課程設(shè)計(jì)-基于單片機(jī)的醫(yī)用點(diǎn)滴余液液位監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)

課程設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的醫(yī)用點(diǎn)滴余液液位監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)前言隨著社會(huì)的發(fā)展，隨著科技的進(jìn)步。運(yùn)來越多的地方需要用到一些高科技設(shè)備來為人們服務(wù)。目前醫(yī)院普遍使用的是人工監(jiān)控點(diǎn)滴輸液裝置器，將液體容器掛在一定高度，利用勢差將液體輸入病人體內(nèi)，用軟管夾對(duì)軟管夾緊和放松控制滴速，藥物的有無將威脅病人的生命安全，為此醫(yī)護(hù)人員要不定時(shí)的觀察藥物的情況，本設(shè)計(jì)根據(jù)需要設(shè)定液位控制高度，同時(shí)具備報(bào)警、高度顯示等功能，使用了紅外對(duì)射傳感器，使其具有與液面不接觸的特點(diǎn)，可用于有毒、腐蝕性液體液位的控制，簡單、方便、安全、具有較高的使用價(jià)值。如何使這種手工操作走向自動(dòng)化或半自動(dòng)化，讓護(hù)理人員監(jiān)控病人打點(diǎn)滴的進(jìn)程時(shí)間得到充分利用，這就要求醫(yī)療器械加速自動(dòng)化與半自動(dòng)化進(jìn)程，提高醫(yī)護(hù)質(zhì)量。

本文介紹了一種操作方便、顯示直觀、可集中控制、具有報(bào)警功能的智能型液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)可讓醫(yī)護(hù)人員在控制室監(jiān)控不同受液者的輸液狀況，也可以直接到輸液室直接改變輸液狀態(tài)，了解病人的輸液進(jìn)程，及時(shí)通知處理將快完成的輸液。

