《基于單片機的智能輸液系統(tǒng)設(shè)計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《基于單片機的智能輸液系統(tǒng)設(shè)計（30頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 基于單片機的智能輸液系統(tǒng)設(shè)計 院 系： 專 業(yè) 班： 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 年 月 專心---專注---專業(yè) 摘 要 隨著智能化控制的不斷發(fā)展，自動化臨床設(shè)備的研究已成為醫(yī)療器械的一個重點.其可以減輕工作人員的壓力，提高醫(yī)護人員的工作效率。靜脈輸液是一種常見的臨床治療方法，通過在靜脈輸入起到治療的作

2、用，本課題是研究智能輸液系統(tǒng)的設(shè)計方法，本方案是基于AT89S51控制的。這個系統(tǒng)操作簡潔、上手較快、具有報警功能并且方便集中控制，在現(xiàn)代醫(yī)療事業(yè)具有較大意義，推動了自動化的智能醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展, 有利于提高醫(yī)護質(zhì)量。 本課題的主要功能有：實現(xiàn)了利用電路采集液滴速度，可設(shè)置液滴速度并且進行比較，可顯示液滴滴速和剩余輸液時間；可自行設(shè)置液滴滴速；在輸液剩余液量低于設(shè)定值，自動報警，或者輸液過程出現(xiàn)特殊情況也可報警。補充了這個方向的輸液系統(tǒng)的部分研究空白，對于設(shè)備結(jié)構(gòu)的分析和其電子設(shè)計的研究具有重要意義；通過理論分析，很好的分析了整個輸液系統(tǒng)的理論與實踐基礎(chǔ)。本課題的研究成果為輸液系統(tǒng)的研究提供了

3、豐富的信息。 關(guān)鍵詞：51單片機 醫(yī)院輸液系統(tǒng) 輸液監(jiān)控 目 錄 1 6 8 0 0 1 2 24 致謝 25 27 緒 論 隨著科技的進步，越來越多的地方需要用到對液體的流量或者滴速進行控制，如人工腎機的透析液儲液罐中透析液儲量、自動洗胃機中沖洗液的液量、中藥使用的藥浴機中煎藥鍋中的水位等，醫(yī)療保健領(lǐng)域中藥液的輸液量與輸液速度需要精確的控制以達到更好治療效果。根據(jù)我國各地衛(wèi)生廳的標(biāo)準(zhǔn)不同輸液系統(tǒng)

4、的滴速設(shè)定也不盡相同，湖北省衛(wèi)生廳的《護理技術(shù)操作規(guī)范》規(guī)定：成人靜脈輸液滴速40—60滴/min，兒童及老年人20—40滴/min；高于此標(biāo)準(zhǔn)10滴/min為過快；低于此標(biāo)準(zhǔn)10滴/min為過慢。而遼寧省衛(wèi)生廳規(guī)定以滴速40-60滴/min為標(biāo)準(zhǔn)，高于70滴/min為過快，低于30滴/min為過慢，基于此我們可以看出靜脈輸液作為一種常見的臨床治療方法，通過向靜脈輸入藥液起到治療的作用，滴速控制尤為重要，并且新藥品越來越多，在治療疾病的過程中，采用靜點輸液治療方法已越來越普遍。然而，在輸液過程中，不同藥液，不同年齡患者均有其不同的最佳滴速要求。滴速過快、過慢均會影響療效甚至給患者帶來不適；此外

5、在輸液過程中，當(dāng)輸液完成需要換藥液時，需要醫(yī)務(wù)人員發(fā)現(xiàn)不及就會出現(xiàn)空氣進入血管內(nèi)形成空氣栓塞，凝血堵塞針頭等情況，輕則延誤治療，重則會危及病人生命安全，發(fā)生事故，還有當(dāng)病人單獨輸液時，有可能睡著或者忘記觀察剩余藥液量引起血液外流等事故。綜上可以看出輸液監(jiān)護控制系統(tǒng)在未來醫(yī)療中的重要地位和作用。 背景和意義 1.1 醫(yī)療輸液監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計背景 隨著智能化控制的不斷發(fā)展，自動化臨床設(shè)備的研究已成為醫(yī)療器械的一個重點.其可以減輕工作人員的壓力，提高醫(yī)護人員的工作效率。靜脈輸液是

6、一種常見的臨床治療方法，通過在靜脈輸入起到治療的作用，所以其滴速的控制很重要，隨著新藥品研發(fā)的越來越多，采用靜點輸液治療方法在治療疾病的過程中已變得很普遍了。然而，在輸液過程中，對于不同藥液，不同年齡患者均有其不同的最佳滴速要求。其滴速過快或者過慢均會影響治療效果；在輸液過程中，若需要換輸液，若發(fā)現(xiàn)不及就會出現(xiàn)空氣進入血管內(nèi)就會危及病人生命安全，還有當(dāng)病人單獨輸液時，由于睡著或者忘記觀察藥液量導(dǎo)致血液外流等事故。以上就體現(xiàn)出輸液監(jiān)控的重要地位和作用。本課題就是針對以上問題進行設(shè)計研究，對提高醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展起到很大的作用。利用科技去提高整個醫(yī)療事業(yè)，是造福整個人民的好事情，對于此我們應(yīng)努力的去改

