基于單片機(jī)智能輸液系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、泰 山 學(xué) 院本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)基于單片機(jī)智能輸液系統(tǒng)的設(shè)計(jì)所 在 學(xué) 院 機(jī)械與工程學(xué)院 專 業(yè) 名 稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 申請(qǐng)學(xué)士學(xué)位所屬學(xué)科 工 學(xué) 年 級(jí) 二一一級(jí) (3+2) 學(xué)生姓名、學(xué)號(hào) 李麗芬 指導(dǎo)教師姓名、職稱 張秀紅 講師 完 成 日 期 2013年5月30號(hào) 摘要本次設(shè)計(jì)是對(duì)于目現(xiàn)在輸液過(guò)程中存在一系列的醫(yī)療事故而設(shè)計(jì)的一整套智能輸液系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)傳感器、控制芯片、電機(jī)的應(yīng)用的比較與分析以及通信方式,從而選擇出各部分的最佳方案。系統(tǒng)包括上位機(jī)設(shè)計(jì)和下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)兩部分,上位機(jī)是根據(jù)虛擬儀器軟件建立可視界面并對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行編程,可以對(duì)正在輸液病人的信息了如指掌。醫(yī)護(hù)

2、人員就可以方便對(duì)每一個(gè)病人的輸液情況進(jìn)行觀察,萬(wàn)一出現(xiàn)液滴滴速過(guò)快或者過(guò)慢的非正常情況,醫(yī)護(hù)人員隨時(shí)可以處理。下位機(jī)設(shè)計(jì)就是把硬件傳送電路板放在病人那端,是以AT89S52作為控制芯片設(shè)計(jì)的,外圍電路是必須加的,來(lái)實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警、數(shù)碼顯示、液滴檢測(cè)、液位檢測(cè)等功能,然后通過(guò)無(wú)線傳輸模塊PTR8000把相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳送出去。該系統(tǒng)價(jià)格低、功能齊全、性能好,它的應(yīng)用將對(duì)醫(yī)院的管理和護(hù)理自動(dòng)化的水平有極大提高,并且它的應(yīng)用前景在醫(yī)療領(lǐng)域也將極其廣泛。關(guān)鍵詞:單片機(jī),無(wú)線傳輸模塊，紅外傳感器ABSTRACTThe design is a set of smart infusion system desig

3、ned for the the mesh during infusion series of medical malpractice. Through the sensor, the control chip, the application of the motor Comparative analysis and communication mode, to select the best solution for each part.The system comprises a host computer and slave computer design software design

4、 in two parts, the upper machine is based on virtual instrument software to establish visual interface and programming for each part, can be well aware of the infusion patient information. The medical staff can be convenient transfusion for each patient were observed, in case of the drop speed too f

5、ast or too slow and abnormal situation, medical personnel can handle at any time. The lower position machine design is the hardware transfer circuit board placed at the end of the patient, with AT89S52 as the control chip design, the peripheral circuit must be added, to achieve sound and light alarm

6、, digital display, liquid level detection, detection and other functions, then the corresponding data transmitted through the wireless transmission module PTR8000. The system of low price, complete functions, good performance, it will be applied in nursing management and automation of hospital level

7、 has greatly improved, and the prospects of its application in the medical field is extremely wide. Keywords: microcontroller, wireless transmission module, infrared sens目錄1引言11.1課題背景11.1.1課題的提出及意義11.2課題的研究現(xiàn)狀11.3本課題的研究?jī)?nèi)容和預(yù)期目標(biāo)32總體方案的設(shè)計(jì)和工作原理42.1設(shè)計(jì)方案的選擇42.2設(shè)計(jì)方案總體結(jié)構(gòu)52.3方案論證與比較62.3.1控制方案選擇62.3.2電機(jī)方案的選擇62

8、.3.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選型72.3.4無(wú)線模塊的選型82.3.5液滴檢測(cè)方案選擇93硬件設(shè)計(jì)103.1單片機(jī)的選型103.2鍵盤(pán)設(shè)計(jì)143.3數(shù)碼顯示電路163.4聲光報(bào)警電路163.5液滴檢測(cè)電路173.6液位監(jiān)測(cè)單元183.7電源電路的設(shè)計(jì)194軟件設(shè)計(jì)204.1主控模塊設(shè)計(jì)204.2點(diǎn)滴速度的測(cè)量模塊設(shè)計(jì)204.3報(bào)警模塊的設(shè)計(jì)224.4歡迎界面的設(shè)計(jì)244.5監(jiān)控/報(bào)警界面設(shè)計(jì)255聯(lián)機(jī)調(diào)試285.1硬件調(diào)試285.2軟件調(diào)試28附錄30附錄I 整體電路圖30附錄II程序31參考文獻(xiàn)35致謝361引言1.1課題背景1.1.1課題的提出及意義隨著智能化控制研究的不斷發(fā)展，自動(dòng)化臨床設(shè)備的研

9、究日益成為醫(yī)療器械發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)，因而設(shè)計(jì)一種智能輸液管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸液過(guò)程的全程監(jiān)控是醫(yī)學(xué)發(fā)展的必然趨勢(shì)。并且隨著微電子技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，衛(wèi)生醫(yī)療領(lǐng)域正進(jìn)行著一場(chǎng)信息化的革命。在醫(yī)療監(jiān)護(hù)領(lǐng)域，傳統(tǒng)的監(jiān)護(hù)手段己經(jīng)不能滿足當(dāng)今多元化、信息化、個(gè)性化的醫(yī)療監(jiān)護(hù)需求。由于信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及醫(yī)學(xué)信息技術(shù)的迅猛發(fā)展以及它們?cè)卺t(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域行業(yè)中廣泛的應(yīng)用，世界正進(jìn)入一個(gè)數(shù)字醫(yī)療時(shí)代。醫(yī)療設(shè)施發(fā)展趨勢(shì)的走向是否向上在于單片機(jī)智能輸液系統(tǒng)的發(fā)展是否也在向前發(fā)展，畢竟，單片機(jī)的性價(jià)比非常優(yōu)越，而以前的點(diǎn)滴滴速控制系統(tǒng)，使用的單片機(jī)價(jià)格比較貴，操作不容易實(shí)現(xiàn)，并且對(duì)滴速控制精度也較低。現(xiàn)

10、在單片機(jī)可以操作多個(gè)控制系統(tǒng)，還可以減輕工作人員的壓力，提高醫(yī)護(hù)人員的工作效率。在人為控制下有時(shí)如果不小心將會(huì)給安全設(shè)施帶來(lái)很大的麻煩，而且人工控制滴速精度也很難掌握，傳統(tǒng)臨床輸液中有患者、陪護(hù)或醫(yī)護(hù)人員隨時(shí)觀察監(jiān)視藥液余量的情況,牽扯到的精力大、效率低、還不利于病區(qū)的綜合管理的弊端。而使用單片機(jī)設(shè)計(jì)只要在設(shè)計(jì)時(shí)考慮周到，運(yùn)行起來(lái)就不會(huì)帶來(lái)這種問(wèn)題了，因此，單片機(jī)滴速控制系統(tǒng)將在醫(yī)療中得到廣泛應(yīng)用。該課題研究將具有重要的理論和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，對(duì)提高我國(guó)醫(yī)療器械水平將會(huì)產(chǎn)生具大的影響。醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展是順應(yīng)科學(xué)技術(shù)而發(fā)展的，醫(yī)療的安全問(wèn)題更是離不開(kāi)科學(xué)，把高科技應(yīng)用到醫(yī)療事業(yè)中來(lái)是對(duì)醫(yī)療事業(yè)的一大促

