《醫(yī)院病床輸液監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告.doc》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《醫(yī)院病床輸液監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告.doc（14頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

2012年濱州學(xué)院大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽： 醫(yī)院病床輸液監(jiān)控系統(tǒng) 設(shè)計(jì)報(bào)告 參賽隊(duì)員：張心清 專業(yè)：交通運(yùn)輸 參賽隊(duì)員：趙劍 專業(yè)：交通運(yùn)輸 參賽隊(duì)員：王猛猛 專業(yè)：交通運(yùn)輸 日期： 2012年5月4日 摘 要 該設(shè)計(jì)是以單片機(jī)89S52為核心，以鍵盤，碰觸開關(guān)及紅外光電開關(guān)為輸入系統(tǒng)，以液晶、聲光報(bào)警電路及步進(jìn)電機(jī)為輸出系統(tǒng)的智能化輸液控制及監(jiān)控系統(tǒng)。鍵盤系統(tǒng)為獨(dú)立式按鍵系統(tǒng)，紅外光電開關(guān)的功能為檢測點(diǎn)滴的滴下。步進(jìn)電機(jī)具有轉(zhuǎn)速可控功率大及輸入脈沖不變時(shí)可保持大力矩等優(yōu)點(diǎn)，這樣就可以自如控制吊瓶的上、下緩移可以達(dá)到智能控制的目的。點(diǎn)滴速度可用鍵盤來設(shè)定，同時(shí)輸液結(jié)束或發(fā)生異常情況能發(fā)出報(bào)警信號(hào)。以上面所述裝置為一個(gè)從站，主站和從站之間采用自定義串口通信協(xié)議，建立了一個(gè)由主站控制128個(gè)從站的有線監(jiān)控系統(tǒng)。 關(guān)鍵字 ： 光電開關(guān) STC89C52 步進(jìn)電機(jī) RS-485總線 12864液晶顯示 This design is based on single chip STC89S52 as the core, with the keyboard, touch switch and electrcal switch for input system ,with LCD sound and light alarm circuit and stepping motor output system for intelligent control and monitoring system infusion. The keyboard system for independent type key system, electrcal switch function to test every drop. Stepping motor speed control with power and input pulse constant can keep the big moment of advantages, which can freely control transfusion bottle and slow moving can achieve the purpose of intelligent control. Can be used to set of dropping speed keyboard, and end the abnormal situation happened or infusion can issued a warning signal. With above device is a from standing, and stand between the Lord from the definition of serial communication protocol and established a standing control by 128 from the cable monitoring system stand. Key word: Photoelectric switch STC89s52 Stepping motor RS-485 bus 12864 LCD display 目 錄 一、系統(tǒng)方案 1 1.1 點(diǎn)滴速度的測量 1 1.2 點(diǎn)滴速度的控制 1 1.3 控制用電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)的選擇與比較 1 1.4 系統(tǒng)總體方案 2 二、理論分析與設(shè)計(jì) 2 2.1 點(diǎn)滴速度檢測電路原理分析 2 2.2 鍵盤控制及顯示電路設(shè)計(jì) 3 2.3 越限報(bào)警電路 4 2.4 電機(jī)控制電路電路設(shè)計(jì) 4 2.5 主從機(jī)通信電路設(shè)計(jì) 5 三、 電路與程序設(shè)計(jì) 5 3.1 整機(jī)詳細(xì)電路圖見附錄1 5 3.2 工作流程 5 四、測試方案與測試結(jié)果 7 4.1 系統(tǒng)測試數(shù)據(jù) 7 4.2 主機(jī)從機(jī)功能測試 7 4.3 測試結(jié)果分析 7 五、總結(jié)： 7 六 、參考文獻(xiàn) 7 附錄1：整機(jī)詳細(xì)電路圖 8 附錄2：主要控制程序 9 一、系統(tǒng)方案 1.1 點(diǎn)滴速度的測量 方案一 ：采用電感式傳感器測量點(diǎn)滴速度 在輸液器的漏斗外圍繞線圈作為敏感元件。