7、善。 1.2 輸液監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的背景 本設(shè)計所針對的醫(yī)療產(chǎn)品在國內(nèi)只有一些大型醫(yī)院引進。在國內(nèi)輸液裝置的研究相對起步較晚，在市場上也存在一定國產(chǎn)輸液裝置。但是總體來說，國內(nèi)的自動輸液系統(tǒng)需要很長的路要走。并且國內(nèi)的醫(yī)療設(shè)備技術(shù)相對落后、種類方面也相對較少、性能與質(zhì)量也參差不齊。而智能輸液系統(tǒng)在國外的發(fā)達國家，如、日本、美國等研制的較早并且種類較多，其也基本實現(xiàn)了智能化，在醫(yī)院輸液監(jiān)控使用已經(jīng)十分普遍。 醫(yī)療設(shè)施發(fā)展趨勢在于單片機智能輸液系統(tǒng)的發(fā)展，單片機的性價比優(yōu)越，而以前的輸液系統(tǒng)，其一單片機價格比較貴，且操作不容易實現(xiàn)，對滴速控制精度也低。現(xiàn)在的單片機可以進行多個系統(tǒng)的控制，減輕工

8、作人員的壓力，提高醫(yī)護工作效率。在人為控制下可能對病人帶來麻煩，以前的臨床輸液中有患者醫(yī)護人員觀察監(jiān)視藥液余量,此方法涉及的精力大且效率低，不利于醫(yī)療的綜合管理。而使用智能輸液系統(tǒng)只要考慮周到，運行的時候就可以解決以上問題，因此，基于單片機的智能輸液系統(tǒng)會在醫(yī)療中得到廣泛應(yīng)用。該課題研究具有應(yīng)用價值，對于提高我國的醫(yī)療水平有深遠影響。醫(yī)療的安全問題離不開科技，利用科技去提高醫(yī)療事業(yè)是對醫(yī)療事業(yè)的一大促進。 1.3 系要解決的問題統(tǒng)設(shè)計需 （1） 如何準(zhǔn)確監(jiān)測藥物剩余量。 （2） 如何提示護士應(yīng)該換藥。 （3） 怎么樣控制滴速。 （4） 怎么樣

9、使整個系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。 2系統(tǒng)方案設(shè)計與論證 2.1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計方案 本課題的輸液系統(tǒng)分為以下部分：儲液液面檢測、滴速測量模塊，點滴速度控制（電機系統(tǒng)控制）模塊，鍵盤顯示模塊。結(jié)構(gòu)圖如下圖2-1 。 圖2-1 總體結(jié)構(gòu)框圖 2.2 點滴速度測量電路方案 速度測量在設(shè)計中占有極其重要的位置，它是本系統(tǒng)的基礎(chǔ)，在進過分析思考后整理出以下幾種方案： 方案一：采用反射式的紅外光電傳感器 將反射式紅外傳感器放置于輸液器的漏斗一端，在液滴下落時，利用紅外線的反射能力，接收端將檢測到信號。但是有很多不穩(wěn)定因素如水滴的表面不規(guī)則，收集到的反射信號弱，并且對

10、于液滴下落時要和傳感器的夾角要很精確， 方案二：采用槽式紅外光電開關(guān) 采用槽式紅外對射式光電開關(guān)，其功能齊全，體積小，具備交直流通用型，抗震性能好，液滴檢測穩(wěn)定，很適合精度要求高的醫(yī)療設(shè)備，此方案成本低。通過測量兩點滴下落的間隔通過計算就可以確定滴速。 經(jīng)考慮選用方案二。 2.3 液面檢測電路方案 方案一：紅外對管發(fā)射接收。根據(jù)接收的光強的大小判斷液位是否到警戒水位，若達到警戒水位則反饋到單片機，進行中斷報警。 方案二：稱重傳感器檢測。利用稱重傳感器對總質(zhì)量與實際警戒水位質(zhì)量相比較，當(dāng)測量總質(zhì)量與設(shè)定值相等時發(fā)出報警。 比較上述方案，選擇方案一，其實用、方便，也能保證測

11、量的準(zhǔn)確度。 2.4 電機控制滴速電路方案 2.4.1 電機控制滴速的方案設(shè)計 方案一:通過步進電機和滑輪系統(tǒng)控制儲液瓶的高度，來達到控制液滴流速的目的；由公式：可以看出，滴速是受藥液的高度的影響的。則我們需要做大量的實驗去測試對應(yīng)高度的滴速，將結(jié)果存入單片機內(nèi)，當(dāng)?shù)竭_一個高度的時候就直接從單片機內(nèi)調(diào)出。同時當(dāng)通過按鍵輸入一個滴速的時候，都可以使步進電機轉(zhuǎn)動，到達特定的高度，使其滴速為設(shè)定好的值。 方案二:通過控制滴速夾的松緊程度來控制液滴流速。但這樣只是大致的去設(shè)定一個滴速，不具有精確性。而且影響其使用的因數(shù)也多，不易規(guī)律的實驗出。 經(jīng)過綜合比較，我們決定選擇第一項的方案。模

12、擬示意圖如圖2-2。 圖2-2 輸液模擬示意圖 2.4.2 電動機及驅(qū)動方案 方案一：伺服電機 伺服電機可以接收電信號，然后轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)動軸上的角速度與角位移。其轉(zhuǎn)速要比電機在負載時的轉(zhuǎn)速高很多。但是就伺服電機的使用情況來說，多數(shù)是在低的轉(zhuǎn)動慣量、高的啟動轉(zhuǎn)矩和大轉(zhuǎn)矩的系統(tǒng)里。并且伺服電機的價格較高，很少使用。 方案二：直流電機 直流電機上電后立馬轉(zhuǎn)動，掉電后慣性較大，停機時還要轉(zhuǎn)動一定角度后才可停下來。轉(zhuǎn)矩小、沒有抱死功能，如果要求準(zhǔn)確地停在一個位置，其閉環(huán)算法太復(fù)雜。 方案三：步進電機 步進電機主要是把電脈沖信號轉(zhuǎn)換成輸出軸的轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速，容易開啟停止、正反轉(zhuǎn)及變