11、進(jìn)與補(bǔ)充。1.2課題的研究現(xiàn)狀目前世界上最大的醫(yī)療器械市場(chǎng)是日本、美國(guó)、歐盟，但公認(rèn)的最有潛力的市場(chǎng)卻是中國(guó)。醫(yī)療設(shè)備與制藥業(yè)和器械產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值在發(fā)達(dá)國(guó)家比為 11.9；而在中國(guó)，這個(gè)比例僅為 15。由此可見(jiàn)中國(guó)醫(yī)療器械市場(chǎng)在世界的潛力非比尋常。我國(guó)已基本明確新時(shí)代的醫(yī)療體制的改革方向，國(guó)家將每年加大農(nóng)村基層醫(yī)療衛(wèi)生、公共衛(wèi)生體系和城市社區(qū)的建設(shè)，由此可以預(yù)見(jiàn)，新的時(shí)期就會(huì)來(lái)臨，那就是我國(guó)醫(yī)療器械市場(chǎng)快速發(fā)展的時(shí)期6。國(guó)外對(duì)智能輸液裝置的研究比較早，如日本、美國(guó)和德國(guó)等國(guó)家在上個(gè)世紀(jì)八十年代末就進(jìn)行了智能輸液裝置的研制。輸液泵是一種多功能的輸液控制器，能夠比較精確地控制輸液速度，并能實(shí)現(xiàn)輸液阻塞

12、、氣泡混入和輸液完成報(bào)警等功能。但是價(jià)格比較昂貴，在兩萬(wàn)元人民幣左右。國(guó)內(nèi)對(duì)智能輸液裝置的研制起步較晚，大都在九十年代中期才開(kāi)始研究。不過(guò)總的來(lái)說(shuō)功能也只是側(cè)重于精確輸液控制，種類比較少，性能也需要改進(jìn)。由于在規(guī)范的操作下，輸液阻塞、氣泡混入是可以避免的，因此輸液速度的控制和輸液完成報(bào)警這些功能成為了人們更為關(guān)心的問(wèn)題。作為一種醫(yī)療器械，安全性、可靠性是其基礎(chǔ)，作為一種普及到每一位輸液病人才能有實(shí)際意義的產(chǎn)品，使用方便并且價(jià)格低廉又是一種基本要求，所以，這種產(chǎn)品即使安全性、可靠性得到了充分保證，但是如果沒(méi)有簡(jiǎn)單方便的操作和較低的價(jià)格作為其支撐，想要順利推廣也是不可能的。本系統(tǒng)對(duì)輸液沒(méi)有任何影響

13、，系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，安全性高，可靠性高，檢測(cè)的精度高。而且整體造價(jià)低，沒(méi)有使用成本，有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和推廣前景。目前，我國(guó)三甲以上的醫(yī)院是563家，二甲縣級(jí)以上5000家，“十一五”規(guī)劃的醫(yī)療服務(wù)機(jī)構(gòu)，包括社區(qū)醫(yī)院總共是31萬(wàn)家。也就是說(shuō)，其中80%以上是個(gè)體的診所和縣以下的基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)。在這些醫(yī)療機(jī)構(gòu)中，所擁有的醫(yī)療儀器和設(shè)備有15%左右是20世紀(jì)70年代前后的產(chǎn)品，有60%是上世紀(jì)80年代中期以前的產(chǎn)品。因?yàn)槲覈?guó)到現(xiàn)在還沒(méi)有醫(yī)療器械管理的有關(guān)法規(guī)，所以造成一些本應(yīng)淘汰、報(bào)廢的醫(yī)療器械至今還在使用，由于超期“服役”，有部分儀器早就不能準(zhǔn)確提供診斷依據(jù)了，但是有不少小診所甚至是醫(yī)院，出于經(jīng)濟(jì)利益

14、的考慮仍然繼續(xù)使用。但是隨著我國(guó)人民生活水平的提高,人們對(duì)生命健康越來(lái)越關(guān)注,醫(yī)療器械作為一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)正在蓬勃地發(fā)展。除此之外，我國(guó)還有很多科研醫(yī)療的機(jī)構(gòu),不少企業(yè)開(kāi)發(fā)的輸液裝置都申報(bào)了專利。但是由于其穩(wěn)定性、可靠性和靈敏度等方面還達(dá)不到實(shí)際要求,所以這些專利很少在現(xiàn)實(shí)中得到應(yīng)用。總之,我國(guó)對(duì)智能輸液裝置的研制比較晚，點(diǎn)滴輸液自動(dòng)化得到普及,還需要很長(zhǎng)的路要走。1.3本課題的研究?jī)?nèi)容和預(yù)期目標(biāo)課題的研究目標(biāo)是要研制出一種智能輸液監(jiān)控系統(tǒng)。以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)出一個(gè)監(jiān)測(cè)與控制液體點(diǎn)滴速度的裝置，能檢測(cè)點(diǎn)滴速度，控制點(diǎn)滴速度，并能發(fā)出報(bào)警信號(hào)。它由下位機(jī)和上位機(jī)組成。下位機(jī)以單片機(jī)為核心構(gòu)成輸液監(jiān)

15、控設(shè)備，完成對(duì)某一具體輸液過(guò)程的監(jiān)控。它主要包括：鍵盤(pán)與顯示模塊、滴速檢測(cè)模塊、滴速控制模塊、聲光報(bào)警模塊及PTR8000模塊。由 PC機(jī)和PTR8000模塊構(gòu)成上位機(jī)，收集從站反饋來(lái)的實(shí)時(shí)信息，進(jìn)行遠(yuǎn)程的監(jiān)控與報(bào)警，與此同時(shí)通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)了解病人的基本信息。整個(gè)系統(tǒng)主要包括四個(gè)設(shè)計(jì)模塊：1.從站數(shù)據(jù)采集電路，包括液滴信號(hào)的采集和液位信號(hào)的采集；2.從站數(shù)據(jù)處理電路，包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的顯示、處理及控制；3.聲光報(bào)警電路的設(shè)計(jì)；4.主站數(shù)據(jù)接收部分電路，主要為主站無(wú)線接收模塊PTR8000與單片機(jī)之間的SPI通信。系統(tǒng)各個(gè)軟硬件的設(shè)計(jì)完成后，測(cè)試系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能有：a.按鈕確定床位號(hào)并設(shè)置病床輸液滴速

16、和輸液總量。b.根據(jù)二極管檢測(cè)液滴是否正常滴下來(lái)決定是否輸出報(bào)警信號(hào)，并計(jì)算出實(shí)際的輸液滴速。c.根據(jù)實(shí)際滴速有效控制步進(jìn)電機(jī)，來(lái)自動(dòng)調(diào)整滴速。d.根據(jù)滴速來(lái)估計(jì)總滴注時(shí)間。e.基于測(cè)量的滴速來(lái)計(jì)算剩余的時(shí)間。f.輸液信息由數(shù)碼管顯示器，通信相關(guān)的信息在PC機(jī)顯示。g.通過(guò)PTR8000模塊顯示的床位數(shù)，測(cè)量速度以無(wú)線方式傳送到PC機(jī)中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。h.利用基于VC+的Msc控件設(shè)計(jì)合理的人機(jī)互動(dòng)界面。2總體方案的設(shè)計(jì)和工作原理2.1設(shè)計(jì)方案的選擇第一種方案是使用彈簧輸液報(bào)警器,該報(bào)警裝置是由一個(gè)可以控制的音樂(lè)集成塊,彈簧及兩塊電池組成1。輸液報(bào)警器掛在彈簧上，使輸液容器的重力轉(zhuǎn)化為彈

