng)的設(shè)計，通信系統(tǒng)的設(shè)計，傳感器及各

8、種器件的選擇與計算等。1.3國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀輸液在國內(nèi)具有巨大的市場規(guī)模與市場容量。2002年，我國輸液銷售總量為60億瓶，銷售總額超過500億元。據(jù)分析，我國輸液的總體市場潛量高達(dá)120億瓶。在如此大的輸液市場下，醫(yī)院進(jìn)行輸液用藥治療時，對患者輸液進(jìn)度的監(jiān)控，普遍由患者、陪護(hù)人員或醫(yī)務(wù)人員來進(jìn)行。一方面影響病人休息和治療，也給醫(yī)護(hù)人員的高效工作帶來了諸多不便。實時輸液監(jiān)控已成為現(xiàn)代醫(yī)療中必需的一部分。德國的費森尤斯集團(tuán)其產(chǎn)品orche stra 中的 base intensive是一個提供輸液數(shù)據(jù)管理的輸液工作站, 主要用于icu 病房，讓icu醫(yī)生擁有功能強大的輸液管理系統(tǒng)。德國貝朗公司開發(fā)

9、的輸液治療監(jiān)護(hù)管理系統(tǒng)，也主要用于icu病房，它集輸液治療監(jiān)護(hù)于一體，具有藥物列表輸注模式選擇、同步信息顯示、藥物走勢記錄等功能。醫(yī)生根據(jù)患者病情在藥物列表上選中某藥，就可以設(shè)置該藥的輸液速度。現(xiàn)在國內(nèi)這方面的研發(fā)還不多,并且耗資巨大。由此可看出，在輸液監(jiān)控方面，國內(nèi)和國外都在開發(fā)大型的、多功能的自動輸液監(jiān)控系統(tǒng)，這些設(shè)備在實現(xiàn)強大功能的同時也有很大的體積和不菲的價格，并且很多輸液監(jiān)控系統(tǒng)都是在大型醫(yī)院集中使用，非常不適用于社區(qū)醫(yī)療的輸液實時監(jiān)控，不可能在大多數(shù)的醫(yī)療過程中普遍使用。第2章 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)醫(yī)院的床位和護(hù)理要求，本系統(tǒng)的基本思想是操作的集中化和控制的分散化，即采用分布式控制

10、系統(tǒng)。通過高速的數(shù)據(jù)通信，把各個分散點的信息集中起來，進(jìn)行集中的監(jiān)視和操作。2.1 主要內(nèi)容、功能及技術(shù)指標(biāo)1.通過串行通信方式構(gòu)成主從式結(jié)構(gòu)，pc作為主機收集各從站的實時信息，從機將各種實時信號送給主機以便實時監(jiān)控和記錄。2.從機由單片機構(gòu)成，完成對某一輸液控制過程的監(jiān)控。包括：光電傳感器、脈沖整形電路、二極管顯示電路、聲光報警電路等。3.從機數(shù)目不少于32，滴液速度1/31/5滴每秒。2.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計該輸液監(jiān)控系統(tǒng)由主站和從站兩部分組成（其框圖見圖2-1）：第一部分是由計算機pc和實時監(jiān)控軟件組成的上位機（即主站監(jiān)控中心）管理監(jiān)控系統(tǒng)。第二部分是以單片機at89c51為核心及其外圍

11、設(shè)備構(gòu)成的智能檢測和控制系統(tǒng)。主控pc機作為上位機用于監(jiān)控所有的輸液終端輸液情況，輸液監(jiān)控終端所檢測到的各種數(shù)據(jù)通過rs485總線傳送給主控pc機，完成系統(tǒng)功能。當(dāng)?shù)跗恐械囊后w低于設(shè)定值時，系統(tǒng)自動發(fā)出報警信號，提醒醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行相關(guān)處理。單片機系統(tǒng)能夠完成輸液滴速的監(jiān)測與顯示。在輸液監(jiān)控終端選用rs485收發(fā)器芯片max485完成由單片機到rs485串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換。主控pc機采用485he外置型rs232/rs485轉(zhuǎn)換器，直接插入pc機的串口，利用pc機串口供電，具有接收發(fā)送自動轉(zhuǎn)換，無需rts控制，軟件兼容廣泛。本系統(tǒng)采用rs485總線主要是因為rs485總線在硬件方面具有通信距離

12、遠(yuǎn) (可達(dá)1219m )，能實現(xiàn)點對多點通信，總線電路簡單，安裝方便，也克服了rs232通信距離近，只適合于點對點的缺點，跟其他總線相比，在軟件方面具有總線協(xié)議簡單的優(yōu)點。系統(tǒng)包括光電傳感器，脈沖整形電路，二極管顯示電路，聲光報警電路等。從機的數(shù)目為32個，將這些實時的信息傳送到主站以便實時監(jiān)控和記錄。圖2-1 系統(tǒng)原理圖2.3 系統(tǒng)主要功能1.可對輸液速度進(jìn)行精確地實時檢測與顯示；2.當(dāng)輸液的速度與設(shè)定的速度不相等時，能通過步進(jìn)電機對輸液速度進(jìn)行調(diào)節(jié)；3.能將病人輸液進(jìn)度信息送到主站，醫(yī)護(hù)人員就可以同時對多個病人的輸液進(jìn)度進(jìn)行監(jiān)控?？芍苯影褕缶盘柊l(fā)送到主站，提醒醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行處理。4.可在輸