13、速,動態(tài)響應(yīng)快。價格適中，控制精度較高，適用于較為精確的測量中，還可以有效提高輸液速度的控制精度。步進電機每輸入一個脈沖信號，轉(zhuǎn)子就會轉(zhuǎn)過一個角度，步進電機會輸出特定的角位移或者線位移，其與輸入脈沖數(shù)成正比例，步進電機的轉(zhuǎn)速也與脈沖頻率成正比例關(guān)系。本文以單片機為核心，控制了步進電機的工作，可以在一剎那實現(xiàn)啟停動作，并且其步距角的降低較小，延時短，定位準(zhǔn)確，精度高，可操作性較強。 綜合考慮，選用步進電機作為電機驅(qū)動控制電路。 2.5 顯示器接口電路方案 此設(shè)計里要可以設(shè)定滴速。其顯示內(nèi)容需要有設(shè)定值和實際滴速。經(jīng)過考慮和設(shè)計有以下兩種設(shè)計方案： 方案一：采使用(LCD)液晶顯示屏。雖

14、然液晶顯示屏有功耗小、輕巧較薄等優(yōu)點，但編程較數(shù)碼管難并且對于字符的要求較大，需要單獨編譯。并且相比于數(shù)碼管節(jié)能較差。對于以后產(chǎn)品會有一定影響。 方案二：采用數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管具備低能耗、低損耗、低壓、壽命長、且環(huán)境的要求較低等特性。而且數(shù)碼管編程簡單，完全可以滿足顯示方案的數(shù)據(jù)。 綜合比較以上兩種方案，結(jié)合本設(shè)計的要求可知采用方案二較為合適。 2.6 鍵盤接口電路方案 鍵盤是人為向機器輸入的基本設(shè)備，可以有編碼鍵盤和非編碼鍵盤，在此設(shè)計內(nèi)我們選擇成本較低技術(shù)成熟的非編碼鍵盤，非編碼鍵盤有一下幾種分類：獨立式按鍵電路、矩陣式鍵盤電路，中斷式鍵盤電路等。根據(jù)其特點我們提出了一下兩種方案

15、： 方案一：獨立鍵盤使用于輸入端口較多，調(diào)用快捷，且每個鍵的工作狀態(tài)不會影響其他幾個鍵的情況，此方案可以大大減少程序的內(nèi)容，編程較簡單，使用起來也很方便，對于本設(shè)計，對于鍵盤的需求不大，只需要進行簡單的操作即可。 方案二：此鍵盤是將按鍵分為行和列，都有交叉點，鍵兩端接于行和列上，一般有4*4、8*8、4*8的規(guī)格，用戶可以根據(jù)自己的需求選擇合適自己的規(guī)格，但因為本設(shè)計簡單可操作故不符合。 該系統(tǒng)使用的按鍵數(shù)較少，故采用獨立式鍵盤最為合適。 2.7 單片機型號的選擇與論證 2.7.1 現(xiàn)有主流單片機的概述 現(xiàn)主流的單片機有很多，如51系列、ARM系列等。我們使用的AT89S51是

16、一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K系統(tǒng)，可編程序的存儲器。使用Atmel公司的高密度非易失性存儲器技術(shù)及產(chǎn)品制造工業(yè)80C51指令和引腳完全兼容。片中的程序存儲器系統(tǒng)程序可編程。在單芯片上，51是擁有靈巧的8位CPU以及系統(tǒng)的可編程Flash，使得AT89S51在許多的嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到十分廣泛的應(yīng)用。 AT89S51的低能耗，是一種高性能CMOS8位微控制器，具有8K閃存使用programmable.atmel高密度非易失性存儲器的制造技術(shù)、指令和引腳完全兼容80S51的工業(yè)產(chǎn)品。在芯片上的Flash程序存儲器，可以在系統(tǒng)編程，但也為裝置經(jīng)典的編程。在一個芯片，

17、用8位CPU和在系統(tǒng)可編程閃存的靈活性，使得控制系統(tǒng)應(yīng)用集成提供一個靈活的解決方案，許多非常有效?；緲?biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)的256字節(jié)的閃存，32位的I/O線，定時器，指針數(shù)據(jù)，36位定時/計數(shù)器，水平向量中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行端口，在水晶板和電路的邏輯horloge以及fonct靜態(tài)ionnement可以減少到2000赫茲，可選擇節(jié)能模式兩種軟件模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM，定時器/計數(shù)器，串口、中斷繼續(xù)工作。當(dāng)功率保護模式，RAM內(nèi)容存儲，振蕩器是停止工作的的，所有的工作的單片機停止，直到一個中斷或硬件復(fù)位為止。 2.7.2 單片機的選用 主要的功能如下： 與MCS-5