17、簧的壓縮力，輸液結(jié)束時(shí)，彈簧回縮報(bào)警電路被接通，聲光報(bào)警，以提醒換藥，雖然有一定的新穎性，但智能化程度不高，難以實(shí)現(xiàn)智能化的醫(yī)療監(jiān)測(cè)要求。第二種方案是用輸液瓶液位測(cè)量和報(bào)警裝置2。由彈簧，機(jī)架齒輪組的機(jī)械零件的裝置。要遵循胡克定律，通過(guò)測(cè)量重力的輸液瓶和瓶液位報(bào)警設(shè)備指針來(lái)間接測(cè)量水平的變化和變化中的報(bào)警電路開(kāi)啟時(shí)，在接觸的金屬觸點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)報(bào)警。這個(gè)裝置是主要的機(jī)械原理液位測(cè)量，精密測(cè)量和智能化程度不高，難以推廣。第三種方案是采用光的衍射方法來(lái)對(duì)微量物體進(jìn)行測(cè)量的裝置已經(jīng)獲得專利,其原理就是激光束在通過(guò)狹縫時(shí)得到衍射,而光電接收器收到衍射光后,則顯示信號(hào)被輸出。衍射狹縫的寬度是物體重量通過(guò)杠桿的

18、作用來(lái)改變大小的,來(lái)使光電接收器收到的衍射光的強(qiáng)度發(fā)生改變。利用光電接收器把光強(qiáng)的變化轉(zhuǎn)成電信號(hào)而輸出。最后通過(guò)顯示的技術(shù)將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字顯示,達(dá)到對(duì)物體質(zhì)量進(jìn)行讀數(shù)的目的。但該裝置怎么樣應(yīng)用于輸液報(bào)警,其夾持機(jī)構(gòu)和測(cè)量精度是一個(gè)大難題,故沒(méi)有得到推廣。第四種方案是使用新型PC，攝像頭，計(jì)數(shù)模塊和顯示，攝像頭定位裝置，其中相機(jī)連接到PC，輸液液滴的圖像和拍攝的圖像的顯示畫(huà)面轉(zhuǎn)移到計(jì)數(shù)模塊被安裝在個(gè)人電腦主機(jī)，用于相機(jī)所獲取的圖像信息的收集和分析，計(jì)算處理,和液滴的數(shù)量，該計(jì)算結(jié)果的數(shù)值將被顯示在顯示器上。實(shí)用新型計(jì)數(shù)模塊以及顯示，攝像頭，PC主機(jī)，PC,使用現(xiàn)有的技術(shù)，易于實(shí)現(xiàn)，輸液的狀態(tài)可

19、以是數(shù)值或圖像直觀的反應(yīng)，那么輸液的狀態(tài)就會(huì)被遠(yuǎn)程監(jiān)控，整體結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，有效的監(jiān)測(cè)。該設(shè)備在醫(yī)院的圖像處理技術(shù)提出了很高的要求，它是難以推廣。 第五種方案是醫(yī)用便攜式輸液監(jiān)控，利用射頻通信技術(shù)，通過(guò)射頻網(wǎng)絡(luò)管理機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)，射頻網(wǎng)絡(luò)中繼器，幾乎沒(méi)有系統(tǒng)的安裝，輸液監(jiān)控便攜式，護(hù)士可以直接搶購(gòu)的輸液管上。內(nèi)置的安全和無(wú)公害聚合物電池肯尼斯顯示器電源，無(wú)無(wú)線電頻率通信，外國(guó)沒(méi)有任何信息，讓患者和過(guò)去的賬面輸液瓶去洗手間。射頻網(wǎng)絡(luò)中繼網(wǎng)絡(luò)管理和射頻機(jī)可用膨脹螺栓安裝在墻上的走廊或直接進(jìn)入走廊天花板上，就近接入交流220V電源。 LED顯示屏只需要兩個(gè)膨脹螺栓固定在墻壁上，以便訪問(wèn)最近的交流220V供

20、電。通信網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)采用射頻技術(shù)，無(wú)需布線，不影響整個(gè)系統(tǒng)的醫(yī)院在安裝過(guò)程中的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。作為總結(jié)，其特點(diǎn)是體積小、功耗低、安裝便捷。但射頻信號(hào)容易受到干擾,對(duì)接受設(shè)備的抗干擾要求高。所以不便使用。在輸液過(guò)程中會(huì)有很多外界隨機(jī)事件,如病人的誤動(dòng)作、液體氣泡等都會(huì)影響液滴的重量,導(dǎo)致誤測(cè),甚至引發(fā)誤報(bào)警。然而本系統(tǒng)需要每一個(gè)床位安裝一臺(tái),與床頭已有的報(bào)警系統(tǒng)相聯(lián)系,利于實(shí)時(shí)監(jiān)控,隨時(shí)可以改變輸液時(shí)液滴的流速,同時(shí)不需要重新布線而增加成本,故推廣應(yīng)用比較方便。所以結(jié)合智能控制技術(shù),根據(jù)具體要求給出數(shù)學(xué)模型,再由數(shù)學(xué)模型給出數(shù)值算法,最后由數(shù)值算法編出程序，使系統(tǒng)能總體尋優(yōu),具有自學(xué)習(xí)、修復(fù)記憶、補(bǔ)償、判

21、斷、決策能力。2.2設(shè)計(jì)方案總體結(jié)構(gòu)上位機(jī)顯示模塊單片機(jī)本次設(shè)計(jì)采用光電檢測(cè)與單片機(jī)控制，通過(guò)PTR8000模塊無(wú)線傳輸實(shí)現(xiàn)對(duì)病人輸液過(guò)程的控制?？梢詫?shí)現(xiàn)功能為：（1）設(shè)置輸液時(shí)間和速度（2）他們的PTR8000模塊的遠(yuǎn)程監(jiān)控輸液速度和輸液時(shí)間（3）當(dāng)輸液臨近結(jié)束時(shí)或在輸液過(guò)程中的發(fā)生異常報(bào)警該系統(tǒng)由兩個(gè)主要部分組成：（1）主機(jī)（監(jiān)控中心）通過(guò)PC和PTR8000模塊對(duì)每個(gè)從站遠(yuǎn)程監(jiān)控和報(bào)警，收集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)了解病人的基本信息。（2）從站，由單片機(jī)系統(tǒng)組成，對(duì)一個(gè)特定的輸液過(guò)程進(jìn)行控制。它包括：滴速控制模塊、鍵盤(pán)與顯示模塊、聲光報(bào)警模塊及PTR8000模塊、滴位檢測(cè)模塊。如以下圖1所示：滴位檢測(cè)模

22、塊聲光報(bào)警模塊滴速控制模塊鍵盤(pán)模塊PTR8000模塊圖1 從站框架圖數(shù)碼管顯示按鈕圖2 控制面板2.3方案論證與比較2.3.1控制方案選擇方案一:可以采用的是模擬控制方案,最突出的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉而且簡(jiǎn)單容易操作,但是最大的缺點(diǎn)是精度比較低,不易于功能的擴(kuò)展。方案二:采用 AT89S52 單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的計(jì)算和控制。這種方案使系統(tǒng)中需要的鍵盤(pán)的設(shè)定和動(dòng)態(tài)顯示滴速等功能顯示比較方便，并且可以實(shí)現(xiàn)主站與從站之間的通信。數(shù)據(jù)傳送時(shí)受到的干擾也比較小,傳輸性能好。因此,本系統(tǒng)采用第二種方案。2.3.2電機(jī)方案的選擇方案一：伺服電機(jī)。伺服電機(jī)可以接收電信號(hào)，然后轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的角速