13、液過程中進(jìn)行人為地強制報警；同時當(dāng)液體低于設(shè)定位置時，即輸液結(jié)束時可自動報警；2.4 系統(tǒng)工作原理 系統(tǒng)工作原理如圖2-2所示 ,輸液液滴的速度v可以用v = kapm表達(dá)，其中a為流通截面積，取決于管夾對輸液軟管夾力引起的軟管變形的大小，變形越大，流通截面積越??；p為壓差，取決于吊瓶懸掛的高度，懸掛的高度越高，壓差越大；k為比例系數(shù)，取決于液體的粘度等一些流體特性；m為流量特性指數(shù)，介于0.5到1之間。本文利用手動調(diào)節(jié)輸液軟管變形的大小，需要什么樣的液滴速度，就通過調(diào)節(jié)手動調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)整流通截面積。 圖3-2 系統(tǒng)工作原理圖吊瓶液面監(jiān)測系統(tǒng)，用于檢測剩余液體的數(shù)量，安放在吊瓶懸掛夾上。當(dāng)剩余液

14、體達(dá)到下限時，系統(tǒng)發(fā)出報警信號，提示醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行處理。第3章 硬件系統(tǒng)設(shè)計3.1 上位機的設(shè)計上位機采用計算機控制技術(shù)，以目前被廣泛采用的pc機作為多床位的監(jiān)控中心。建立友好的用戶界面，便于醫(yī)生和護(hù)士操作。接收從下位機傳輸上來的實時數(shù)據(jù)并顯示和報警。整個系統(tǒng)的監(jiān)控是由上位機的運行的監(jiān)控軟件來完成的。3.2 下位機的設(shè)計下位機以單片機at89c51為核心，輔以必要的外圍設(shè)備及電路，實現(xiàn)了滴速的檢測顯示以及吊瓶液位的檢測和報警。其系統(tǒng)框圖見圖3-1：圖3-1 下位機原理框圖3.2.1 單片機處理部分設(shè)計設(shè)計的思想是實用和小型化，中心處理部分主要采用at89c51單片機。at89c51單片機完全可以

15、滿足本系統(tǒng)的設(shè)計要求，相對于其他具有相當(dāng)功能的器件來說，具有價格便宜，對環(huán)境要求不高，工作穩(wěn)定等優(yōu)點。at89c51是美國atmel公司生產(chǎn)的低電壓，高性能cmos 8位單片機，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（rom）和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ram）。器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51指令系統(tǒng)，內(nèi)置通用8位中央處理器（cpu）和flash存儲單元，功能強大，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。1.功能特性概述：at89c51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部ram，32個i/o口線，兩個16位定時

16、/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通訊口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路，見圖3-2 at89c51 功能方塊圖。同時，at89c51可降至0hz的靜態(tài)操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止cpu的工作，但允許ram、定時/計數(shù)器、串行通訊口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作掉電方式保存ram中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。圖3-2 at89c51 功能方塊圖atmel的at89c51是一種高效微控制器，它為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。外形及引腳排列如圖3-3所示：圖3-3 at89c51的管腳圖2.管腳說明：vcc：供電電壓；gnd

17、：接地；p0口：p0口為一個8位漏級開路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。當(dāng)p1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在fiash編程時，p0口作為原碼輸入口，當(dāng)fiash進(jìn)行校驗時，p0輸出原碼，此時p0外部必須被拉高。p1口：p1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流。p1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗時，p1口作為第八位地址接收端。 p2口：p2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向

18、i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個ttl門電流，當(dāng)p2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。p3口：p3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門電流。當(dāng)p3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，

19、由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。p3口也可作為at89c51的一些特殊功能口，如下所示： p3.0 rxd（串行輸入口）p3.1 txd（串行輸出口）p3.2 /int0（外部中斷0）p3.3 /int1（外部中斷1）p3.4 t0（記時器0外部輸入）p3.5 t1（記時器1外部輸入）p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）p3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持rst腳兩個機器周期的高電平時間。ale/prog：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址

20、的地位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時， ale只有在執(zhí)行movx、movc指令是ale才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止，置位無效。/psen：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/psen有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/psen信號將不出現(xiàn)。ea/vpp：

21、當(dāng)/ea保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/ea將內(nèi)部鎖定為reset；當(dāng)/ea端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。xtal1和xtal2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，xtal2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 3.時鐘振蕩電路設(shè)計at89c51中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增