18、1產(chǎn)品兼容；8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程；1000次擦寫周期；全靜態(tài)操作：0Hz-33MHz；三級加密；32個可編程I/O口線；三個16位/；8個；全雙工串行通道；低功耗空閑和掉電模式；掉電后中斷可喚醒；；掉電。 以下圖2-3為引腳圖： 圖2-3 AT89S51的引腳圖 AT89S51是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K系統(tǒng)，可編程序的存儲器。使用Atmel公司的高密度非易失性存儲器技術(shù)及產(chǎn)品制造工業(yè)80S51指令和引腳完全兼容。片中的程序存儲器系統(tǒng)程序可編程。在單芯片上，51是擁有靈巧的8位CPU以及系統(tǒng)的可編程Flash，使得AT89S51在許多的嵌入式控

19、制應(yīng)用系統(tǒng)中得到十分廣泛的應(yīng)用。最小系統(tǒng)圖如圖2-4。 圖2-4 AT89S51最小系統(tǒng)電路圖 2.7.3 單片機I/O口管腳分配 VCC:電源 GND:地 P0口：P0端口是8位雙向的漏極開路的I/O口。當(dāng)作輸出口用時，每位可以驅(qū)動8個TTL型的邏輯電平。當(dāng)我們對P0口寫入“1”時，此引腳就用作高阻抗輸入來使用。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器的時候，P0端口會作為低8位的地址/數(shù)據(jù)來使用。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進行編程時，P0端口會接收發(fā)送到的指令字節(jié)；在校驗程序的時候，會輸出指令字節(jié)的。我們知道在程序校驗時，需要合適的外部上

20、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時驅(qū)動四個TTL型的邏輯電平進行工作。當(dāng)我們對P1口寫入“1”的時候，其內(nèi)部的上拉電阻就會拉高端口，該端口就可以當(dāng)作輸入口來使用了。當(dāng)作為輸入使用時，在內(nèi)部電阻作用下外部被放低的引腳，將會輸出IIL型電流。此外，P1.0會作為計數(shù)器/定時器2的外部計數(shù)的輸入端口，P1.2會作為計數(shù)器/計時器2觸發(fā)的輸入端口。當(dāng)我們對flash校驗和編程的時候，P1端口會接到低8位的地址字節(jié)。 P1引腳第二功能如表2-1所示： 表2-1 P1引腳的第二功能 P1.0 T2 用作定時器/計

21、數(shù)器T2的外部的計數(shù)輸入端口和時鐘的輸出端口 P1.1 T2EX 用作定時器/計數(shù)器T2的重載/捕捉觸發(fā)的信號與方向控制 P1.5 MOSI 系統(tǒng)編程時用 P1.6 MISO 系統(tǒng)編程時用 P1.7 SCK 系統(tǒng)編程時用 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)動四個TTL型的邏輯電平。當(dāng)我們對P2端口寫入“1”的時候，其內(nèi)部的上拉電阻就會把端口拉高，此時就當(dāng)作輸入口來使用了。當(dāng)該端口被當(dāng)作輸入口來使用時，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。在訪問外部的程序存儲器時，P2端口會送出高8位的地

22、址，用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器時也是這樣。此時，P2端口會使用很強內(nèi)部上拉來發(fā)送“1”。在使用8位的地址來訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的時候，P2端口會輸出P2鎖存器中的內(nèi)容。當(dāng)在用flash編程和校驗的時候，P2端口會依據(jù)接收到的高8位地址字節(jié)和控制信號來工作。 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)動四個TTL型的邏輯電平工作。當(dāng)我們對P3口寫入“1”的時候，其內(nèi)部的上拉電阻就會把端口拉高，該端口就可以當(dāng)作輸入口來使用。當(dāng)其當(dāng)作輸入口使用時，在外部被拉低的引腳在內(nèi)部電阻的作用下，將會輸出IIL型電流。P3端口也可以作為AT89S52的特殊功能來

23、使用。另外，在我們進行flash編程驗的時候，P3端口也會接收控制信號。 3 輸液系統(tǒng)硬件設(shè)計 在第二章的方案論證基礎(chǔ)上，第三章主要對各個硬件結(jié)構(gòu)以及主要硬件部分進行了論證。 3.1 控制電機模塊設(shè)計 本設(shè)計所使用的為步進電動機。使用單片機去控制步進電機是很方便和精準(zhǔn)發(fā)的，利用單片機去輸出相應(yīng)脈沖，每兩個脈沖可以使其轉(zhuǎn)動相應(yīng)的角度。通過這樣的程序，我們就可以控制電機轉(zhuǎn)動。同時也可以精確的確定其轉(zhuǎn)動的角度，于此我們可以控制滴袋的高低，以調(diào)節(jié)滴速。 3.1.1 步進電動機的工作原理 步進電機是將脈沖信號轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行器件。當(dāng)步進電機的驅(qū)動器接收

24、到的由單片機發(fā)出的脈沖信號，它可以驅(qū)動步進電機按設(shè)定方向旋轉(zhuǎn)一個固定的角度(稱為“步距角”)，它的運動是按照固定的角度一步一步運行的。首先可以通過控制輸入脈沖的個數(shù)來控制角位移量，從而達到電機轉(zhuǎn)動的目的；其次，通過單片機輸出脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度以及加速度。從而可以達到調(diào)節(jié)速度的目的。步進電機是可以作為控制用的特殊的電機。廣泛的使用在各種開、閉環(huán)控制，他可以不積累誤差?，F(xiàn)在比較常見的步進電機有單相式步進電機、永磁式步進電機（PM）、混合式步進電機（HB）和反應(yīng)式步進電機（VR）等。 混合式步進電機就是指混合了永磁式與反應(yīng)式的兩個優(yōu)點。它又可以分為兩相和五相：兩相步進電機的步進角一般為1