2總體方案設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)思想主要是想借助單片機(jī)，對(duì)醫(yī)療點(diǎn)滴輸液加以半自動(dòng)化的控制。首先通過液位傳感器檢測信號(hào)，然后將檢測到的信號(hào)送給單片機(jī)進(jìn)行處理，通過數(shù)碼管和報(bào)警裝置，將床位信息顯示在監(jiān)控室，然后由護(hù)理人員對(duì)具體情況進(jìn)行處理。2.1方案論證設(shè)計(jì)中采用了兩個(gè)方案，具體的方案見方案一和方案二。方案一：如圖2.1所示系統(tǒng)上電工作后，用戶首先通過鍵盤設(shè)定溫度的初值，單片機(jī)系統(tǒng)將用戶設(shè)置的“警戒值”保存地址空間中。安裝于被監(jiān)測對(duì)象上的超聲液位傳感器，將實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，送入單片機(jī)連接I/O口。單片機(jī)進(jìn)入主程序后，開始以查詢的方式檢測轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，并將相應(yīng)的數(shù)值通過數(shù)碼管顯示輸出。當(dāng)檢測的液位小于設(shè)置的初值時(shí)，單片機(jī)將控制報(bào)警系統(tǒng)響起，以提醒醫(yī)護(hù)人員。圖2.1液位監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)方案一框圖方案二：如圖2.2所示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，本方案仍以微型單片機(jī)為控制核心，由檢測模塊、信息處理模塊、LED信息顯示模塊、控制輸入模塊和報(bào)警模塊五大部分組成。整個(gè)系統(tǒng)工作前，先將傳感器裝于點(diǎn)滴瓶“警戒”液位水平處。單片機(jī)啟動(dòng)，開始監(jiān)測工作。當(dāng)液位低于警戒液位時(shí)，傳感器將輸出一低電平，送入P1.0口（一張床位對(duì)應(yīng)一個(gè)口，本設(shè)計(jì)只取一張床位模擬），然后由單片機(jī)內(nèi)部的程序，對(duì)信息進(jìn)行處理，將病床號(hào)顯示到LED上，同時(shí)報(bào)警啟動(dòng)，提醒醫(yī)護(hù)人員。當(dāng)由控制輸入后，表示醫(yī)護(hù)人員已經(jīng)去對(duì)事件進(jìn)行處理。系統(tǒng)將復(fù)位，等待其他的床位監(jiān)測信息。圖2.2液位監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)方案二框圖2.2方案選擇方案一與方案二有很多相似之處，兩個(gè)設(shè)計(jì)都運(yùn)用到了單片機(jī)，用到了傳感器，運(yùn)用了LED顯示管，而且在功能方面都很相似。但綜合分析：超聲波傳感器較紅外傳感器要貴得多，而且方案一還需要A/D轉(zhuǎn)換，成本就更高。而且應(yīng)用對(duì)象為點(diǎn)滴瓶，采用方案一，安裝不方便，而且超聲波傳感器在這種應(yīng)用下存在盲區(qū)，且對(duì)不同的大小的點(diǎn)滴瓶都要重新設(shè)定參數(shù)。對(duì)于方案二而言，成本低，最重要的是安裝上方便，醫(yī)護(hù)人員可根據(jù)點(diǎn)滴瓶的大小，在安裝時(shí)進(jìn)行調(diào)整。因此，從設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)的角度講，我們組采用了方案二。3單元模塊設(shè)計(jì)本課程設(shè)計(jì)主要由監(jiān)測模塊、信息處理模塊（單片機(jī)模塊）、LED信息顯示模塊、控制輸入模塊和報(bào)警模塊五大部分組成。其中最核心部分的部分是信息處理模塊和檢測模塊。3.1監(jiān)測模塊本模塊采用的是紅外對(duì)射型余液液位傳感器。發(fā)光二極管和光敏二極管分別安裝于“警戒”液位（由醫(yī)護(hù)人員根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定）兩側(cè)，處于對(duì)射狀態(tài)。在高位警戒液位時(shí)，LM339的反向輸入端即3端口輸入高電平，此時(shí)5端口輸出高電平，即送入單片機(jī)的P1.0口。當(dāng)?shù)陀诰湟何粫r(shí)，光敏二極管導(dǎo)通，3端則輸入低電平，5端隨之也取反，然后送入單片機(jī)處理，已發(fā)出報(bào)警。其原理圖如圖3.1：圖3.1紅外對(duì)射型液位傳感器原理圖3.2單片機(jī)模塊3.2.1AT89C52概述AT89C52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和256bytes的隨機(jī)取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS一51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大AT89C52單片機(jī)適應(yīng)于許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合。圖3.3AT89C52引腳3.2.2AT89C52主要性能參數(shù)·與Mcs一51產(chǎn)品指令系統(tǒng)和引腳完全兼容·8k字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲(chǔ)器·1000次擦寫周期