22、益反向放大器，引腳xtal1和xtal2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路如圖3-4。因為一個機器周期含有6個狀態(tài)周期，而每個狀態(tài)周期為2個振蕩周期，所以一個機器周期共有12個振蕩周期，如果外接石英晶振的振蕩頻率為12mhz，故而一個機器周期為1us。圖3-4 時鐘振蕩電路外接石英晶體及電容c1、c2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容c1、c2雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性。外接石英晶體，電容使用30pf10 pf。4.復(fù)

23、位電路設(shè)計復(fù)位電路雖然簡單，但其作用非常重要。一個單片機系統(tǒng)能否正常運行，首先要檢查是否能復(fù)位成功。復(fù)位操作有上電自動復(fù)位和手動復(fù)位兩種方式。為了方便醫(yī)護(hù)人員操作，設(shè)計采用上電自動復(fù)位的方式。上電自動復(fù)位是在加電瞬間電容通過時間來實現(xiàn)的其電路如圖3-5。在通電瞬間，電容c通過電阻r充電，rst端出現(xiàn)正脈沖，用以復(fù)位。只要電源vcc上升時間不超過1ms，就可以實現(xiàn)上電自動復(fù)位，即接通電源就可以實現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位初始化。關(guān)于參數(shù)的選定在振蕩穩(wěn)定后應(yīng)保證復(fù)位高電平持續(xù)時間大于2個機器周期。這里選用的是12mhz的石英晶振，可取c=10f，r=8.2k。圖3-5 上電復(fù)位電路3.2.2液位檢測電路設(shè)計根據(jù)

24、本系統(tǒng)液位滴速檢測的特點，只能選用光傳感器中的光電傳感器。光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。光電檢測方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點，而且可測參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，因此,光電式傳感器在檢測和控制中應(yīng)用非常廣泛。光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，它是把光信號（紅外、可見及紫外光輻射）轉(zhuǎn)變成為電信號的器件。 光電式傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。它可用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強、光照度、輻射

25、測溫、氣體成分分析等；也可用來檢測能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應(yīng)變、位移、振動、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識別等。光電式傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點，因此在工業(yè)自動化裝置和機器人中獲得廣泛應(yīng)用。1. 光電傳感器原理由光通量對光電元件的作用原理不同所制成的光學(xué)測控系統(tǒng)是多種多樣的，按光電元件（光學(xué)測控系統(tǒng)）輸出量性質(zhì)可分二類，即模擬式光電傳感器和脈沖(開關(guān))式光電傳感器。模擬式光電傳感器是將被測量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的光電流，它與被測量間呈單值關(guān)系。模擬式光電傳感器按被測量(檢測目標(biāo)物體)方法可分為透射(吸收)式、漫反射式、遮光式(光束阻檔)三大類。

26、所謂透射式是指被測物體放在光路中，恒光源發(fā)出的光能量穿過被測物，部份被吸收后，透射光投射到光電元件上。所謂漫反射式是指恒光源發(fā)出的光投射到被測物上，再從被測物體表面反射后投射到光電元件上。所謂遮光式是指當(dāng)光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測物光遮其中一部份，使投射剄光電元件上的光通量改變，改變的程度與被測物體在光路位置有關(guān)。 光敏二極管是最常見的光傳感器。光敏二極管的外型與一般二極管一樣，只是它的管殼上開有一個嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入，為增加受光面積，pn結(jié)的面積做得較大，光敏二極管工作在反向偏置的工作狀態(tài)下，并與負(fù)載電阻相串聯(lián)，當(dāng)無光照時，它與普通二極管一樣，反向電流很小，稱為光敏二極管的暗電流；當(dāng)

27、有光照時，載流子被激發(fā)，產(chǎn)生電子-空穴，稱為光電載流子。在外電場的作用下，光電載流子參于導(dǎo)電，形成比暗電流大得多的反向電流，該反向電流稱為光電流。光電流的大小與光照強度成正比，于是在負(fù)載電阻上就能得到隨光照強度變化而變化的電信號。光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的功能外，還有對電信號放大的功能。光敏三級管的外型與一般三極管相差不大，一般光敏三極管只引出兩個極-發(fā)射極和集電極，基極不引出，管殼同樣開窗口，以便光線射入。為增大光照，基區(qū)面積做得很大，發(fā)射區(qū)較小，入射光主要被基區(qū)吸收。工作時集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。在無光照時管子流過的電流為暗電流iceo=（1+）icbo（很?。?，

28、比一般三極管的穿透電流還??；當(dāng)有光照時，激發(fā)大量的電子-空穴對，使得基極產(chǎn)生的電流ib增大，此刻流過管子的電流稱為光電流，集電極電流ic=（1+）ib，可見光電三極管要比光電二極管具有更高的靈敏度。2.光電傳感器的結(jié)構(gòu)光電傳感器在一般情況下，有三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測電路。 發(fā)送器對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(led)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應(yīng)用該信號。3.光電傳感器的分類和工作