23、度與角位移。其轉(zhuǎn)速要比電機(jī)在負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速高很多。但是就伺服電機(jī)的使用情況來(lái)說(shuō)，多數(shù)是在低的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、高的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和大轉(zhuǎn)矩的系統(tǒng)里。并且伺服電機(jī)的價(jià)格較高，很少使用。方案二：直流電機(jī)。直流電機(jī)上電后立馬轉(zhuǎn)動(dòng)，掉電后慣性較大，停機(jī)時(shí)還要轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度后才可停下來(lái)。轉(zhuǎn)矩小、沒(méi)有抱死功能，如果要求準(zhǔn)確地停在一個(gè)位置，其閉環(huán)算法太復(fù)雜。方案三：步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)主要是把電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成輸出軸的轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速，容易開(kāi)啟停止、正反轉(zhuǎn)及變速,動(dòng)態(tài)響應(yīng)快7。價(jià)格適中，控制精度較高，適用于較為精確的測(cè)量中，還可以有效提高輸液速度的控制精度。步進(jìn)電機(jī)每輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)子就會(huì)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，步進(jìn)電機(jī)會(huì)輸出特定的角位移或者

24、線位移，其與輸入脈沖數(shù)成正比例，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也與脈沖頻率成正比例關(guān)系。本文以單片機(jī)為核心，控制了步進(jìn)電機(jī)的工作，其控制信號(hào)是數(shù)字信號(hào)，也就不需要數(shù)模轉(zhuǎn)換了。其具有了快速的啟停能力，可以在一剎那實(shí)現(xiàn)啟停動(dòng)作，并且其步距角的降低較小，延時(shí)短，定位準(zhǔn)確，精度高，可操作性較強(qiáng)。因此選擇方案三。2.3.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選型機(jī)電一體化的產(chǎn)品關(guān)鍵部件之一就是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，一般被用作定位的控制和定速的控制。步進(jìn)電機(jī)定位精度高、慣量低、控制簡(jiǎn)單、沒(méi)有累積誤差等特點(diǎn)。在選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的時(shí)候，最先要保證的是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出功率必須要大于負(fù)載所需要的功率。但在選取功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)，首先要計(jì)算機(jī)械的負(fù)載所需轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)的

25、矩頻特性在一定程度能滿足機(jī)械的負(fù)載并且有的余量能保證它的運(yùn)行可靠。在實(shí)際的工作進(jìn)程中，各個(gè)頻率下負(fù)載的力矩應(yīng)該在矩頻特性曲線的范圍。一般最大靜力矩大的電動(dòng)機(jī)，那么負(fù)載力矩就大。 Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)一般用在鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)基本系列，全國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)。它的功率等級(jí)、中心高、安裝尺寸都符合IEC國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)品可以和國(guó)內(nèi)外各類機(jī)械設(shè)備配套。Y系列電機(jī)具有效率高、振動(dòng)小、噪聲低、能耗少、重量輕、體積小，維護(hù)方便，性能優(yōu)良、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)。 根據(jù)一般情況選擇Y80-132。以下表1為參數(shù)：表1 Y80-132的參數(shù)機(jī)座號(hào) 凸緣號(hào) 極數(shù) 機(jī)座 軸伸 凸圓端蓋 ABACADHDLAA/2BCHKDEF

26、GMNPRST孔數(shù) Y80FF1652.412562.51005080101940615.51651302000123.541651751501752902.3.4無(wú)線模塊的選型我們知道就有線通信而言，其擴(kuò)展的性能較差，布線相對(duì)比較麻煩，而且其成本也較高?，F(xiàn)有的有線通信都是將線纜埋藏在地下，這樣就會(huì)存在線路腐化、遭到侵蝕的問(wèn)題，容易影響到通信的質(zhì)量?？紤]到護(hù)士站到病房的距離在大醫(yī)院來(lái)說(shuō)大約在100到200米左右，建議使用PTR8000無(wú)線模塊。以下為PTR8000無(wú)線數(shù)傳模塊的好處：目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)發(fā)出種類齊全的甚高頻（VHF）無(wú)線數(shù)傳模塊，以工作于433MHz和2.4GHz為多。nRF905

27、是一款工作在433/868/915 MHz ISM頻段的單片無(wú)線射頻收發(fā)芯片。其顯著特點(diǎn)是： 通信距離100300米(433MHz), 1040米(2.4GHz) 所需外圍元件少，設(shè)計(jì)方便 工作于國(guó)際開(kāi)放的ISM頻段，無(wú)需向?qū)I(yè)部門(mén)申請(qǐng)使用許可 作為無(wú)線技術(shù)方案，它省卻了鋪設(shè)傳輸連接線的麻煩，而且升級(jí)和增加新的設(shè)備非常方便，低功耗 nRF905的工作電壓范圍為1.9V3.6V，其電流消耗很低，發(fā)射電流約為11mA(-10dB輸出)，接收電流約為12.5mA，待機(jī)電流為2A 采用低價(jià)格的單片機(jī)和無(wú)線收發(fā)模塊相結(jié)合來(lái)構(gòu)建無(wú)線通信系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn): nRF905 作為短距離單片式無(wú)線收發(fā)芯片具有低功

28、耗、抗干擾性強(qiáng)、傳輸速率相對(duì)較快的特點(diǎn)。價(jià)格低廉，開(kāi)發(fā)平臺(tái)較低，硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，開(kāi)發(fā)周期較短。 可應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集、無(wú)線抄表、門(mén)禁系統(tǒng)、機(jī)器人控制等領(lǐng)域，因此具有廣闊的市場(chǎng)空間和發(fā)展?jié)摿Α?.3.5液滴檢測(cè)方案選擇方案一:用壓力傳感器來(lái)進(jìn)行測(cè)量的方法。壓力傳感器主要是利用壓力的效應(yīng)而造成的，在輸液瓶的下方加一個(gè)壓力傳感器,通過(guò)壓力的大小的變化情況來(lái)判斷是不是有液滴滴下，壓力傳感器的價(jià)格低廉、抗干擾的能力突出而且使用壽命也長(zhǎng)。但是在本次設(shè)計(jì)中不容易實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差會(huì)較大。方案二:用可見(jiàn)光二極管和光敏三極管共同組成的傳感器來(lái)測(cè)量34。與光敏二極管相比，光敏三極管則有很大光電流放大的作用，但是較高靈

29、敏度也存在弊端，其在系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)有可能導(dǎo)致滴速測(cè)量的不準(zhǔn)確，采用了大功率的光敏三極管正好可以彌補(bǔ)這一遺憾，不過(guò)他的功耗太大，容易造成不必要的浪費(fèi)。方案三:脈沖調(diào)制的紅外傳感器。紅外發(fā)射管的最大工作電流是由其平均電流決定的，而且它的調(diào)制信號(hào)占空比較小，瞬間電流會(huì)達(dá)到很大，大大提高了信號(hào)噪聲比，切實(shí)地增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力10。近幾十年來(lái)，紅外傳感器價(jià)格合適、性能優(yōu)良，正逐步得到了廣大的電子愛(ài)好者的喜愛(ài)，在工農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等各大行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。因此，本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用了方案三。3硬件設(shè)計(jì)從站主站負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)和控制整個(gè)系統(tǒng)的工作，實(shí)現(xiàn)接收從輸液監(jiān)控儀發(fā)送的數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行分析和處理。主站包括PC機(jī)和無(wú)

30、線PTR8000模塊兩部分，它可以看成是一個(gè)擴(kuò)展了的 PC機(jī)。PC機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)輸液過(guò)程的監(jiān)控和對(duì)輸液數(shù)據(jù)的管理，無(wú)線PTR8000模塊將PC機(jī)擴(kuò)展成了可以接收無(wú)線信號(hào)的裝置，并對(duì)各個(gè)輸液的監(jiān)控儀進(jìn)行了通信調(diào)度，并把接收數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C機(jī)，然后PC機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的處理。如圖3所示：主站MCUMCUPTR8000MCUPTR8000MCUPTR8000MCUMCUMCUPC機(jī)PTR8000圖3 主站框架圖當(dāng)本文的輸液監(jiān)控系統(tǒng)處在工作狀態(tài)時(shí)，PTR8000模塊收到數(shù)據(jù)后，立即把它傳送給PC機(jī)，監(jiān)控管理的軟件在接收到了該輸液數(shù)據(jù)之后，就將它保存到了數(shù)據(jù)庫(kù)，然后經(jīng)過(guò)調(diào)用監(jiān)控的模塊，把各個(gè)輸液狀態(tài)顯示到用戶界面上，