25、.8度而五相步進電機的步進角一般為0.72度?，F(xiàn)在這種步進電機的應(yīng)用最為廣泛，也是本課題的驅(qū)動方案所選用的步進電機。 3.1.2 步進電機控制原理 步進電機區(qū)別于其他電機的最大特點是，它可以通過單片機輸入脈沖信號進行控制，即電機的轉(zhuǎn)動的總角度可以由輸入脈沖數(shù)決定，而電機的轉(zhuǎn)速是由脈沖信號的頻率決定。步進電機的驅(qū)動電路是根據(jù)控制信號工作，而控制信號由單片機產(chǎn)生。其基本原理作用如下： (1) 控制換相順序 通電換相的這一過程是脈沖分配。比如：三相步進電機的三相三拍工作方式，其各相通電的順序以此為A-B-C-A，通電控制的輸出脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序去分別控制A-B-C-A相的通斷。

26、 (2) 控制步進電機的轉(zhuǎn)向 當(dāng)給步進電機以正序脈沖輸出通電，則步進電機的工作狀態(tài)為正轉(zhuǎn)，若按反序通電換相則電機反轉(zhuǎn)。 (3) 控制步進電機的速度 當(dāng)控制單片機的輸出為一個一個脈沖的時候，它就可以一步一步的進行轉(zhuǎn)動，每兩個脈沖直接可以轉(zhuǎn)動相應(yīng)的角度，并且兩個脈沖輸出的間隔時間越短，其電機轉(zhuǎn)動速度越快。所以我們就可以控制單片機的輸出脈沖頻率去控制電機轉(zhuǎn)動。單三拍的相序為A—>B—>C—>A時，電機正轉(zhuǎn)；反之A<—B<—C<—A，則電機反轉(zhuǎn)。本題設(shè)計的關(guān)鍵就是控制電機的旋轉(zhuǎn)方向和步數(shù)，通過控制其方向和速度就可以把最小絕對誤差的控制在預(yù)置數(shù)M×10%±1滴。如圖3-1所示。 圖3-1

27、 步進電動機控制電路圖 3.2 數(shù)據(jù)采集模塊及工作原理 光電傳感器：光電傳感器是由紅外發(fā)射管進行發(fā)射，紅外接收對管接收光信號來檢測液滴的一種手段。經(jīng)過實驗，我們?yōu)榱朔乐馆斠浩鞯穆┒穬A斜所引起的水滴偏移，從而導(dǎo)致的不正常檢測，可設(shè)計使用三枚紅外發(fā)射管配合一枚紅外接收管組成的一種測試方法，將該傳感器套于輸液器的漏斗上，從而確保液滴的檢測結(jié)果無誤。結(jié)構(gòu)圖如圖3-2。 圖3-2 采集裝置結(jié)構(gòu)圖 三枚紅外發(fā)射管進過恒定的電源驅(qū)動下可以發(fā)射一定頻率的恒定紅外線光，通過肉眼不可見。紅外線穿過對管間的間隙，由接收管接收。當(dāng)沒有水滴是通過對管間隙時，紅

28、外接收管會處于完全導(dǎo)通狀態(tài)，輸出的為高電平；當(dāng)有水滴通過對管間隙的時候，紅外接收管的導(dǎo)通能力會有不同程度地下降，其輸出的不規(guī)則是負向脈沖；每一個水滴的通過都會產(chǎn)生一個這樣的不規(guī)則的負向脈沖，脈沖數(shù)目是與水滴數(shù)目一一對應(yīng)。這樣由紅外對管傳感器所產(chǎn)生的負向脈沖會經(jīng)過LM339比較器后，然后輸入端是輸入的不規(guī)則負向脈沖，就會整形為規(guī)則的正向脈沖，然后將該脈沖輸出到單片機的中斷口 INT0。其數(shù)據(jù)采集電路圖如圖3-3，其輸出波形如圖3-4。 圖3-3 數(shù)據(jù)采集裝置 圖3-4 數(shù)據(jù)采集裝置輸出波形 3.2.1 紅外發(fā)光二極管和光敏三極管 紅外線發(fā)光二極管其電氣的電路

29、符號及特性曲線，陽極（P極）電壓加正，陰極（N極）電壓加負，此時二極管所加之電壓為正向電壓，同時亦產(chǎn)生正向電流，提供了紅外線發(fā)光二極管發(fā)射出光束的能量，其發(fā)光的條件與一般的發(fā)光二極管(LED)一樣，只是紅外線為不可見光。一般而言砷化鎵的紅外線發(fā)光二極體約須1V，而鎵質(zhì)的紅色發(fā)光二極管切入電壓約須1.8V；綠色發(fā)光二極管切入電壓約須2.0V左右。當(dāng)加入之電壓超過切入電壓之后，電流便急速上升，而周圍溫度對二極管的切入電壓影響亦很大，當(dāng)溫度較高時，將使其切入電壓數(shù)值降低，反之，切入電壓降低。 光敏三極管又稱光電三極管，它是一種光電轉(zhuǎn)換器件，其基本原理是光照到P-N結(jié)上時，吸收光能并轉(zhuǎn)變?yōu)殡?/p>