29、方式 槽型光電傳感器 把一個光發(fā)射器和一個接收器面對面地裝在一個槽的兩側(cè)的是槽形光電。發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見光，在無阻情況下光接收器能收到光。但當(dāng)被檢測物體從槽中通過時，光被遮擋，光電開關(guān)便動作。輸出一個開關(guān)控制信號，切斷或接通負(fù)載電流，從而完成一次控制動作。槽形開關(guān)的檢測距離因為受整體結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米。 對射型光電傳感器若把發(fā)光器和收光器分離開，就可使檢測距離加大。由一個發(fā)光器和一個收光器組成的光電開關(guān)就稱為對射分離式光電開關(guān)，簡稱對射式光電開關(guān)。它的檢測距離可達(dá)幾米乃至幾十米。使用時把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測物通過路徑的兩側(cè)，檢測物通過時阻擋光路，收光器就動作輸出一個開關(guān)控制信

30、號。 反光板型光電開關(guān)把發(fā)光器和收光器裝入同一個裝置內(nèi)，在它的前方裝一塊反光板，利用反射原理完成光電控制作用的稱為反光板反射式(或反射鏡反射式)光電開關(guān)。正常情況下，發(fā)光器發(fā)出的光被反光板反射回來被收光器收到；一旦光路被檢測物擋住，收光器收不到光時，光電開關(guān)就動作，輸出一個開關(guān)控制信號。 擴(kuò)散反射型光電開關(guān)它的檢測頭里也裝有一個發(fā)光器和一個收光器，但前方?jīng)]有反光板。正常情況下發(fā)光器發(fā)出的光收光器是找不到的。當(dāng)檢測物通過時擋住了光，并把光部分反射回來，收光器就收到光信號，輸出一個開關(guān)信號。紅外線發(fā)射與接收的方式有兩種，其一是直射式，其二是反射式。直射式指發(fā)光管和接收管相對安放在發(fā)射與受控物的兩端

31、，中間相距一定距離；反射式指發(fā)光管與接收管并列一起，平時接收管始終無光照，只在發(fā)光管發(fā)出的紅外光線遇到反射物時，接收管收到反射回來的紅外光線才工作。4傳感器的選型在上面四種類型的光電傳感器中，最適合液位滴速檢測的是對射型光電傳感器。采用紅外發(fā)光二極管作為發(fā)光器，用光敏三極管作為收光器，制成一個對射型光電傳感器,采用直射式將發(fā)光管和接收管相對安放在發(fā)射與受控物的兩端。（1）發(fā)光管選用廣州某電子公司型號為ir204c-a的紅外發(fā)光二極管，其實物和參數(shù)見圖3-6：圖3-6 r204c-a紅外發(fā)光二極管實物參數(shù)圖（2）接收管選用該公司型號為pt928-6c的紅外接收三極管，其實物和參數(shù)見圖3-7：圖3

32、-7 pt928-6c紅外接收三極管實物參數(shù)圖5.液位檢測原理:將紅外光發(fā)射-接收對管固定在吊瓶兩側(cè)，紅外發(fā)光二極管發(fā)出紅外光，光線透過吊瓶照射到光電三極管，光電三極管將接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出。系統(tǒng)要求當(dāng)瓶內(nèi)液面降到23cm時，能發(fā)出報警信號。這里的關(guān)鍵是如何檢測到液面高度，采用紅外對管實現(xiàn)。讓紅外發(fā)射和接收管正對放置在瓶子兩邊。根據(jù)接收信號強弱不同，用觸發(fā)器或比較器處理，可得到水位到達(dá)臨界線時會引起較大的電信號差異，由此判斷水位到達(dá)警戒線，單片機發(fā)出報警信號。其信號通過電子線路輸入數(shù)據(jù)處理模塊處理后，報警處理模塊自動發(fā)出輸液終點提示。6.液位信號紅外檢測電路設(shè)計在紅外監(jiān)測中，當(dāng)沒有液

33、滴落下時，輸出電壓為 0 v，當(dāng)有液滴落下時，液滴擋住了由發(fā)光二極管發(fā)射的紅外光，使接收管的感光量受到影響，輸出一個脈沖電壓。該脈沖電壓只有幾毫伏，采用運放lm324對此脈沖信號進(jìn)行放大。（1）通用型低功耗集成四運放lm324為價格便宜的帶有真差動輸入的四運算放大器。與單電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。lm324內(nèi)含4個獨立的高增益、頻率補償?shù)倪\算放大器，既可接單電源使用（332 v），也可接雙電源使用（1.515 v），驅(qū)動功耗低，可與ttl邏輯電路相容。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性。圖3-8為lm324管腳圖。圖3-8 l