31、管理者就可清晰的知道各輸液情況，若輸液過(guò)程中發(fā)生異常，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警。系統(tǒng)硬件和軟件要作統(tǒng)一規(guī)劃,一種功能既可以由軟件實(shí)現(xiàn),又可以由硬件實(shí)現(xiàn),要根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和性能價(jià)格比進(jìn)行綜合確定,智能輸液監(jiān)控系統(tǒng)可分為軟件設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)兩大部分,硬件設(shè)計(jì)主要包括用在病人端的發(fā)送板和用在護(hù)士端的接收板,軟件設(shè)計(jì)包括下位機(jī)及在護(hù)士端的上位機(jī)軟件程序兩大部分。3.1單片機(jī)的選型AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于

32、常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash,256字節(jié)RAM,32位I/O口線，看門(mén)狗定時(shí)器,2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口,片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路,另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。主要的功

33、能如下：MCS-51指令系統(tǒng)可以兼容8k可反復(fù)擦寫(xiě)(1000次）ISP Flash ROM4.5-5.5V工作電壓32個(gè)雙向I/O口256x8bit內(nèi)部RAM256x8bit內(nèi)部RAM256x8bit內(nèi)部RAM全雙工UART串行中斷口線時(shí)鐘頻率0-33MHz 2個(gè)外部中斷源2個(gè)外部中斷源2個(gè)外部中斷源中斷喚醒省電模式3級(jí)加密位靈活的ISP字節(jié)和分頁(yè)編程看門(mén)狗（WDT）電路雙數(shù)據(jù)寄存器指針軟件設(shè)置空閑和省電功能以下圖5為引腳圖：圖5 AT89S52的引腳圖因?yàn)閮?nèi)置軟件看門(mén)狗便宜和易于推廣，可免除外部看門(mén)狗芯片，以降低成本，而且也容易掌握，和工業(yè)的80C51指令和引腳兼容，片上Flash允許程序存

34、儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程也靈活方便，故而選擇AT89S52作為下位機(jī)的微處理器。VCC:電源GND:地P0口：P0端口是8位雙向的漏極開(kāi)路的I/O口。當(dāng)作輸出口用時(shí)，每位可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL型的邏輯電平。當(dāng)我們對(duì)P0口寫(xiě)入“1”時(shí)，此引腳就用作高阻抗輸入來(lái)使用。在訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的時(shí)候，P0端口會(huì)作為低8位的地址/數(shù)據(jù)來(lái)使用。在這種情況下，P0端口就具有內(nèi)部的上拉電阻了。在我們用flash進(jìn)行編程時(shí)，P0端口會(huì)接收發(fā)送到的指令字節(jié)；在校驗(yàn)程序的時(shí)候，會(huì)輸出指令字節(jié)的。我們知道在程序校驗(yàn)時(shí)，需要合適的外部上拉電阻。P1口：P1端口是雙向的有內(nèi)置的上拉電阻8位I/O口，P1口上的輸出端的緩沖器可以同

35、時(shí)驅(qū)動(dòng)四個(gè)TTL型的邏輯電平進(jìn)行工作。當(dāng)我們對(duì)P1口寫(xiě)入“1”的時(shí)候，其內(nèi)部的上拉電阻就會(huì)拉高端口，該端口就可以當(dāng)作輸入口來(lái)使用了。當(dāng)作為輸入使用時(shí)，在內(nèi)部電阻作用下外部被放低的引腳，將會(huì)輸出IIL型電流。此外，P1.0會(huì)作為計(jì)數(shù)器/定時(shí)器 2的外部計(jì)數(shù)的輸入端口，P1.2會(huì)作為計(jì)數(shù)器/計(jì)時(shí)器2觸發(fā)的輸入端口。當(dāng)我們對(duì)flash校驗(yàn)和編程的時(shí)候，P1端口會(huì)接到低8位的地址字節(jié)。P1引腳第二功能如表2所示：表2 P1引腳的第二功能P1.0T2用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部的計(jì)數(shù)輸入端口和時(shí)鐘的輸出端口P1.1T2EX用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的重載/捕捉觸發(fā)的信號(hào)與方向控制P1.5MOSI系統(tǒng)編程時(shí)用

36、P1.6MISO系統(tǒng)編程時(shí)用P1.7SCK系統(tǒng)編程時(shí)用P2口：P2端口是雙向的具有內(nèi)部的上拉電阻的8位的I/O 端口，P2口上的輸出緩沖器可以驅(qū)動(dòng)四個(gè)TTL型的邏輯電平。當(dāng)我們對(duì)P2端口寫(xiě)入“1”的時(shí)候，其內(nèi)部的上拉電阻就會(huì)把端口拉高，此時(shí)就當(dāng)作輸入口來(lái)使用了。當(dāng)該端口被當(dāng)作輸入口來(lái)使用時(shí)，在外部被拉低的引腳在內(nèi)部電阻的作用下，將輸出IIL型電流。在訪問(wèn)外部的程序存儲(chǔ)器時(shí)，P2端口會(huì)送出高8位的地址，用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)也是這樣。此時(shí)，P2端口會(huì)使用很強(qiáng)內(nèi)部上拉來(lái)發(fā)送“1”。在使用8位的地址來(lái)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的時(shí)候，P2端口會(huì)輸出P2鎖存器中的內(nèi)容。當(dāng)在用flash編程和校驗(yàn)的時(shí)

37、候，P2端口會(huì)依據(jù)接收到的高8位地址字節(jié)和控制信號(hào)來(lái)工作。P3口：P3是雙向的具有內(nèi)部的上拉電阻的8位的I/O 端口，P3上的輸出緩沖器可以驅(qū)動(dòng)四個(gè)TTL型的邏輯電平工作。當(dāng)我們對(duì)P3口寫(xiě)入“1”的時(shí)候，其內(nèi)部的上拉電阻就會(huì)把端口拉高，該端口就可以當(dāng)作輸入口來(lái)使用。當(dāng)其當(dāng)作輸入口使用時(shí)，在外部被拉低的引腳在內(nèi)部電阻的作用下，將會(huì)輸出IIL型電流。P3端口也可以作為AT89S52的特殊功能來(lái)使用。另外，在我們進(jìn)行flash編程驗(yàn)的時(shí)候，P3端口也會(huì)接收控制信號(hào)。圖6為最小系統(tǒng)圖：圖6 AT89S52最小系統(tǒng)電路圖3.2鍵盤(pán)設(shè)計(jì)根據(jù)要求需要兩個(gè)按鈕，具體電路如下:圖7 鍵盤(pán)電路圖鍵盤(pán)由一組按一定規(guī)