當(dāng)液滴滴下時(shí)電感量發(fā)生變化，通過LC振蕩電路后輸出變化的頻率值，經(jīng)過F/V變換電路及電壓比較后輸出TTL電平信號(hào)來檢測點(diǎn)滴速度。此方案測量精度比較高，但是外圍電路比較復(fù)雜。 方案二：采用反射式紅外光電傳感器 在輸液器的漏斗一端放置反射式紅外傳感器，當(dāng)液滴下落時(shí)，利用其對紅外線的反射能力，接收端檢測到信號(hào)。但是由于水滴的表面不規(guī)則且較小，反射信號(hào)較弱且不穩(wěn)定，反射式要求液滴下落時(shí)要和傳感器保持精確的夾角，當(dāng)輸液器上下移動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生晃動(dòng)，從而產(chǎn)生較強(qiáng)的干擾。 方案三：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)，集成度高，體積小，功能齊全，電線引出式，電源內(nèi)藏式具備繼電器大功率輸出，具備交直流通用型，電壓范圍寬，抗震性能好，液滴檢測非常穩(wěn)定，對于對精度要求較高的醫(yī)療器械來講，非常合適此方案成本低，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)可發(fā)現(xiàn)槽式式紅外光電開關(guān)能比較靈敏地測出水滴。利用測量相鄰點(diǎn)滴下落的時(shí)間間隔即可確定點(diǎn)滴速度。 綜合考慮選用方案三槽式紅外光電開關(guān)。 1.2 點(diǎn)滴速度的控制 由題目可知，控制液滴下落速度主要有兩種方法： 方案一 : 通過步進(jìn)電機(jī)和滑輪系統(tǒng)控制儲(chǔ)液瓶的高度，來達(dá)到控制液滴流速的目的； 方案二: 通過控制滴速夾的松緊程度來控制液滴流速。第一項(xiàng)方案實(shí)現(xiàn)較為簡便，通過步進(jìn)電機(jī)可方便地實(shí)現(xiàn)對儲(chǔ)液瓶高度的調(diào)節(jié)，從而達(dá)到控制液滴流速的目的。第二項(xiàng)方案控制滴速夾移動(dòng)的距離很小，但是滴速夾的松緊調(diào)節(jié)過程中，移動(dòng)距離，移動(dòng)阻力等參數(shù)難于計(jì)算，用機(jī)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)起來較為困難。 經(jīng)過綜合比較，我們決定選擇方案一。 1.3 控制用電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)的選擇與比較 方案一：采用直流電機(jī) 由于直流電機(jī)上電即轉(zhuǎn)動(dòng)，掉電后慣性較大，停機(jī)時(shí)還會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度后才可停下來。轉(zhuǎn)矩小、無抱死功能，如果要求準(zhǔn)確停在一個(gè)位置，其閉環(huán)算法較復(fù)雜。 方案二：采用步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)是一種用電脈沖進(jìn)行控制，將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移或線位移的電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電機(jī)每輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度或前進(jìn)一步，其輸出的角位移或線位移與輸入的脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)，控制信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，不再需要數(shù)／模轉(zhuǎn)換，具有快速啟／停能力，可在一剎那間實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)或停止，且步距角降低小，延時(shí)短，定位準(zhǔn)確，精度高，可操作性強(qiáng)。 