34、m324管腳圖（2）lm324的特點：1.短跑保護(hù)輸出；2.真差動輸入級；3.可單電源工作：3v-32v；4.低偏置電流：最大100na；5.每封裝含四個運算放大器；6.具有內(nèi)部補償?shù)墓δ埽?.共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源；8.行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列；9.輸入端具有靜電保護(hù)功能；該放大電路的放大倍數(shù)為a = r6 / r5 = 22 m/2.2 k = 10000 經(jīng)過放大后，該輸出脈沖的電壓的值達(dá)到伏級，便于后續(xù)工作的進(jìn)行。同樣采用lm 324來構(gòu)成電壓比較電路，其中vg為10k的滑動變阻器，電壓比較的基值可以通過改變滑動變阻器的值來進(jìn)行調(diào)節(jié)。從運放lm324的7腳輸出的脈沖電壓信號可以直接輸入單片機進(jìn)

35、行處理。（3）液位信號紅外檢測部分電路如圖3-9所示；圖 3-9 紅外檢測電路為了保護(hù)紅外光二極管不會因為電流過大而燒掉，在發(fā)射管和接收管的兩端分別串聯(lián)一個上拉電r3、r4，起限流保護(hù)作用。7. 液位檢測裝置設(shè)計為了檢測方便，這里專門設(shè)計了液位檢測裝置如圖3-10。該裝置為吊瓶的瓶托，瓶托邊緣上裝有三個等長的繩子用于在支架上掛吊瓶，輸液時將吊瓶直接放入瓶托即可，無需調(diào)整探頭。在距瓶口23cm處安裝檢測探頭，發(fā)射探頭和接收探頭正對水平安裝在瓶口兩側(cè)。該裝置大大減少了醫(yī)護(hù)人員的工作。圖3-10 液位檢測探頭檢測示意圖1-紅外線發(fā)射器；2-調(diào)制載波紅外線；3-紅外線檢測器；4-輸液液面；5-輸液瓶瓶

36、托；3.2.1 滴速檢測電路設(shè)計1. 滴速檢測原理滴速測量，其原理圖如圖3-11所示。將紅外光發(fā)射-接收對管固定在茂菲氏管兩側(cè)，紅外發(fā)光二極管發(fā)出紅外光，光線透過茂菲氏管照射到光電三極管，光電三極管將接收 到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出。采用紅外對射管，其優(yōu)點是可以非接觸的探測液滴，能很好的滿足臨床中無菌操作的要求。圖3-11 滴速檢測原理圖紅外發(fā)射管發(fā)射的光束經(jīng)過茂菲氏管的液滴滴落線投射到紅外接受管的感光面，在沒有液滴滴落時，紅外接收管接收到的光照度最大，產(chǎn)生的光生電流也最大；當(dāng)有液滴滴落時，由于液滴的光學(xué)特性，使光束發(fā)散，投射到紅外接收管上的光照度將下降，從而使光生電流下降，由于不同類型的藥液

37、（透明、半透明和不透明）液滴的光學(xué)特性不同，形成不同幅度的負(fù)脈沖，只要檢測紅外接收管的輸出電流脈沖，就可以探測出有無液滴的通過。光敏器件輸出的脈沖信號極小，容易受到外界干擾，需要用電壓比較電路對電壓進(jìn)行去干擾并整形為規(guī)則的脈沖信號，經(jīng)放大電路放大后送單片機進(jìn)行后續(xù)處理。為了防止輸液器的漏斗傾斜引起水滴的偏移，導(dǎo)致不正常的檢測，可用兩三枚紅外發(fā)射管和一枚紅外接收管組成如圖3-11所示，將該傳感器套在輸液器的漏斗上，確保液滴的檢測無誤。2.滴速檢測電路和液位檢測電路一樣，見圖3-12：圖3-12 滴速檢測電路3.滴速檢測探頭裝置設(shè)計按瓶裝輸液臨床使用實際情況，為便于護(hù)士方便、快速地使用，特將探頭光

38、學(xué)檢測系統(tǒng)置入一自行設(shè)計彈簧夾中，護(hù)士在為患者建立輸液系統(tǒng)并掛上輸液瓶后，將該彈簧夾夾在需檢測的輸液瓶瓶頸處即可，瓶裝輸液檢測探頭結(jié)構(gòu)見圖3-13：圖3-13 滴速檢測探頭裝置1-載波信號發(fā)射器；2-載波信號檢測器；3-彈簧夾主支架；4-彈簧夾輔助支架；5-輸液瓶；6-彈簧夾；3.2.2 聲光報警電路設(shè)計當(dāng)輸液完成或在輸液過程中出現(xiàn)突發(fā)事件的時候，需要通過報警提醒醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行相關(guān)的處理。在實際的應(yīng)用系統(tǒng)中，經(jīng)常將閃光報警和單頻音報警結(jié)合起來使用，以便更好的引起醫(yī)護(hù)人員的注意。1.單頻音報警電路設(shè)計實現(xiàn)單頻音報警的接口電路比較簡單，其發(fā)音元件通常采用壓電蜂鳴器，當(dāng)在蜂鳴器兩引腳上加+3v+15v