38、則來(lái)排列的按鍵所組成的。實(shí)際上，一個(gè)按鍵就是一個(gè)起作用的開(kāi)關(guān)元件。通俗來(lái)說(shuō)，鍵盤(pán)就是一組按規(guī)則來(lái)排列的開(kāi)關(guān)。我們知道按鍵按其結(jié)構(gòu)原理來(lái)分成兩類，一類為觸點(diǎn)式的開(kāi)關(guān)按鍵14，比如機(jī)械式的開(kāi)關(guān)、導(dǎo)電橡膠式的開(kāi)關(guān)等；一類為無(wú)觸點(diǎn)的開(kāi)關(guān)按鍵，比如電氣式的按鍵，磁感應(yīng)的按鍵等。就其特點(diǎn)而言，前者的造價(jià)低廉，后者的壽命較長(zhǎng)。因此在微機(jī)系統(tǒng)里最常用的是觸點(diǎn)式的開(kāi)關(guān)按鍵，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)也不例外。按照接口原理，鍵盤(pán)可以分為編碼式鍵盤(pán)和非編碼式鍵盤(pán)兩大類。這兩種鍵盤(pán)的區(qū)別之處是識(shí)別鍵符以及給出鍵碼的方法。編碼式鍵盤(pán)主要通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)了對(duì)鍵的識(shí)別，非編碼式鍵盤(pán)是由軟件控制實(shí)現(xiàn)了鍵盤(pán)定義和識(shí)別功能。全編碼式鍵盤(pán)可以通過(guò)

39、硬件邏輯來(lái)提供與鍵相對(duì)應(yīng)的編碼，另外還具有去除抖動(dòng)與多、竄鍵保護(hù)的電路，這類鍵盤(pán)的使用較方便，但是需要的硬件較多，價(jià)格也較貴，一般的以單片機(jī)為核心的應(yīng)用系統(tǒng)就很少采用。非編碼式鍵盤(pán)只是簡(jiǎn)單提供了行列矩陣，其它的工作都是由軟件來(lái)完成。其經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)，廣泛地應(yīng)用在單片機(jī)的系統(tǒng)中15，本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)便是如此。本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)使用了機(jī)械式觸點(diǎn)按鍵開(kāi)關(guān)，其功能是將機(jī)械觸點(diǎn)的通斷轉(zhuǎn)變成電氣方面邏輯關(guān)系。就是說(shuō)，它可以提供標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯的電平，以便可以同通用數(shù)字系統(tǒng)邏輯電平互容。機(jī)械式的按鍵在按下或者放開(kāi)時(shí)，在機(jī)械彈性的作用下，通常會(huì)伴隨一定時(shí)間內(nèi)觸點(diǎn)的機(jī)械抖動(dòng)，而后觸點(diǎn)才可以穩(wěn)定下來(lái)。開(kāi)關(guān)機(jī)械特性會(huì)直接影響

40、抖動(dòng)時(shí)間，一般是5 -10ms。按鍵的通斷狀態(tài)由觸點(diǎn)在其抖動(dòng)期間內(nèi)檢測(cè)出來(lái)，這樣可能會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)判斷錯(cuò)誤。即按鍵在一次按完或者放開(kāi)期間被誤解為多次的操作，此種情況是絕對(duì)不允許發(fā)生的。為了避免觸點(diǎn)機(jī)械抖動(dòng)產(chǎn)生檢測(cè)誤判，就必須采取除抖動(dòng)的措施，可以從硬、軟件兩個(gè)方面進(jìn)行考慮。當(dāng)鍵數(shù)少時(shí)，可以采用硬件除抖，當(dāng)檢測(cè)到了該鍵被釋放后，在去按另外的按鍵。本文的鍵盤(pán)的控制程序具備以下的功能:（1）檢測(cè)是否有按鍵按下，并且采取相應(yīng)的硬件或者軟件措施，來(lái)消除按鍵的機(jī)械觸點(diǎn)產(chǎn)生的抖動(dòng)的影響。（2）具有固定可靠邏輯方面的處理方法。而每一次只對(duì)一個(gè)按鍵進(jìn)行處理，在此期間對(duì)于何種按鍵操作對(duì)此系統(tǒng)都不會(huì)產(chǎn)生影響，并且無(wú)論每

41、次的按鍵時(shí)間是多長(zhǎng)，系統(tǒng)只完成一次按鍵操作的程序功能。（3）準(zhǔn)確無(wú)誤地輸出按鍵的值（或者鍵號(hào)），來(lái)達(dá)到跳轉(zhuǎn)指令的要求。本文的系統(tǒng)因其所使用的按鍵比較少，所以采用了兩個(gè)按鈕的鍵盤(pán)。列線應(yīng)分別連接在按鍵開(kāi)關(guān)兩端，行線要由上拉的電阻接在+5V 上。當(dāng)按鍵未按下時(shí)，行線會(huì)處在高電平的狀態(tài)下；當(dāng)按鍵按下時(shí)，行線和列線將會(huì)導(dǎo)通，此時(shí)，行線的電平將會(huì)由與此線相連接的列線的電平來(lái)決定。這就是來(lái)識(shí)別按鍵是否按下的關(guān)鍵。按鍵是否按下均影響該鍵所在行、列線的電平，各按鍵間都會(huì)相互影響，因此，必須將行線、列線信號(hào)配合起來(lái)適當(dāng)?shù)靥幚?，才能確定閉合鍵的位置。3.3數(shù)碼顯示電路按照相關(guān)的規(guī)定，輸液時(shí)液速的正常范圍應(yīng)該是每分

42、鐘30到150滴,所以本系統(tǒng)的數(shù)碼管選擇了三位, LED顯示模塊使用了74HC164驅(qū)動(dòng)共陰數(shù)碼管。74HC164是8位的邊沿觸發(fā)式的移位寄存器，它是串行的輸入數(shù)據(jù)，然后再并行的輸出。這樣數(shù)據(jù)便可通過(guò)兩輸入端（DSA或DSB）之一進(jìn)行串行輸入，任一個(gè)輸入端都可以用作高電平的使能端，來(lái)控制另一個(gè)輸入端輸入數(shù)據(jù)。從單片機(jī)的串口輸出的信號(hào)首先要送到最左邊的移位寄存器（74HC164）,因?yàn)橐莆幻}沖的作用，數(shù)據(jù)便向右移，以此完成顯示。采用串行顯示，與并行顯示相比，串行顯示占用接口少，更加適用于本系統(tǒng)，數(shù)碼顯示的電路如圖所示。顯示電路的功能是顯示電壓與滴速,開(kāi)機(jī)顯示了電壓的電量,醫(yī)務(wù)人員會(huì)根據(jù)實(shí)際情況決

43、定是否應(yīng)需要插入電源,保證輸液過(guò)程的正常工作。當(dāng)有液滴滴下時(shí),就開(kāi)始顯示：一方面可以方便護(hù)士在給病人輸液時(shí)調(diào)節(jié)藥液滴速,這樣就防止了只憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)調(diào)速，造成調(diào)速不準(zhǔn)的醫(yī)療隱患;另一方面方便了護(hù)士巡房,使醫(yī)療服務(wù)更加的準(zhǔn)確、高效。以下圖8為顯示電路圖：圖8 數(shù)碼管顯示電路3.4聲光報(bào)警電路聲光報(bào)警用于以下的兩種情況中:一是輸液瓶中的液體快要滴完時(shí),應(yīng)及時(shí)地通知護(hù)士，讓她盡快地拔針,避免造成血液的回流現(xiàn)象,產(chǎn)生危害病的人體健康事故。二是輸液的過(guò)程中,如果病人保持一個(gè)固定的動(dòng)作，很快就會(huì)感覺(jué)到手麻,在稍微的移動(dòng)了一下,液滴的速度就可能發(fā)生過(guò)快或者過(guò)慢的現(xiàn)象,但是液速很快會(huì)恢復(fù)正常情況，這是不可避免的，這

