塔代伊-基于单片机的输液监护器的设计(2)

机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。步进电机可分为反应式步电机（简称VR）、永磁式步进电机（简称PM）和混合式步进电机（简称HB）。

步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。其基本原理作用如下：

1）控制换相顺序

通电换相这一过程为脉冲分配。例如：三相步进电机的三拍工作方式，其各相通电顺序为A-B-C—A，通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A，B，C，A相的通断。

2）控制步进电机的转向

如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。

3）控制步进电机的速度

如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对进电机进行调速。

表2-1步进电机控制原理

根椐上表，单三拍相序为A→B→C→A时电机正转，反之A<-B<-C<-A则电机反转。本题设计的关键设计的关键是控制电机的旋转方向和步数，把调节的最小绝对误差控制在预置数M×10%±1滴。步进电动机的控制电路图如图2-1所示。

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图2-1步进电动机控制电路图

2．2数据采集模块及工作原理

采集部分采用红外传感技术实现对滴斗中点滴的检测，电路如图2-2所示。比校器LM311的门限电压为可调电压，可提供0.8V—5V的电压，以适应不同环境。当无点滴经过红外传感器感应区时，接收管导通，Vi输出低电平，低于比较器的门限电压V-，V1输出低电平。当点滴经过感应区时，红外发射管发出的光线在一个短暂的时间内被阻挡，接收管出现一个短暂的截止，Vi输出电平产生一个上升沿，高于比较器的门限压V-，比较器输出一个高电平脉冲给单片机，触发单片机计数，达到了单时间内计数的目的。

图2-2数据采集置

发光二极管发射的光束经过茂菲氏的液滴滴落线投射到光敏三极管的感光面，在没有液滴滴落时，光後三极管接收到的光照度最大，产生的光生电流也最大；当有液滴滴落时，由于液滴的光学特性，使光束发散，投射到光敏三极管上的光照度将下降，从而

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使光敏管光生的电流下降，由于不同类型的药液（透明、半透明和不透明）液滴的光学特性不同，形成不同幅度的负脉冲，只要检测光电三极管的输出电流脉冲，就可以探测出有无液滴的通过。

2．3报警模块

报警电路如图2-3所示，直接接在单片机的P1.0脚,在输液前，根据病人情况设定输液速度，当点滴的速度低于20滴/分或高于150滴/分时,单片机发出信号使P1.0出现高电平，触发蜂鸣报警装置，峰鸣发出响声。如有人按报警按钮,I/O口也会输出高电平，触发峰鸣器报警，提醒医护人员和受液人采取相应措施，避免危险事故发生。如10秒后仍然无人处理，则关闭输液器。保证病人安全。

图2—3报警电路

2.4 显示模块

在单片机应用系统中，通常都要有人机对话功能。它包括人对应用系统的状态干预和数据输入以及应用系统向人报告和运行结果。显示模块就是单片机向人汇报运行情况的工具。

在单片机系统中，常用的显示器有：

1）发光二极管显示器，简称LED(Light Emitting Diode); 2）液晶显示器，简称LCD(Liquid Crystal Display);

荧光管显示器，简称CRT。近年来也开始使用简易的CRT接口，显示一些汉字及图形。

LED就能满足显示的要求，所以本设计采取LED显示

电路图如图2-4所示，显示模块有六位数码管组成，七段译码器CD4511作为数码管的驱动器。P0.0-P0.5作为六位数码管的为选信号，接在CD4511锁存允许端LE,当P0.0-P0.5某位为低信号时，当LE=0时，控制相应的CD4511工作，4位BCD码进入锁

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存器，从而显示相应数字。

图2—4显示模块电路图

2.5键控模块

图2-5键盘电路

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键控模块的电路图如图2-5所示。根据功能上的需要，本输液监护器的键控模块主要用来进行参数设置。使用前可设定液滴，在输液时可随时暂停输液，并可以在任意时刻重新启动继续输液。为提高安全性，还有异常情况造成的流速过快或停止时的报警装置。这样完成所有操作总共需要四个键。复位要占用一个键，病人急呼救药占用一个键。速度设定可以采取加减得方式，先在内部设定个初始值，然后通过加和减的方式改变数值。这样就用到一个加键和一个减键。单片机的I/O口丰富，因此四个键直接接在单片机的I/O口上，采取循环扫描的工作方式，当某一按键被按下时，键盘接地电路导通相应I/O口由高电平下降为低电平，此时单片机系统监测到P1口相应位的电平变化执行相应的子程序，本程序中子程序为对P2口送出锁键入数字的四位二进制代码，作为CC4511译码器的输入信号驱动数码管。例：按下按加键则P1.1由高电平下降为低电平，单片机系统扫描P1口监测到 P1.1的变化执行子程序。

2.6 通信模块

单片机和监控电脑的连接采用的是无线通信方式，监控电脑能检测并设定输液器的输液速度，并实现远距离的控制。通信芯片采用了无线通信芯片nRF905。

nRF905可以直接与单片机连接，所以从机控制模块AT89C51可直接与nRF905连接。而监控电脑不能与nRF 905直接相连，这就需要nRF905先与AT89C2051相连，在通过RS232接口与监控电脑实现连接。

通信接口芯片采取的是MAX232，它主要实现AT89C2051的接口与RS232之间的电平转换，芯片内部有一个电源变换电路，可把输入的+5V电源电压变换成RS232C输出电平所需的—12V~+12V的电压，所以此芯片接口的串行口通信系统只需+5V电源就可以了。

2.7系统总体电路图

系统总电路图如图2-6，输液监护以AT89C51单片机为核心，由显示电路、传感器检测电路、限速报警电路，键盘电路等部分组成。传感器检测电路发出微弱的电信号，经过信号调理电路的放大整形处理，转变成单片机能够接收的电信号，通过单片机的定时计数控制，经过数据的计算处理送液晶显示模块显示，实进显示当前速度。通过按键选择功能设定液体点滴速度的极限速度，当液体点滴速度超过所设定的极限速度时限速报警电路发出报警信号，提示医护人员目前的输液状况异常。

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图2-6系统的电路图

单片机作为系统的主控制单元，它控制所有的输入输出。监控系统是一个单片机最小应用系统，系统中有一些功能无法集成到芯片内部，如晶振，复位电路等，需在片加相应的辅助电路。对于片内无ROM的单片机，还应该配置片外程序存储器。这里选用的是ATMEL公司的AT89C2051和AT89C51，都带内置ROM，只需加电源，震荡电路，复位电路等。单片机最小应用系统如图2-7所示。

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2-7单片机最小应用系统

AT89C51是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM——Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的单片机，其指令集和传统的51单片机指令是一样的。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

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3 输液监护器的软件设计

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