39、直流工作電壓時，就能產(chǎn)生3khz左右的蜂鳴振蕩音響。壓電式蜂鳴器結(jié)構(gòu)簡單、耗電少、更適合于單片機系統(tǒng)的應(yīng)用。壓電式蜂鳴器，約需10ma的驅(qū)動電流，可在p1.0口接上一只三極管和電阻組成的驅(qū)動電路來驅(qū)動，如圖3-14：圖 3-14 單頻音報警電路在圖中，p1.0接三極管的基極輸入端 ，當(dāng)p1.0輸出高電平“1”時，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器通電而發(fā)音，當(dāng)p1.0輸出低電平“0”時，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)音。2.閃光報警電路設(shè)計閃光報警是最簡單，也是最常用的一種報警方式。單片機應(yīng)用系統(tǒng)中的閃光報警就是在控制指示燈的程序中加入定時程序，按一定的時間間隔來交替點亮與熄滅指示燈。閃光報警在硬件連接上非常簡單，

40、可利用at89c51的i/o口直接驅(qū)動發(fā)光二極管實現(xiàn)，如圖3-15：圖3-15 閃光報警電路3.2.5 顯示電路設(shè)計1.顯示方式選擇顯示電路主要完成對輸液過程中滴速的實時顯示。顯示有兩種方式：一是lcd顯示；二是led數(shù)碼管顯示。由于led數(shù)碼管顯示亮度高，顯示效果清晰醒目，這里選用led數(shù)碼管進(jìn)行顯示。數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。7段led數(shù)碼管，則在一定形狀的絕緣材料上，利用單只led組合排列成“8”字型的數(shù)碼管，分別引出它們的電極，點亮相應(yīng)的點劃來顯示出0-9的數(shù)字。圖3-16為數(shù)碼管外形，圖3-17為數(shù)碼管內(nèi)部標(biāo)識： 圖3-16 數(shù)碼管外形 圖3-17 數(shù)碼管內(nèi)

41、部標(biāo)識led數(shù)碼管根據(jù)led的接法不同分為共陰和共陽兩類。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(com)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極com接到+5v，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。見圖3-18共陽數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)：圖3-18共陽數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(com)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極com接到地線gnd上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。圖3-19 為共陰數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)：圖

42、3-19 共陰數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。（1） 靜態(tài)顯示驅(qū)動：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的i/o端口進(jìn)行驅(qū)動，或者使用如bcd碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用i/o端口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5840根i/o端口來驅(qū)動，要知道一個89c51單片機可用的i/o端口才32個，實際應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器進(jìn)行驅(qū)動，增加了硬件電路的復(fù)雜性。圖3-20為數(shù)碼管靜態(tài)顯示接法：圖3

43、-20 數(shù)碼管靜態(tài)顯示接法（2） 動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃a、b、c、d、e、f、g、dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極com增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的i/o線控制，當(dāng)單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通com端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的com端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)

44、碼管的點亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的i/o端口，而且功耗更低。圖3-21為數(shù)碼管動態(tài)顯示接法：圖3-21 數(shù)碼管動態(tài)顯示接法由于數(shù)碼管顯示明亮易于肉眼觀看，選擇數(shù)碼管進(jìn)行顯示。數(shù)碼管的動態(tài)顯示相對于靜態(tài)顯示來說，動態(tài)顯示占用的i/o 端口少，電路簡單，選擇數(shù)碼管的動態(tài)顯示方式。2. 顯示電路設(shè)計本系統(tǒng)采用兩位共陽數(shù)碼管動態(tài)顯示的方式，8位字段碼輸入端接入at89c51的p0口，p0口在用作輸出口時，必須接上拉

45、電阻。兩位位選端由p2.0和p2.1控制。at89c51的p0口輸出時需要外接上拉電阻，兩位位選端不是與p2口直接連接，而是通過三極管連接，這樣是為了增加驅(qū)動能力。p2.0輸出為0時，三極管導(dǎo)通。也就是說，當(dāng)p2.0輸出為0時，三極管導(dǎo)通，與其相連的共陽極數(shù)碼管顯示器開始工作；p2.0輸出為1時，三極管截止，與其相連的共陽極數(shù)碼管顯示器停止工作。顯示電路見圖3-22：圖3-22 顯示電路3.2.6電路按鍵電路設(shè)計在輸液過程中難免會出現(xiàn)突發(fā)性事件，所以系統(tǒng)設(shè)計了一個緊急呼叫鍵。當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)事件時，按下緊急呼叫鍵，可快速通知醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行處理，增加了輸液的安全性。同時，當(dāng)報警發(fā)生時，設(shè)計采用手動按鍵停