44、也屬正常的情況,不必發(fā)出報(bào)警,盡量的減少了醫(yī)務(wù)人員的工作量,若持續(xù)時(shí)間超過(guò)30秒,就可能是發(fā)生了血管的堵塞現(xiàn)象,或者是針頭松掉了,這時(shí)應(yīng)該及時(shí)地報(bào)警，提醒護(hù)士進(jìn)行相應(yīng)地處理8。如果是重病患者,根據(jù)需要也可以屏蔽蜂鳴器,只要發(fā)光二極管不斷閃動(dòng)就可以了。本設(shè)計(jì)采用的蜂鳴器由直流電壓來(lái)供電,分為有源和無(wú)源兩種。有源的蜂鳴器要直接接到5V的電源就可以連續(xù)地發(fā)聲,而無(wú)源的蜂鳴器則與電磁揚(yáng)聲器相似,要接到音頻輸出的電路中才可以發(fā)聲9,因此本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)選用了有源的蜂鳴器。蜂鳴器需要較大的工作電流,單片機(jī)的輸入/輸出端口不能驅(qū)動(dòng)其工作,一般需要采用三極管或者是其他的放大器件放大電流后才行。另外,一般的蜂鳴器

45、在接通的時(shí)候發(fā)出的聲音較單一,可能導(dǎo)致病人產(chǎn)生反感的情緒,進(jìn)而造成了身體上的不適,所以本設(shè)計(jì)采用了定時(shí)器中斷程序使得蜂鳴器發(fā)出了有節(jié)奏感的滴滴聲,并且還增加了一個(gè)發(fā)光的二極管,伴隨有節(jié)奏感的好聽(tīng)聲音,發(fā)光的二極管會(huì)不斷地閃動(dòng)起來(lái),醫(yī)務(wù)人員就可以及時(shí)地進(jìn)行處理。以下圖9為報(bào)警電路圖：圖9 聲光報(bào)警電路3.5液滴檢測(cè)電路液滴檢測(cè)電路是本次設(shè)計(jì)的重中之重,如果滴速計(jì)算的不準(zhǔn),將會(huì)帶來(lái)很多不必要的麻煩,輸液時(shí)間計(jì)算也會(huì)有所出入,報(bào)警不準(zhǔn)容易造成護(hù)士的手忙腳亂,失去了智能監(jiān)控的作用。信號(hào)采集處理電路如下圖所示，若測(cè)試時(shí)檢測(cè)到液滴的電壓差信號(hào)過(guò)小，可在比較器前加上一級(jí)差動(dòng)放大電路增大檢測(cè)的可靠性。由信號(hào)采

46、集電路原理圖可以看出，當(dāng)藥瓶?jī)?nèi)的液體液面處于光路的上面時(shí)(或者液滴滴下切斷了光路)，紅外發(fā)射的二極Send1射出的光就不能被紅外接收的二極管Receive1所接收，從而Receive1就截止了，晶體管也就截止了，OP07的輸出端是高電平了；當(dāng)藥瓶?jī)?nèi)的液體液面慢慢下降到光路的附近時(shí)(或者沒(méi)有了液滴滴下時(shí))，紅外發(fā)射的二極管Send1所射出的光就能被紅外接收的二極管Receive1所接收，從而Receive1就導(dǎo)通了，晶體管也導(dǎo)通了，OP07的輸出端就是低電平了，此時(shí)的單片機(jī)就產(chǎn)生了外部中斷，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電路來(lái)發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)，然后通知醫(yī)務(wù)人員來(lái)采取緊急措施，從而達(dá)到了采集數(shù)據(jù)以及控制報(bào)警的目的。

47、圖10 液滴檢測(cè)電路3.6液位監(jiān)測(cè)單元與速度檢測(cè)單元一樣，本文也提出兩種可以實(shí)現(xiàn)的方法，即有、無(wú)損探測(cè)。本文考慮到了系統(tǒng)醫(yī)用衛(wèi)生的標(biāo)準(zhǔn)，輸液吊瓶中要應(yīng)盡量地避免有異物的進(jìn)入，于是就選用了紅外無(wú)損的探測(cè)方案11。通常情況下，吊瓶壁的厚度與外直徑都要比滴斗要大的多，但當(dāng)我們?cè)龃蠹t外的發(fā)射功率之后，經(jīng)過(guò)有水與無(wú)水儲(chǔ)液瓶所接到的信號(hào)不同仍在30-40mV 之間，這說(shuō)明了紅外的無(wú)損的探測(cè)方式對(duì)超越限值報(bào)警的電路而言是行得通的12。因?yàn)楸疚牡脑较迗?bào)警的電路只是需要工作在液體下降至紅外的發(fā)射接收的通路高度之下，所以本文的傳感器單元所接收的信號(hào)無(wú)需經(jīng)過(guò)濾波環(huán)節(jié)，只是需要放大工作即可，出于信號(hào)的傳輸損耗越小的考

48、慮，本文將初級(jí)放大單元的電路和傳感器單元一起設(shè)計(jì)安裝在了儲(chǔ)液瓶的旁邊。然后在設(shè)定一個(gè)門(mén)限電平，使接收信號(hào)高于門(mén)限電平時(shí)給單片機(jī)送入一個(gè)信號(hào)，產(chǎn)生警報(bào)，即構(gòu)成了越限報(bào)警電路13，其系統(tǒng)框圖及電路圖分別如下圖11和圖12所示：圖11 單元框圖圖12 液位檢測(cè)電路圖3.7電源電路的設(shè)計(jì)電源在電路設(shè)計(jì)中是非常重要的,電壓太大,就會(huì)導(dǎo)致電流過(guò)大,容易減少元器件的壽命,甚至?xí)龎膯纹瑱C(jī)的芯片,造成不可估算的損失,本系統(tǒng)需要產(chǎn)生的電平包括:5V電壓:單片機(jī)控制芯片,紅外對(duì)管,步進(jìn)電機(jī),報(bào)警電路。因此在本設(shè)計(jì)中采用單電源方案,單電源方案的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)單、工作可靠。在設(shè)計(jì)中我們采用所有元件的適中電壓+5V,它通

49、過(guò)變壓器先把生活中常用的交流電變換成+5V的電壓,再用穩(wěn)壓器把它穩(wěn)定在5V。電路圖如下圖所示：IC采用集成穩(wěn)壓器7805，C1、C2分別為輸入端和輸出端濾波電容，RL為負(fù)載電阻。當(dāng)輸出電較大時(shí)，7805應(yīng)配上散熱板。以下圖13為電源電路圖：圖13 電源電路4軟件設(shè)計(jì)要想保證整個(gè)輸液監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠正常的工作,硬、軟件設(shè)計(jì)都是不可以忽視的組成部分。沒(méi)有了硬件,軟件就是一堆亂碼,沒(méi)有了軟件,硬件就是空殼了,所以即使硬件設(shè)計(jì)比較完整,但是如果沒(méi)有了軟件應(yīng)用部分,本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)還是不可以工作的。所以只有將合乎設(shè)計(jì)的要求的嵌入式的軟件控制程序下載至相應(yīng)的硬件電路板之上,系統(tǒng)的各個(gè)部分才能夠正常運(yùn)行,完

50、成預(yù)期。4.1主控模塊設(shè)計(jì)主控模塊作為軟件系統(tǒng)的核心，在工作的時(shí)候首先要對(duì)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和串口部分進(jìn)行初始化，然后協(xié)調(diào)各個(gè)子模塊進(jìn)行工作。本次設(shè)計(jì)的初始化主要包含以下兩方面，一是對(duì)于串口要進(jìn)行必要的初始化工作，讓其在方式1下工作，而波特率則是由定時(shí)器T1的溢出率設(shè)定，設(shè)定為1200bit/s，并讓其工作在允許接收狀態(tài)下。單片機(jī)的外圍電路里使用了頻率是11.0592MHz 的晶振，需要設(shè)定定時(shí)器1的初始值248(OE8)。串口數(shù)據(jù)的通信過(guò)程里的發(fā)送和接收必須要通過(guò)中斷來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，因此必須要設(shè)置串口中斷方式；二是對(duì)于外部的中斷0的設(shè)置，在輸液的監(jiān)控系統(tǒng)的過(guò)程中，當(dāng)有液滴滴下的時(shí)候，液滴的檢測(cè)電路會(huì)捕捉