綜合考慮,選用步進(jìn)電機(jī)作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路。 1.4 系統(tǒng)總體方案 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖如圖1： 點(diǎn)滴測速 液晶顯示 觸碰開關(guān) 從站（單片機(jī)） 通信接口電路 主站（單片機(jī)） 鍵盤 電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng) 步進(jìn)電機(jī) 聲光報(bào)警 圖1 醫(yī)院病床輸液監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)框圖 用G63-E303槽式紅外光電開關(guān)檢測液滴速度，由STC89C52單片機(jī)控制液晶12864顯示速度床號(hào)等信息，并控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)L298N,控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而改變輸液瓶的高度，控制點(diǎn)滴的速度，單片機(jī)再根據(jù)反饋的速度調(diào)整輸液瓶的高度，閉環(huán)反饋準(zhǔn)確地控制點(diǎn)滴速度。主機(jī)和從機(jī)之間利用RS-485總線通信，采用自定義的串口通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)主從之間的數(shù)據(jù)交流。采用觸碰開關(guān)來檢測異常情況，控制蜂鳴器鳴叫和LED閃爍。 二、理論分析與設(shè)計(jì) 2.1 點(diǎn)滴速度檢測電路原理分析 圖2 G63-E303槽式紅外光電開關(guān)內(nèi)部原理圖 G6-E303槽式紅外光電開關(guān)槽式光電開關(guān)傳感器，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接收到光，三極管2SC1008導(dǎo)通，OUT端被拉低，OUT輸出低電平,LED不亮；當(dāng)有液滴從槽中落下通過時(shí)，光被遮擋，三極管截止，OUT端輸出高電平VCC，LED亮。用STC89C52的T0采集電平變化時(shí)下降沿，來實(shí)現(xiàn)對液滴的計(jì)數(shù)。 液滴下落的速度= X滴/分鐘。 2.2 鍵盤控制及顯示電路設(shè)計(jì) 鍵盤控制和顯示電路我們采用獨(dú)立按鍵和液晶顯示。顯示部分我們采用帶字庫12864液晶顯示器，相比于1602顯示器它的優(yōu)點(diǎn)在于可以顯示漢字，方便我們顯示床號(hào)等，點(diǎn)滴速度等的信息，而且它的屏幕較大，可以一次顯示更多的內(nèi)容。 鍵盤采用了4乘2坐標(biāo)查詢的方式來識(shí)別按鍵。其中P10、P11為輸入端口，P12~P15為輸出端口。當(dāng)P10、P11都為高電平的時(shí)候，無論哪個(gè)按鍵被按下了，都與按鍵沒被按下的狀態(tài)相同，P12~P15端口的輸入信號(hào)都為高電平。當(dāng)P1^0為低電平，P1^1都為高電平時(shí)，若“選擇床號(hào)鍵”被按下P1^2口相當(dāng)于和P1^0口直接相連，P1^2口就讀入低電平，而其他三個(gè)口讀入為高電平。若“60”按鍵被按下，同理，P1^3口就讀入低電平，其他三個(gè)端口讀入為高電平。其他的按鍵被按下時(shí)都沒有反應(yīng)。這樣就達(dá)到了識(shí)別“選擇床號(hào)鍵、60、100、加”4個(gè)按鍵的功能；當(dāng)P1^1輸出低電平，P1^0端口為高電平時(shí)，同理，可以識(shí)別“確認(rèn)、80、120、減”4個(gè)按鍵。按照這種方式，通過6個(gè)引腳逐列地掃描按鍵，實(shí)現(xiàn)識(shí)別8個(gè)按鍵的功能，相比獨(dú)立按鍵節(jié)約了單片機(jī)的端口資源。另外我們還在外部中斷0引腳接入了一個(gè)獨(dú)立式按鍵用來解除報(bào)警信號(hào)，在外部中斷1 引腳接入了一個(gè)獨(dú)立式按鍵用來產(chǎn)生外部中斷，從而進(jìn)入鍵盤掃描程序。 圖3 掃描鍵盤工作原理 圖4 通用矩陣鍵盤原理圖 2.3 越限報(bào)警電路 越限報(bào)警電路采用觸碰開關(guān)進(jìn)行檢測，把觸碰開關(guān)安裝在規(guī)定位置（即分別在輸液管頂部距滑輪5cm處和漏斗由于越限報(bào)警距受液瓶頂部5cm處），當(dāng)輸液瓶移動(dòng)到警戒位置碰到觸碰開關(guān)時(shí)，觸碰開關(guān)會(huì)引起IO口的電平拉低，通過軟件控制發(fā)出報(bào)警信號(hào)。電路圖如圖5。 