·全靜態(tài)操作：OHz一24MHz·三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器

·128X8字節(jié)內(nèi)部RAM

·32個(gè)可編程I/O口線

·3個(gè)16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器

·8個(gè)中斷源

·可編程串行UART通道

·低功耗空閑和掉電模式3.2.3AT89C52功能特性概述AT89C52提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，256字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，3個(gè)16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C52可降至OHz的靜態(tài)邏輯操作，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(shí)／計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(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它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。3.3LED信息顯示模塊本設(shè)計(jì)選用4位共陽極數(shù)碼管作為顯示模塊。數(shù)碼管的A、B、C、D、E、F、G和DP分別與單片機(jī)的P2.0——P2.7相連。而四位數(shù)碼管的位則通過74HC138譯碼器來選通。74HC138是一個(gè)3-8譯碼器。74HC138的A、B、C與單片機(jī)的P1.5、P1.6、P1.7相連通，我們可以通過程序控制P1.5、P1.6、P1.7的輸出進(jìn)而控制3-8譯碼器的輸出，從而達(dá)到選位的目的。。本次課程設(shè)計(jì)中的四位數(shù)碼管與單片機(jī)的連接電路如圖3.3，其選通情況如表3—3：圖3.2LED信息顯示模塊電路圖表3—3：數(shù)碼管選位情況表P1.7P1.6P1.5CBA選位情況000000Y0輸出高電平即第1位被選中001001Y1輸出高電平即第2位被選中010010Y2輸出高電平即第3位被選中011011Y3輸出高電平即第4位被選中3.4控制輸入模塊 本模塊有2個(gè)獨(dú)立按鍵，一個(gè)是復(fù)位按鍵，另一個(gè)為解除報(bào)警按鍵，接在P3.0口。具體接線圖如圖3.4：圖3.4按鍵與單片機(jī)硬件接口電路3.5報(bào)警模塊此次課程設(shè)計(jì)中為了達(dá)到低于“設(shè)定”液位后報(bào)警且顯示對(duì)應(yīng)床號(hào)的目的。我們的主要思想是：當(dāng)1號(hào)床位的點(diǎn)滴低于“設(shè)定”液位，由紅外液位傳感器輸出的低電平，送入單片機(jī)的P1.0口（四張床位的檢測信號(hào)分別對(duì)應(yīng)P1.0、P1.1、P1.2、P1.3），然后由單片機(jī)的內(nèi)部加以處理，由P2口、P1口的高三位、74LS138譯碼器等作用，在LED上顯示出對(duì)應(yīng)的床位。同時(shí)在P3.7口的作用下，報(bào)警器響起。如果按下P3.0口外接的按鈕，則報(bào)警停止，顯示也熄滅，表示已有醫(yī)護(hù)人員對(duì)信息進(jìn)行處理。其報(bào)警電路如圖3.6。圖3.4報(bào)警電路4軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)主要分為初始化程序、存儲(chǔ)單元和中斷設(shè)置初始化，主程序（內(nèi)嵌報(bào)警程序）、報(bào)警中斷子程序、中斷服務(wù)子程序（顯示程序）、延遲子程序。先對(duì)要用到的存儲(chǔ)單元，I/O口，寄存器進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，然后主程序?qū)λ膫€(gè)端口P1.0、P1.1、P1.2、P1.3進(jìn)行循環(huán)檢測，當(dāng)檢測到有效信號(hào)時(shí)，則對(duì)相應(yīng)存儲(chǔ)單元賦值，然后繼續(xù)其他端口檢測，定時(shí)時(shí)間到時(shí)，對(duì)四個(gè)存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出顯示，報(bào)警也響起；當(dāng)主程序檢測到P3.0為高電平時(shí)，則終止報(bào)警，同時(shí)存儲(chǔ)單元再次初始化，繼續(xù)循環(huán)檢測，重復(fù)相同“動(dòng)作”。程序流程圖如圖4.1。..圖4.1程序流程圖5系統(tǒng)調(diào)試本次設(shè)計(jì)在系統(tǒng)硬件調(diào)試方面，初期在老師的指導(dǎo)下，沒遇到什么困難。困難主要出現(xiàn)在后期，與軟件合成后調(diào)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)傳感器信號(hào)輸出方面無變北京：國防工業(yè)出版社，1998.附錄1：附圖1.1原理圖注明：1、四位數(shù)碼管分別對(duì)應(yīng)四張床位2、原理圖左邊四個(gè)按鈕用來模擬四個(gè)液位傳感器1.2電路PCB板圖1.3軟件代碼ORG0000HAJMPSTARTORG000BH;INT0LJMPTIMERORG0030HSTART:MOVSP,#75HMOVR1,#6CHMOVR3,#8FHMOVP2,#0FFHMOVDPTR,#LEDTABMOVP3,#0MOVTMOD,#01HMOVTL0,#0F0HMOVTH0,#0EFHSETBEASETBET0SETBTR0MOV6CH,#5MOV6DH,#5MOV6EH,#5MOV6FH,#5;============================================MAIN:JBP0.0,BED2SETBP3.7MOV6CH,#1BED2:JBP0.2,BED3SETBP3.7MOV6DH,#2BED3:JBP0.4,BED4SETBP3.7MOV6EH,#3BED4:JBP0.6,HERESETBP3.7MOV6FH,#4;============================================HERE:JNBP3.7,NEXTCPLP3.7JBP3.0,STOPCPLP3.7NEXT:SJMPMAIN;============================================STOP:CLRP3.7CLRP3.7CLRP3.7CLRP3.7MOV6CH,#5MOV6DH,#5MOV6EH,#5MOV6FH,#5JMPMAIN;============================================TIMER:MOVTL0,#0F0HMOVTH0,#0EFHMOVA,@R1MOVCA,@A+DPTR MOVP1,R3MOVP2,AMOVA,R3ADDA,#20HMOVR3,AINCR1CJNER1,#70H,OUTMOVR3,#8FHMOVR1,#6CHOUT:RETI;=======