46、止報警的方式，按鍵設(shè)置在從機，只有醫(yī)護(hù)人員來到從機才能停止報警，提高了醫(yī)護(hù)人員處理事件的及時性。按鍵電路如圖3-23：圖3-23 按鍵電路3.3 通信系統(tǒng)設(shè)計計算機與計算機或計算機與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠(yuǎn)程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。在串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同的設(shè)備可以方便地連接起來進(jìn)行通訊。rs232和rs485是目前最常用的兩種串行通信總線。3.3.1 通信方案論證1.采用rs232總線rs-232-c接口（又稱 eiars-232-c）是目前最常用的一種串行通訊

47、接口。它是在 1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會（eia）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計算機終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的準(zhǔn)則。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（dte）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（dce）之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個25個腳的 db25連接器，對連接器的每個引腳的信號內(nèi)容加以規(guī)定，還對各種信號的電平加以規(guī)定。接口的信號內(nèi)容，實際上rs-232-c的25條引線中有許多是很少使用的，在計算機與終端通訊中一般只使用3-9條引線。接口的電氣特性，在rs-232-c中任何一條信號線的電壓均為負(fù)邏輯關(guān)系。即：邏輯“1”，-5 -15v；邏輯“0”，+5 +15v。噪聲容限為2v

48、。即要求接收器能識別低至+3v的信號作為邏輯“0”，高到-3v的信號作為邏輯“1”。接口的物理結(jié)構(gòu)rs-232-c接口連接器一般使用型號為db-25的25芯插頭座，通常插頭在dce端，插座在dte端。一些設(shè)備與pc機連接的rs-232-c接口，因為不使用對方的傳送控制信號，只需三條接口線，即“發(fā)送數(shù)據(jù)”、“接收數(shù)據(jù)”和“信號地”。所以采用db-9的9芯插頭座，傳輸線采用屏蔽雙絞線。傳輸電纜長度由rs-232c標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在碼元畸變小于4%的情況下，傳輸電纜長度應(yīng)為50英尺，其實這個4%的碼元畸變是很保守的，在實際應(yīng)用中，約有99%的用戶是按碼元畸變10-20%的范圍工作的，所以實際使用中最大距離會

49、遠(yuǎn)超過50英尺。由于rs-232-c接口標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)較早，難免有不足之處，主要有以下四點：（1） 接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因為與ttl 電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與ttl電路連接。（2） 傳輸速率較低，在異步傳輸時，波特率為 20kbps。（3） 接口使用一根信號線和一根信號返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。（4） 傳輸距離有限，最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為50英尺，實際上也只能用在50米左右。2.采用rs485總線針對rs-232-c 的不足，于是就不斷出現(xiàn)了一些新的接口標(biāo)準(zhǔn)，rs-485就是其中之一，它具有以下特點：（1）rs-

50、485的電氣特性：邏輯“1”以兩線間的電壓差為+（2-6）v表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為-（2-6）v 表示。接口信號電平比rs-232-c降低了，就不易損壞接口電路的芯片，且該電平與ttl電平兼容，可方便與ttl電路連接。（2）rs-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10mbps。（3）rs-485接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗共模干能力增強，即抗噪聲干擾性好。（4）rs-485接口的最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為4000英尺，實際上可達(dá)3000米，另外 rs-232-c接口在總線上只允許連接1個收發(fā)器，即單站能力。而rs-485接口在總線上是允許連接多達(dá)128個收發(fā)器。即具有多站能力，這樣

51、用戶可以利用單一的rs-485接口方便地建立起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。3.3.2 通信方案的選擇因rs-485接口具有良好的抗噪聲干擾性，長的傳輸距離和多站能力等上述優(yōu)點就使其成為首選的串行接口。因為rs485接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)，一般只需二根連線，所以rs485接口均采用屏蔽雙絞線傳輸。3.3.3 單片機與pc機通信系統(tǒng)設(shè)計通信電路可以將32個輸液從站與主站的主機(pc機)連接起來構(gòu)成輸液監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)輸液的遙控。通信工作方式則為主從式通信，主機主動查詢，若主站一次收不到從站來的應(yīng)答信號，則由主站再發(fā)送一次協(xié)議；連續(xù)三次收不到應(yīng)答信號，則說明該系統(tǒng)的通信出現(xiàn)故障，系統(tǒng)則給出相應(yīng)警告提示；如果系統(tǒng)給出應(yīng)

52、答，則雙方進(jìn)入數(shù)據(jù)通信狀態(tài)。主機(上位機)和從機(下位機)間的信息交換方式采用串行通信方式。通信的轉(zhuǎn)送方式采用rs485半雙工配置。通信接口芯片采用max485，max485芯片的結(jié)構(gòu)和引腳都非常簡單，內(nèi)部含有一個驅(qū)動器和接收器。其引腳圖和結(jié)構(gòu)圖見圖3-24它主要實現(xiàn) at89c51的異步串行接口與rs232c 標(biāo)準(zhǔn)串行通信電路之間的電平轉(zhuǎn)換。max485采用單一電源+5v工作，額定電流為300a，采用半雙工通訊方式。它完成ttl電平轉(zhuǎn)換為rs485電平的功能。圖 3-24 max485引腳圖和結(jié)構(gòu)圖max485引腳說明：ro和di端分別為接收器的輸出和驅(qū)動器的輸入端，與單片機連接時只需分別與