圖5 越限報(bào)警電路圖 2.4 電機(jī)控制電路電路設(shè)計(jì) L298N 為SGS-THOMSON Microelectronics 所出產(chǎn)的雙全橋步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片( Dual Full-Bridge Driver ) ，內(nèi)部包含4信道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，是一種二相 和四相步進(jìn)電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)2個(gè)二相或1個(gè)四相步進(jìn)電機(jī)，內(nèi)含二個(gè)H-Bridge 的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn) TTL邏輯準(zhǔn)位信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46V、2A以下的步進(jìn)電機(jī)，且可以直接透過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；此芯片可直接由單片機(jī)的IO口來提供模擬時(shí)序信號(hào)， OUTl~OUT4接步進(jìn)電機(jī)；input1~input4 輸入控制電位來控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)；Enable 則控制電機(jī)停轉(zhuǎn)。 圖6 L298驅(qū)動(dòng)電機(jī)原理圖 2.5 主從機(jī)通信電路設(shè)計(jì) 方案一: RS-232-C是美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA（Electronic Industry Association）制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。RS-232-C總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有25條信號(hào)線，包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道，在多數(shù)情況下主要使用主通道，對于一般雙工通信，僅需幾條信號(hào)線就可實(shí)現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒50、75、 100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動(dòng)器允許有2500pF的電容負(fù)載，通信距離將受此電容限制，例如，采用150pF/m的通信電纜時(shí)，最大通信距離為15m；若每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是RS-232屬單端信號(hào)傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，因此一般用于20m以內(nèi)的通信。 方案二: RS-485總線,在要求通信距離為幾十米到上千米時(shí)，廣泛采用RS-485 串行總線標(biāo)準(zhǔn)。RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測低至200mV的電壓，故傳輸信號(hào)能在千米以外得到恢復(fù)。 RS-485采用半雙工工作方式，任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號(hào)加以控制。RS-485用于多點(diǎn)互連時(shí)非常方便，可以省掉許多信號(hào)線。應(yīng)用RS-485 可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，其允許最多并聯(lián)32臺(tái)驅(qū)動(dòng)器和32臺(tái)接收器。 由于醫(yī)院病床的通信距離一般在一千米范圍之內(nèi)，經(jīng)過綜合比較RS-485總線更能夠滿足通信距離和通信穩(wěn)定性的要求，因此選擇方案二。 3、 電路與程序設(shè)計(jì) 3.1 整機(jī)詳細(xì)電路圖見附錄1 3.2 工作流程 主機(jī)流程圖： 開始 初始化 返回主程序 解除報(bào)警 跳出中斷返回主程序 向從機(jī)發(fā)送參數(shù)調(diào)整命令 等待確認(rèn) 按鍵設(shè)置 外部中斷1： 進(jìn)入按鍵掃描 液晶顯示 雙機(jī)通信 外部中斷0 詢問從機(jī) 備注：把外部中斷0設(shè)為執(zhí)行高優(yōu)先級(jí)。 