51、所產(chǎn)生電信號(hào)的來(lái)源，再發(fā)出1個(gè)數(shù)字的脈沖信號(hào)，送到單片機(jī)的內(nèi)部使其產(chǎn)生了1個(gè)外部的中斷0。本系統(tǒng)在中斷計(jì)數(shù)的時(shí)候，應(yīng)該啟動(dòng)外部中斷0，并且將其設(shè)定在電平的觸發(fā)模式中，及用于計(jì)數(shù)的R4寄存器內(nèi)部清零17。4.2點(diǎn)滴速度的測(cè)量模塊設(shè)計(jì)點(diǎn)滴速度存在兩種測(cè)量方式。一是：以點(diǎn)滴每次間隙為單位，記錄出一次點(diǎn)滴所用時(shí)間，用60來(lái)除以點(diǎn)滴的間隔單位的時(shí)間就可以得到點(diǎn)滴數(shù)/每分鐘。此方法用除法操作，如果點(diǎn)滴速度比較快，測(cè)量誤差也較大。而測(cè)量所得到點(diǎn)滴的單位時(shí)間誤差會(huì)被 60 秒的時(shí)間單位所放大。但此方法用在點(diǎn)滴速度的修正上，可以適時(shí)的測(cè)得點(diǎn)滴速度的變化量，其適用于調(diào)整滴速的場(chǎng)合。二是：用單位時(shí)間來(lái)記錄出點(diǎn)滴數(shù)。

52、利用乘法計(jì)算來(lái)算出滴速，此法存在一定弊端，如果單位時(shí)間里的點(diǎn)滴數(shù)目不是整數(shù)，就容易存在測(cè)量的誤差。但若是在滴速恒定情況下，可以采取在許多單位時(shí)間里取均值，從而求出單位時(shí)間的平均點(diǎn)滴數(shù)，這樣就可以達(dá)到比較高的精度18.在本次設(shè)計(jì)中，將采用將兩者結(jié)合起來(lái)的方法進(jìn)行測(cè)量。以點(diǎn)滴為單位，同時(shí)對(duì)于多個(gè)點(diǎn)滴來(lái)測(cè)量，計(jì)算出滴速。如圖是實(shí)現(xiàn)原理。 中斷計(jì)數(shù) A B 中斷計(jì)數(shù)圖14 脈沖電路圖定時(shí)器 T 0的定時(shí)時(shí)間是200us，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到有脈沖信號(hào)發(fā)出時(shí)，程序就開(kāi)始進(jìn)行相應(yīng)的中斷處理，將計(jì)數(shù)器里存儲(chǔ)的內(nèi)容讀出來(lái)，然后將計(jì)數(shù)器進(jìn)行清零，作為了記錄脈沖信號(hào)的初始值，將其計(jì)為COUNT=0，當(dāng)定時(shí)器的時(shí)間到達(dá)了

53、200us時(shí)，程序中斷就會(huì)檢測(cè)輸入的信號(hào)是否是有脈沖信號(hào)，同時(shí)將計(jì)數(shù)器進(jìn)行加1的操作，即計(jì)COUNT=1，另外設(shè)置計(jì)數(shù)器COUNT=1所記錄的檢測(cè)到的脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)，設(shè)置計(jì)數(shù)器COUNT=1存儲(chǔ)單元為10，這樣就可循環(huán)存儲(chǔ)脈沖的個(gè)數(shù)。我們可以在定時(shí)器COUNT=1中取出5個(gè)相臨脈沖的信號(hào)點(diǎn)（可以設(shè)定起始的脈沖點(diǎn)為 x，其相對(duì)應(yīng)于計(jì)數(shù)器COUNT數(shù)值為n1，那么第五脈沖點(diǎn)就為x+5，其相對(duì)應(yīng)于計(jì)數(shù)器COUNT數(shù)值為n 2），這時(shí)就計(jì)算出了經(jīng)過(guò)五個(gè)脈沖點(diǎn)的時(shí)間是：t = (n2 - n1)200us，從而就得到了相臨的脈沖信號(hào)時(shí)間間隔平均值是：T=t/5，也就得到了點(diǎn)滴速度是：v=60s/T=15

54、00/(n2-n1)19。經(jīng)過(guò)以上的分析與計(jì)算，就得到了點(diǎn)滴速度的測(cè)量程序圖。開(kāi)始定時(shí)200us設(shè)置計(jì)數(shù)器COUNT=0設(shè)置計(jì)數(shù)器COUNT1=0定時(shí)結(jié)束退出中斷否是COUNT加1檢測(cè)到脈沖信號(hào)否是COUNT1加1圖15 點(diǎn)滴速度的框架圖4.3顯示報(bào)警模塊的設(shè)計(jì)查詢液滴過(guò)慢或有沒(méi)有液滴落下時(shí)及時(shí)的報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì)主要是依靠 4s 定時(shí)中斷程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)以上的分析，在輸液進(jìn)程中滴下的液滴的數(shù)量最主要是利用程序?qū)NT0傳送來(lái)的信號(hào)邊緣進(jìn)行檢測(cè)計(jì)數(shù)，并且在程序中使用R4計(jì)數(shù)器加1來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)液滴的計(jì)數(shù)。因此，只要在4s內(nèi)有液滴滴下時(shí)R4中的值就一定會(huì)改變，正常的輸液在4s的時(shí)間內(nèi)R4的值是一定會(huì)變化

55、的。因此，就可以通過(guò)判斷4s內(nèi)R4的值是否發(fā)生變化，來(lái)判斷在這4s的時(shí)間間隔中是不是有液滴滴下，當(dāng)R4的值有變化時(shí)就說(shuō)4s內(nèi)有液滴滴下;當(dāng)判斷出R4的值沒(méi)有任何變化時(shí)就說(shuō)明4s內(nèi)沒(méi)有液滴滴下，給報(bào)警標(biāo)志位置1，讓它們分別驅(qū)動(dòng)蜂鳴器和發(fā)光二極管進(jìn)行聲光報(bào)警。在本次設(shè)計(jì)中若出現(xiàn)以下情況下時(shí)就會(huì)進(jìn)行報(bào)警：當(dāng)輸液正常完成時(shí)，這時(shí)最后一滴液體以后就沒(méi)有液滴滴下了，這就相當(dāng)于兩滴液體的間隔時(shí)間為無(wú)窮大，即遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于4s的定時(shí)，這時(shí)R4的值就不會(huì)發(fā)生變化，就開(kāi)始報(bào)警；輸液因意外情況而發(fā)生中斷的，這時(shí)當(dāng)中斷前的某一液滴滴下后，再就沒(méi)有其他液滴滴下了，其與第一種現(xiàn)象是相同的，這時(shí)R4的值也不會(huì)變化，也發(fā)出報(bào)警信號(hào)；輸液太慢時(shí)，兩液滴滴下的時(shí)間間隔超過(guò)了四秒，這時(shí)R4的值也不會(huì)變化，也報(bào)警。當(dāng)出現(xiàn)了以上情況時(shí)，本系統(tǒng)的單片機(jī)的T0端口就輸出了高電平，這時(shí)蜂鳴器就會(huì)進(jìn)入到工作的狀態(tài)而開(kāi)始鳴叫，提醒病人液滴已經(jīng)輸完或者有意外發(fā)生。其他情況下，也就是兩液滴滴下的時(shí)間間隔小于4s時(shí)就為正常工作，單片機(jī)TO腳就輸出低電平，蜂鳴器停止。流