30、能。它具有兩種工作狀態(tài)：? （1） 當(dāng)光敏三極管加上反向電壓時，管子中的反向電流隨著光照強度的改變而改變，光照強度越大，反向電流越大，大多數(shù)都工作在這種狀態(tài)。 （2） 光敏三極管上不加電壓，利用P-N結(jié)在受光照時產(chǎn)生正向電壓的原理，把它用作微型光電池。光電傳感器由發(fā)光源和受光器兩部分組成。發(fā)光源常用砷化鎵紅外發(fā)光二極管，發(fā)光源引出的管腳為輸入端。常用的受光器有光敏三極管、光敏晶閘管和光敏集成電路等。受光器引出的管腳為輸出端。光耦合器利用電-光-電兩次轉(zhuǎn)換的原理，通過光進行輸入與輸出之間的耦合。 3.2.2 紅外發(fā)光二極管主要參數(shù) 紅外線發(fā)光二極管其電氣的電路符號

31、及特性曲線，陽極（P極）電壓加正，陰極（N極）電壓加負，此時二極管所加之電壓為正向電壓，同時亦產(chǎn)生正向電流，提供了紅外線發(fā)光二極管發(fā)射出光束的能量，其發(fā)光的條件與一般的發(fā)光二極管(LED)一樣，只是紅外線為不可見光。下表3-1為發(fā)光二極管主要參數(shù)： 表3-1 紅外發(fā)光二極管主要參數(shù) HG313S參數(shù) 數(shù)值 HG313S參數(shù) 數(shù)值 最大功率（mw） 75 發(fā)射功率(mw) >2 最大正向電流(mA) 50 發(fā)光峰值波長(nm) 940 正向壓降(v) ≤1.5 半峰寬度(A) ≤400 反向電流(ｕA) ≤50 結(jié)電容(pf) ≤100 反向耐壓(

32、v) ≥5 截止頻率(mHZ) ≥1 3.2.3 光敏三極管的主要參數(shù) 光敏三極管又稱光電三極管，它是一種光電轉(zhuǎn)換器件，其基本原理是光照到P-N結(jié)上時，吸收光能并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。下表為光敏三極管的主要性能參數(shù)，根據(jù)此性能參數(shù)對滴速度進行設(shè)計。如表3-2。 表3-2 光敏三極管的主要參數(shù) 參數(shù) 符號 額定值 工作溫度(℃) Topr -65 ~ +125 存儲溫度(℃) Tstg -65 ~ +150 集射極擊穿電壓(v) Vceo 45 集電極基極擊穿電壓(v) Vcbo 45 發(fā)射極基極擊穿電壓(v) Vebo 5 功率損耗(mW) Pd

33、 300 集電極電流(mA) Ic 1.0 飽和電壓(v) Vce 0.4 峰值波長(nm) λ 940 開啟時間(μs) Ton 8 切斷時間(μs) Toff 7 3.3 電源模塊 電源模塊在電路設(shè)計中是非常重要的,電壓太大,就會導(dǎo)致電流過大,易減少元器件的壽命,至?xí)龎膯纹瑱C的芯片,造成不可估算的損失，本系統(tǒng)需要的電平包括: 5V電壓的使用模塊為：單片機控制芯片、紅外對管、步進電機以及報警電路。 則在本設(shè)計中用單電源方案,單電源方案優(yōu)點是系統(tǒng)簡單、工作可靠。在設(shè)計中我們采用穩(wěn)壓的7805為主要的器件，所有元件的適中電壓+5V，通過變壓器先把生活中使

34、用的交流電220v變換成+5V的電壓，再用穩(wěn)壓器7805把它穩(wěn)定在5V。主要思路為變壓-穩(wěn)壓。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為負載電阻。當(dāng)輸出電較大時，7805應(yīng)配上散熱板。 電源電路圖如圖3-5。 圖3-5 電源電路圖 3.4 報警模塊 報警電路如圖3.6所示，將接口接于單片機P1.0腳，在輸液前，根據(jù)病人的情況設(shè)定輸液速度，當(dāng)點滴的速度低于10滴/分或高于70滴/分的情況下，單片機會發(fā)出信號使P1.0輸出高電平，將觸發(fā)蜂鳴器報警裝置，蜂鳴器會發(fā)出響聲。如有人按報警按鈕，I/O口也會輸出高電平，觸發(fā)蜂鳴器報警，以提醒醫(yī)

35、生和病人進行相關(guān)的應(yīng)急措施，避免危險事故發(fā)生。如在10秒后仍然無人處理，則關(guān)閉輸液器以保證病人安全。還有一種情況，當(dāng)?shù)嗡僭O(shè)定為一個值如X滴/min時，滴液小于5X/20毫升時也會使單片機產(chǎn)生中斷觸發(fā)報警。報警電路如圖3-6。 圖3-6 報警電路 3.5 復(fù)位電路 本系統(tǒng)采用的為手動復(fù)位，持續(xù)按復(fù)位鍵將會在RST端會產(chǎn)生高電位，之后會產(chǎn)生復(fù)位。電路圖如圖3-7： 圖3-7 復(fù)位電路 3.6 顯示模塊 按照相關(guān)的規(guī)定，輸液時液速的正常范圍應(yīng)該是每分鐘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)動共陰數(shù)碼管。74HC164是8位的邊

36、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)便可通過兩輸入端（DSA或DSB）之一進行串行輸入，任一個輸入端都可以用作高電平的使能端，來控制另一個輸入端輸入數(shù)據(jù)。從單片機的串口輸出的信號首先要送到最左邊的移位寄存器（74HC164）,因為移位脈沖的作用，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,開機顯示了電壓的電量,醫(yī)務(wù)人員會根據(jù)實際情況決定是否應(yīng)需要插入電源,保證輸液過程的正常工作。當(dāng)有液滴滴下時,就開始顯示：一方面可以方便護士在給病人輸液時調(diào)節(jié)藥液滴速,這樣