從機(jī)流程圖等待RI置1 開串口中斷，報(bào)警標(biāo)志位置位 串口中斷 等待中斷 初始化 開始 ： 進(jìn)入定時(shí)器T0中斷 手動(dòng)報(bào)警觸碰開關(guān)報(bào)警進(jìn)入外部中斷0 判斷報(bào)警標(biāo)志位 讀出T2計(jì)數(shù)器的值，計(jì)算滴速 發(fā)送報(bào)警信號(hào)，跳出中斷 Y 返回 N 判斷是否有滴數(shù)調(diào)整 傳輸當(dāng)前點(diǎn)滴數(shù) N 調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) Y 判斷當(dāng)前滴數(shù)是否在誤差范圍內(nèi) 停止電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) N Y 備注：將外部中斷0和定時(shí)器0中斷設(shè)為執(zhí)行高優(yōu)先級(jí)（PX0=1;PT0=1） 四、測試方案與測試結(jié)果 4.1 系統(tǒng)測試數(shù)據(jù) 表1 液滴速度檢測測試速據(jù) 單片機(jī)檢測速度（滴/分） 實(shí)際速度（滴/分） 50 50 53 50 60 59 75 77 表2 液滴速度調(diào)整測試 原始值（滴/分） 預(yù)置值（滴/分） 調(diào)整后低速（滴/分） 穩(wěn)定時(shí)間（秒） 52 110 103 133 87 120 123 140 105 75 75 137 4.2 主機(jī)從機(jī)功能測試 將電路連接好，上電測試，從機(jī)將點(diǎn)滴的速度送入主機(jī)，并在主機(jī)中顯示從機(jī)的速度和機(jī)號(hào)，此功能正常。 4.3 測試結(jié)果分析 從以上測試結(jié)果可以看出，本系統(tǒng)已基本完成題目中的各項(xiàng)要求并在此基礎(chǔ)上有所發(fā)揮，其中點(diǎn)滴速度的測量比較精確，在全量程內(nèi)其誤差小于2(滴/分)。設(shè)置點(diǎn)滴速度功能中，控制精度在全量程范圍內(nèi)誤差在5%以內(nèi)，但是還是有一定的誤差，經(jīng)分析主要是由以下原因造成的： 1 由于瓶中的水不斷減少，造成水滴的下落速度不均勻。 2 在動(dòng)態(tài)控制時(shí)，由于瓶處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，其上升、下降運(yùn)動(dòng)不可避免的會(huì)產(chǎn)生加速度，導(dǎo)致水滴下落時(shí)速度不穩(wěn)定。 3 算法本身不可能是完全精確的，必然存在舍入誤差等，這些誤差會(huì)影響測量結(jié)果。 五、總結(jié)： 本系統(tǒng)完成了在滴斗處檢測點(diǎn)滴速度，并制作了一個(gè)液晶顯示裝置，能動(dòng)態(tài)顯示點(diǎn)滴速度（滴/分）。通過改變高度控制點(diǎn)滴速度，點(diǎn)滴速度可用鍵盤設(shè)定并顯示，設(shè)定范圍為50~120(滴/分)，誤差在要求范圍內(nèi)。當(dāng)高度到達(dá)警戒值時(shí)能發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并可以手動(dòng)解除報(bào)警狀態(tài)。每個(gè)從站都可以和主站通信。主站可以工作在定點(diǎn)和巡回檢測兩種方式下，可以顯示從站傳輸來的從站號(hào)和點(diǎn)滴速度，并設(shè)定從站的點(diǎn)滴速度。 六 、個(gè)人體會(huì) 通過此次項(xiàng)目的制作，我們遇到了很多困難，通過查找資料，小組內(nèi)討論，各個(gè)困難都得到了很好的解決，增強(qiáng)了我們的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，同時(shí)也學(xué)到了很多知識(shí)，特別是利用RS-485總線進(jìn)行單片機(jī)遠(yuǎn)距離的通信；單片機(jī)多個(gè)中斷的嵌套，對單片機(jī)中斷有了更深一步理解；能夠同時(shí)使用多個(gè)定時(shí)器計(jì)時(shí)器；對單片機(jī)編程中多個(gè)函數(shù)之間的協(xié)調(diào)與嵌套有更深一步的理解，提高了單片機(jī)編程的能力。 七、參考文獻(xiàn) [1] 伍亮.紅外線檢測物體單向運(yùn)動(dòng)計(jì)數(shù)器.設(shè)計(jì)師筆記,1997（6）17-18. [2] 郭天祥.新概念51單片機(jī)C語言教程.電子工業(yè)出版社.2009.1. [3] 江海波．深入淺出AVR單片機(jī):從ATmega48/88/168開始.中國電力出版 社,2008.06. [4]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）.高等教育出版社,2006.01. [5]楊路明.C語言程序設(shè)計(jì)教程.北京郵電大學(xué)出版社,2005.12月. 附錄1：整機(jī)詳細(xì)電路圖 主機(jī)電路圖 從機(jī)電路圖