53、單片機的rxd和txd相連即可；/re和de端分別為接收和發(fā)送的使能端，當(dāng)/re為邏輯0時，器件處于接收狀態(tài)；當(dāng)de為邏輯1時，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因為max485工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機的一個管腳控制這兩個引腳即可；a端和b端分別為接收和發(fā)送的差分信號端,當(dāng)a引腳的電平高于b時，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為1；當(dāng)a的電平低于b端時，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為0。在與單片機連接時接線非常簡單。只需要一個信號控制max485的接收和發(fā)送即可。同時將a和b端之間加匹配電阻，一般可選100的電阻。圖3-25為max485典型工作電路，圖 3-26為max485與單片機接口電路： 圖3-25 max485典型工作電

54、路 圖3-26 max485與單片機接口電路第4章 軟件系統(tǒng)設(shè)計一個單片機控制系統(tǒng)，硬件電路是它的骨架，但是只有硬件系統(tǒng)是不能工作的，系統(tǒng)想要正常工作還需要軟件系統(tǒng)的支持。軟件系統(tǒng)采用mcs-51匯編指令作為編程語言，采用模塊化編程，設(shè)計各個模塊的子程序，用于在主程序中循環(huán)調(diào)用。以這種方式的編程，不僅簡化了編程者的任務(wù)，還使得程序的調(diào)試變得更加容易。醫(yī)院輸液監(jiān)控系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)主要由主程序、液位檢測子程序、滴速檢測子程序、顯示子程序、聲光報警子程序等組成。系統(tǒng)軟件流程圖如圖5-1：開始初始化檢測液滴信號檢測液位信號計算速度顯示速度延時消抖本次值=上次值？報警返回ny再次檢測圖4-1 系統(tǒng)軟件流程

55、圖4.1 主程序設(shè)計在主程序中首先對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，規(guī)定相關(guān)過程的入口地址等。然后通過子程序的調(diào)用，完成系統(tǒng)的所有功能。主程序流程圖如圖5-2：開始初始化調(diào)用滴速檢測子程序調(diào)用顯示子程序調(diào)用液位檢測子程序調(diào)用聲光報警子程序圖4-2主程序流程圖4.2滴速檢測子程序設(shè)計滴速的檢測對單片機來說是對外部脈沖信號進(jìn)行頻率計數(shù)。頻率的定義是一秒時間內(nèi)信號變化的次數(shù)。對頻率的測量有兩種方法：計數(shù)法和計時法，即測頻法和測周期法。1.計數(shù)法計數(shù)法是將被測信號通過一個閘門信號加到加到計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)的方法，如果閘門打開的時間為t，計數(shù)器得到的計數(shù)值為n1，則被測頻率為f=n1/t。改變時間t即可改變測量頻率范圍。如

56、圖5-3所示。設(shè)在t時間，計數(shù)器的精確計數(shù)值應(yīng)為n，根據(jù)計數(shù)器的計數(shù)特性可知n1的絕對誤差是n1=n+1，n1的相對誤差為=（n1-n）/n=1/n。由n1的相對誤差可知，n的數(shù)值越大相對誤差越小，成反比關(guān)系。為了減小相對誤差，可以通過增大t的方法來降低測量誤差。圖4-3 測頻法測量原理2.計時法計時法又稱為測周期法，這種方法使用被測信號來控制閘門的開閉，而將標(biāo)準(zhǔn)時基脈沖通過閘門加到計數(shù)器，閘門在外信號的一個周期內(nèi)打開，這樣計數(shù)器得到的計數(shù)值就是外脈沖信號的周期，然后求周期的倒數(shù)就得到外脈沖信號的頻率。首先把被測信號通過二分頻，獲得一個高電平時間，是一個信號周期t的方波信號，然后用一個周期t1的高頻方波信號作為計數(shù)脈沖，在一個信號周期t的范圍內(nèi)對t1信號進(jìn)行計數(shù)。如圖5-4所示：圖4-4 計時法測量原理根據(jù)本設(shè)計的要求和性能指標(biāo)，首先要確定能滿足這些指標(biāo)的頻率測量方法，由上述頻率測量原理與方法的討論可知，用計數(shù)法獲得的計數(shù)數(shù)據(jù)，在閘門信號為一秒時，不需要進(jìn)行任何換算，計數(shù)器所計數(shù)據(jù)就是信號頻率。而用計時法所測的信號周期數(shù)據(jù)，還需要求倒數(shù)運算才能得到信號頻率，而求倒數(shù)運算對于中小型數(shù)字集成電路來書很難實現(xiàn)，因此計時法不適合本系統(tǒng)要求。設(shè)計采用計數(shù)法進(jìn)行滴速的測量。設(shè)計中，