37、就防止了只憑經(jīng)驗來調(diào)速，造成調(diào)速不準(zhǔn)的醫(yī)療隱患;另一方面方便了護士巡房,使醫(yī)療服務(wù)更加的準(zhǔn)確、高效。以下圖3-8為顯示電路圖： 圖3-8 數(shù)碼管顯示電路 3.7 鍵控模塊 常用的按鍵接口一般分為獨立式按鍵接口設(shè)計、專用芯片式設(shè)計和矩陣式接口設(shè)計幾種。具體情況下采用哪種方式 ,應(yīng)該實際情況而定。下面分別介紹這幾種不同的接口方式優(yōu)缺點以及適用場合。 （1） 獨立式按鍵接口設(shè)計單一按鍵接口設(shè)計的優(yōu)點是電路設(shè)計的軟件。但缺點也很明顯，需要所有鍵的總線，但這樣讓很多資源浪費比較嚴(yán)重，電路結(jié)構(gòu)也復(fù)雜了。所以這次的方法主要是用更少的操作速度而使用簡單的設(shè)備。易于實現(xiàn)的同時，也可以采

38、用查詢方式。 （2） 專用芯片式設(shè)計專用鍵盤處理芯片一般功能比較完善，芯片自己能進行編碼，掃描，消抖和重按鈕等的處理問題，甚至像8279顯示接口功能集成了。專用鍵盤處理芯片的優(yōu)勢明顯，可靠性高，界面簡單，使用方便，適合處理很多的按鈕。但是很多的應(yīng)用，如果考慮成本因素，可能是最好的選擇。 （3） 矩陣式接口設(shè)計矩陣式按鍵設(shè)計適應(yīng)于按鍵數(shù)量較多,又不想使用專用鍵盤芯片的場合。這種方式的按鍵接口由行線和列線組成 ,按鍵位于行、列的交叉點上。這種方式的優(yōu)點就是相對于獨鍵盤控制我們采用了4乘4按鍵采用坐標(biāo)查詢的方式來識別按鍵，這是4乘4按鍵的基本原理圖。其中P0、P1、P2、P3

39、為輸出端口，P4、P5、P6、P7為輸入端口。當(dāng)P0、P1、P2、P3都為高電平的時候，無論哪個按鍵被按下了，都與按鍵沒被按下的狀態(tài)相同，P4、P5、P6、P7端口的輸入信號都為高電平。當(dāng)P0為低電平，P1、P2、P3都為高電平時，若1號按鍵被按下，那么，P4口相當(dāng)于和P0口直接相連，于是，P4口就讀入低電平，而其他三個口讀入為高電平。若2號按鍵被按下，同理，P5口就讀入低電平，其他三個端口讀入為高電平。其他的5、6、7、8、9、0、A、B、C、D、E、F按鍵被按下時都沒有反應(yīng)。這樣就達到了識別1、2、3、4號按鍵的功能了，當(dāng)P1輸出低電平，P0、P2、P3端口為高電平時，同理，可以識別5、6

40、、7、8號按鍵了。按照這種方式，我們就可以通過8個引腳逐列地掃描按鍵，達到識別16個按鍵的功能，而不需要像獨立按鍵那樣需要16個引腳，大大地節(jié)約了單片機的端口資源。按鍵電路如圖3-9。 圖3-9 鍵盤電路 4 系統(tǒng)軟件及框圖設(shè)計 系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括的模塊有：滴速監(jiān)測子模塊、電機控制子模塊、報警子模塊、顯示子模塊、鍵盤子模塊等。 程序設(shè)計應(yīng)有滴速計算，可以防止滴速引起的患者輸液不適，當(dāng)出現(xiàn)這樣的情況，可以通過控制電機來控制液瓶的高低，用于調(diào)節(jié)滴速；還具有液面檢測模塊，可以檢測警戒水位并且進行液量的報警。 4.1 滴速檢測子程序 本系統(tǒng)采用的是光電開關(guān)采集信號

41、，當(dāng)有液滴通過就會有信號變化，這時會產(chǎn)生一個脈沖，然后記錄下2次液滴的信號變化，通過程序運算就可以得出液滴滴速，其流程圖如圖4-1： Y N Y N 初始化 判斷P1.7=1 即是否有液滴 啟動定時器 在檢測P1.7=1 即檢測第二滴 停止計時器 利用中斷次數(shù)得到時間計算出液滴速度 圖4-1 檢測程序框圖 4.2 電機控制子程序 電機運動就是根據(jù)現(xiàn)在的系統(tǒng)的狀態(tài)來設(shè)定。如果在設(shè)定范圍之內(nèi)，就不會有動作，當(dāng)小于設(shè)定值其程序就會進入正轉(zhuǎn)程序，反正就是反轉(zhuǎn)。程序圖如圖4-2。 N N Y 測試滴速子程序 比較原速度與目的速度是否相等 目的速度是否大于

