医院病床输液监控系统设计报告.doc

2012年 滨 州 学 院 大 学 生 电 子 设 计 竞 赛 ：医院病床输液监控系统设计报告参赛队员：张心清 专业：交通运输参赛队员：赵剑 专业：交通运输参赛队员：王猛猛 专业：交通运输日期： 2012年5月4日摘 要该设计是以单片机 89S52 为核心，以键盘，碰触开关及红外光电开关为输入系统，以液晶、声光报警电路及步进电机为输出系统的智能化输液控制及监控系统键盘系统为独立式按键系统，红外光电开关的功能为检测点滴的滴下步进电机具有转速可控功率大及输入脉冲不变时可保持大力矩等优点，这样就可以自如控制吊瓶的上、下缓移可以达到智能控制的目的点滴速度可用键盘来设定，同时输液结束或发生异常情况能发出报警信号以上面所述装置为一个从站，主站和从站之间采用自定义串口通信协议，建立了一个由主站控制 128 个从站的有线监控系统关键字 ： 光电开关 STC89C52 步进电机 RS-485 总线 12864 液晶显示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 录一、系统方案 ........................................................11.1 点滴速度的测量 .............................................11.2 点滴速度的控制 .............................................1I1.3 控制用电动机及驱动的选择与比较 .............................11.4 系统总体方案 ...............................................2二、理论分析与设计 ..................................................22.1 点滴速度检测电路原理分析 ...................................22.2 键盘控制及显示电路设计 .....................................32.3 越限报警电路 ...............................................42.4 电机控制电路电路设计 .......................................42.5 主从机通信电路设计 .........................................5三、 电路与程序设计 .................................................53.1 整机详细电路图见附录 1......................................53.2 工作流程 ...................................................5四、测试方案与测试结果 ..............................................74.1 系统测试数据 ................................................74.2 主机从机功能测试 ...........................................74.3 测试结果分析 ...............................................7五、总结： ..........................................................7六 、参考文献 .......................................................7附录 1：整机详细电路图 ..............................................8附录 2：主要控制程序 ................................................9一、系统方案1.1 点滴速度的测量方案一 ：采用电感式传感器测量点滴速度在输液器的漏斗外围绕线圈作为敏感元件。

当液滴滴下时电感量发生变化，通过 LC 振荡电路后输出变化的频率值，经过 F/V 变换电路及电压比较后输出 TTL 电平信号来检测点滴速度此方案测量精度比较高，但是外围电路比较复杂方案二：采用反射式红外光电传感器在输液器的漏斗一端放置反射式红外传感器，当液滴下落时，利用其对红外线的反射能力，接收端检测到信号但是由于水滴的表面不规则且较小，反射信号较弱且不稳定，反射式要求液滴下落时要和传感器保持精确的夹角，当输液器上下移动时会产生晃动，从而产生较强的干扰II方案三：采用槽式红外光电开关采用槽式红外对射式光电开关，集成度高，体积小，功能齐全，电线引出式，电源内藏式具备继电器大功率输出，具备交直流通用型，电压范围宽，抗震性能好，液滴检测非常稳定，对于对精度要求较高的医疗器械来讲，非常合适此方案成本低，经过实验可发现槽式式红外光电开关能比较灵敏地测出水滴利用测量相邻点滴下落的时间间隔即可确定点滴速度综合考虑选用方案三槽式红外光电开关1.2 点滴速度的控制 由题目可知，控制液滴下落速度主要有两种方法：方案一 : 通过步进电机和滑轮系统控制储液瓶的高度，来达到控制液滴流速的目的；方案二: 通过控制滴速夹的松紧程度来控制液滴流速。

第一项方案实现较为简便，通过步进电机可方便地实现对储液瓶高度的调节，从而达到控制液滴流速的目的第二项方案控制滴速夹移动的距离很小，但是滴速夹的松紧调节过程中，移动距离，移动阻力等参数难于计算，用机电系统实现起来较为困难经过综合比较，我们决定选择方案一1.3 控制用电动机及驱动的选择与比较方案一：采用直流电机由于直流电机上电即转动，掉电后惯性较大，停机时还会转动一定角度后才可停下来转矩小、无抱死功能，如果要求准确停在一个位置，其闭环算法较复杂方案二：采用步进电机步进电机是一种用电脉冲进行控制，将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机步进电机每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比用单片机控制步进电机，控制信号为数字信号，不再需要数／模转换，具有快速启／停能力，可在一刹那间实现启动或停止，且步距角降低小，延时短，定位准确，精度高，可操作性强III综合考虑,选用步进电机作为电机驱动控制电路1.4 系统总体方案系统实现框图如图1：点滴测速 液晶显示触碰开关从站（单片机）通信接口电路主站（单片机）键盘电机驱动动 步进电机 声光报警图 1 医院病床输液监控系统系统框图用 G63-E303 槽式红外光电开关检测液滴速度，由 STC89C52 单片机控制液晶12864 显示速度床号等信息，并控制电机驱动 L298N,控制步进电机的正反转，从而改变输液瓶的高度，控制点滴的速度，单片机再根据反馈的速度调整输液瓶的高度，闭环反馈准确地控制点滴速度。

主机和从机之间利用 RS-485 总线通信，采用自定义的串口通信协议，实现主从之间的数据交流采用触碰开关来检测异常情况，控制蜂鸣器鸣叫和 LED 闪烁二、理论分析与设计2.1 点滴速度检测电路原理分析IV图 2 G63-E303 槽式红外光电开关内部原理图G6-E303 槽式红外光电开关槽式光电开关传感器，发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能接收到光，三极管 2SC1008 导通，OUT 端被拉低，OUT 输出低电平,LED 不亮；当有液滴从槽中落下通过时，光被遮挡，三极管截止，OUT 端输出高电平 VCC，LED 亮用STC89C52 的 T0 采集电平变化时下降沿，来实现对液滴的计数 液滴下落的速度= X 滴/分钟2.2 键盘控制及显示电路设计键盘控制和显示电路我们采用独立按键和液晶显示显示部分我们采用带字库12864 液晶显示器，相比于 1602 显示器它的优点在于可以显示汉字，方便我们显示床号等，点滴速度等的信息，而且它的屏幕较大，可以一次显示更多的内容键盘采用了 4 乘 2 坐标查询的方式来识别按键其中 P10、P11 为输入端口，P12~P15 为输出端口。

当 P10、P11 都为高电平的时候，无论哪个按键被按下了，都与按键没被按下的状态相同，P12~P15 端口的输入信号都为高电平当 P1^0 为低电平，P1^1 都为高电平时，若“选择床号键”被按下 P1^2 口相当于和 P1^0 口直接相连，P1^2 口就读入低电平，而其他三个口读入为高电平若“60”按键被按下，同理，P1^3 口就读入低电平，其他三个端口读入为高电平其他的按键被按下时都没有反应这样就达到了识别“选择床号键、60、100、加”4 个按键的功能；当 P1^1 输出低电平，P1^0 端口为高电平时，同理，可以识别“确认、80、120、减”4 个按键按照这种方式，通过 6 个引脚逐列地扫描按键，实现识别 8 个按键的功能，相比独立按键节约了单片机的端口资源另外我们还在外部中断 0 引脚接入了一个独立式按键用来解除报警信号，在外部中断 1 引脚接入了一个独立式按键用来产生外部中断，从而进入键盘扫描程序V图 3 扫描键盘工作原理图 4 通用矩阵键盘原理图2.。