42、原速度 提高點滴速度 其他子程序 Y 降低點滴速度 圖4-2 電機控制程序框圖 4.3 鍵盤程序 系統(tǒng)有復(fù)位鍵，另外根據(jù)需要拓展了“加減”，“減鍵”報警鍵除復(fù)位鍵外擴展了三個鍵，首先程序會檢測有無按鍵輸入，若無則單片機無動作，若有則進行其他程序動作。加減主要為設(shè)定滴速，通過按鍵輸入來設(shè)定滴速的大小。另外報警分為主動以及自動，當(dāng)有人按鍵報警時，可以自報警，若無，當(dāng)觸發(fā)報警程序時候，在10s內(nèi)無人處理則會自動報警。當(dāng)報警結(jié)束后會自動停止報警，同時停止滴液，以保證病人安全。程序框圖如圖4-3。 圖4-3 鍵盤程序框圖 結(jié) 論

43、 靜脈輸液是臨床醫(yī)學(xué)中經(jīng)常要使用的一種治療手段。但從長期以來的醫(yī)療事業(yè)情況上來看一直都還是以人工監(jiān)控為主，不但需要專人監(jiān)護，而且還加重了護理人員以及病人的勞動強度。所以我們?yōu)榱藴p輕醫(yī)服人員的勞動強度，及病患家屬的陪護，并且進一步的提高醫(yī)院服務(wù)系統(tǒng)的智能化水平，設(shè)計了一種可以針對多個床位進行遠程獨立監(jiān)測的智能輸液監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)由單片機以及電機鍵盤等組成，對于病人的輸液情況可以有監(jiān)控、報警、呼叫等具體功能?？梢蕴嵝炎o士當(dāng)某一個輸液結(jié)束或者出現(xiàn)了緊急情況的時候可以馬上得知，而不再需要護士每時每刻的去親自監(jiān)測各個輸液的情況。 本系統(tǒng)完成了在滴斗處檢測點滴速度，并制作了一個液晶顯示

44、裝置，能動態(tài)顯示點滴速度（滴/分）。通過改變高度控制點滴速度，點滴速度可用鍵盤設(shè)定并顯示，設(shè)定范圍為50-90(滴/分)，誤差在要求范圍內(nèi)。當(dāng)高度到達警戒值時能發(fā)出報警信號，并可以手動解除報警狀態(tài)。 本課題是研究智能輸液系統(tǒng)的設(shè)計方法，本方案是基于AT89S51控制的。這個系統(tǒng)操作簡潔、上手較快、具有報警功能并且方便集中控制，在現(xiàn)代醫(yī)療事業(yè)具有較大意義，推動了自動化的智能醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展, 有利于提高醫(yī)護質(zhì)量。本課題的主要功能有：實現(xiàn)了利用電路采集液滴速度，可設(shè)置液滴速度并且進行比較，可顯示液滴滴速和剩余輸液時間；可自行設(shè)置液滴滴速；在輸液剩余液量低于設(shè)定值，自動報警，或者輸液過程出現(xiàn)

45、特殊情況也可報警。補充了這個方向的輸液系統(tǒng)的部分研究空白，對于設(shè)備結(jié)構(gòu)的分析和其電子設(shè)計的研究具有重要意義；通過理論分析，很好的分析了整個輸液系統(tǒng)的理論與實踐基礎(chǔ)。本課題的研究成果為輸液系統(tǒng)的研究提供了豐富的信息。 其實在實現(xiàn)其基本功能的基礎(chǔ)上也可以從病人的舒適度角度出發(fā)，為病人創(chuàng)造更好的的治療環(huán)境，例如可以加上MP3播放系統(tǒng)或者上網(wǎng)功能等，其成本問題拋開不談，這樣可以為病人創(chuàng)造一個好的治療環(huán)境，以使病人更好的接受治療。 致 謝 長達半年左右的論文馬上就要接近尾聲了。在這半年內(nèi)我們經(jīng)歷了開題報告和論文答辯。這就意味著我們的大學(xué)生活馬上就結(jié)束了。在這三年內(nèi)學(xué)校給予

46、了我們很多，老師的教誨，同學(xué)的深厚感情。同時很感謝學(xué)校在這即將結(jié)束的時候利用論文讓我們再次的從中學(xué)習(xí)到了自律、嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真的學(xué)習(xí)精神。 首先要感謝趙霞老師對我論文的幫助，如果沒有您，也許我的論文不會寫的這么好，寫的這么順利，每次論文您對我的要求使得我的論文才能合格。同時對工作認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度也讓我學(xué)到了許多。 另外值此論文完成之際，謹(jǐn)向那些曾教導(dǎo)我的師長、幫助我的同學(xué)，表達我誠摯的謝意！使我在以后的學(xué)習(xí)與工作里受益終生。再次向趙霞老師表示深深地感謝！ 我也要感謝親愛的同學(xué)們，在我有了困難的時候是你們給予了我?guī)椭?，?dāng)我處在意志薄弱的時期給予我鼓勵。彼此友愛，互幫互助的和諧氣氛給

47、予了我無盡的溫暖，讓我重燃了克服困難的信心。 此外，我也要感謝我的家人，是他們默默地在精神與物質(zhì)上給予我支持。多年來，他們的關(guān)心、鼓勵，是我勇往直前的動力。以后我會更加努力地學(xué)習(xí)和工作，好好報答他們的養(yǎng)育之恩。 參考文獻 [1] 劉海成．單片機及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計原理與實踐．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009． [2] 王秋爽．單片機開發(fā)基礎(chǔ)與經(jīng)典設(shè)計實例．北京：機械工業(yè)出版社，2008． [3] 周振安．范良龍．?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計與實踐．北京：地震出版社，2005． [4] 余永權(quán)．汪明慧．單片機在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用．北京：電子工業(yè)出版社， 2

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