设计并制作一液体点滴速度监测与控制装置毕业论文.doc

设计并制作一液体点滴速度监测与控制装置1. 设计思路根据题目要求系统可以分为以下几个模块：点滴速度测量模块，储液液面检测模块，键盘显示模块，电机系统控制（点滴速度控制）模块。系统的基本框图如图1所示。点滴速度测量单 片 机 储液液面检测点滴速度控制控制电路电机控制键盘显示图1系统基本框图2方案设计2.1 系统各个模块的选择与论证（1） 点滴速度测量方案一 ：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。当液滴滴下是电感量发生变化，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：采用红外对管发射接收。采用断续式的工作方式，在点滴落下时阻挡了接收管接收红外线，产生高电平的脉冲信号。为了提高抗干扰能力，可以采用两对红外传感器一发一收，而不是只用一只传感器以反射式状态工作。红外传感器有以下优点：尺寸小，质量轻，安装在滴斗上较简单；对辅助电路要求少，在近距可以用直流发射，电路简单，性能稳定。此方案简单，较容易实现。（2） 储液检测电路题目要求是在储液瓶中的液位低于23cm时发出报警信号。在此是关键如何检测到液位的高度，报警较易实现。检测液位有多种方法。方案一：同点滴速度测量模块，仍然采用红外对管发射接收。根据该接收管收到的光强的大小来判断液位是否达到警戒水位。方案二：采用称重传感器检测。利用称重传感器检测总质量，并与实际测量中当液体液面达到设定位置时的总质量相比较，根据液体体积与质量的关系，当测量总质量与设定值相等时发出报警。方案三：用测定电容的方法来检测。在瓶壁上用两块薄金属箔包裹构造出一个电容。根据电容中的介质不同，可以确定是否达到警戒水位。此数据可以由实验中得出。（3） 电机控制系统（点滴速度控制）模块利用电机来控制调节点滴的速度有两种方案：方案一：通过改变滴斗到受液瓶的高度H2来调节点滴的速度。由电动机带动储液瓶使储液瓶上升或下降改变滴斗到受液瓶的高度H2，从而调节点滴速度。此种调节方法简单，容易实现。方案二：通过控制滴速夹的松紧来控制点滴的速度。不过滴速夹用于大范围的调节滴速，难以控制，适用于粗调。（4） 键盘显示单元根据题目条件，滴速的大小要由人工设定的。滴速的设定值与调整值都可以在键盘上显示。对于其显示有以下的两种方案：方案一：采用液晶显示屏和通用矩阵键盘。液晶显示屏（LCD）具有功耗小、轻薄短小无辐射危险，平面直角显示以及影象稳定不闪烁，可视面积大，画面效果好，抗干扰能力强等特点。但由于只需显示三位温度值，信息量比较少，且由于液晶是以点阵的模式显示各种符号，需要利用控制芯片创建字符库，编程工作量大，控制器资源占用较多，其成本也偏高。方案二：采用三位LED七段数码管显示点滴数目。按键采用单列三按键。数码管具有：低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化，对外界环境要求较低。同时数码管采用BCD编码显示数字，程序编译容易，资源占用较少。2.2 系统最终方案确定根据以上方案的论证分析，结合器件与设备等因素，系统各模块方案确定如下：（1）点滴速度测量采用红外对管发射接收方式。（2）储液检测电路仍然采纳红外对管发射接收装置。（3）点滴速度控制是利用电动机正反转来调节储液瓶的高度来实现的。（4）键盘显示用的是单列三按键数码来显示的。3单元电路设计3.1系统硬件的基本组成部分本题目中运用了检测技术、自动控制技术和电子技术。系统可以分为传感器检测部分和控制部分。传感器检测部分：系统利用红外对管发射接收即光点传感器将检测到的信号转化为控制器可以辨别的电信号。传感器检测电路包括2个单元电路：点滴速度测量电路、储液检测电路。智能控制部分：系统中控制器件根据有传感器变换输出的电信号进行逻辑判断，控制点滴的速度及数码管的显示，完成了点滴装置的自动检测、自动调速、数码显示及报警功能等各项任务。开控制部分主要包括3个电路：单片机控制电路、电动机的驱动电路、数码管的动态显示电路。3.2点滴速度测量电路设计采用红外对管发射接收测量点滴速度，其电路原理图如图2所示。图2点滴速度测量电路由电路图可以看到，接收管与发射管正相对，无液滴滴下时，接收管收到信号，输出低电平；有液滴滴下时，下落的水滴对红外光有较强的漫反射、吸收及一定的发散作用，导致接收光强的较大改变，接收管不能收到较强的信号，产生一个较长的脉动，但是波形不是太好，需要经过一级施密特触发器整形，输出一个正向的脉冲信号送给单片机中断口，据此就可以正确的测出液滴的滴数，即点滴的速度（滴/分）。 3.3 储液检测电路储液检测电路图仍然是和点滴速度测量电路一样，只是所接单片机的接口不同。其电路图如图3所示。该电路图的原理和点滴雕塑度检测电路的原理是一样的。由于红外光在水中和空气中的吸收系数不同，从而通过空气和水后的光强也是不同的。其报警信号也是由储液信号来决定的。当储液的液面的高度为23cm后，会由红外对管发射接收产生检测信号，即为报警信号。图3储液检测电路3.4 点滴速度控制电路设计系统将点滴速度采集信号和储液信号进行处理后，在相应的单片机的I/O控制口输出对应的控制信号来驱动电动机的正反转，从而进行精确的控制。图4所示的电路为电动机的速度采集电路。在电动机上安装一个连杆，连杆的另一头接S1开关，每当电动机旋转一周，四S1开关闭合一次，则通过单片机的P3.2口就可以送入一个计数信号。在单位时间内观察计数值即可的到电动机的转速。图4电机的转速采集电路点滴的控制其实是靠单片机检测滴速，得到一个反馈量，输出一定信号驱动电动机，控制电动机的正转或反转，进而带动储液瓶的上升或下降来调节滴斗的高度即控制点滴的速度。电动机驱动电路就如图5示。图5路采用的是H型的开关驱动电路。整个的电路可以分为两级：第一级接单片机的I/O口，用射级跟随电路加大电流的驱动能力；第三级才是驱动电路。当P3.0为高电平时，Q5导通，Q3，Q7导通，电动机两端的电压为+5V，电动机正转；当P3.1为高电平时，Q6导通，Q4，Q8导通，电动机两端的电压为-5V，电动机反转。图5电动机驱动电路3.5 键盘显示电路由于本系统中采用动态显示方式驱动3个七段数码管，来显示点滴的速度。数码管采用共阴极，由于AT89C51单片机每个I/O的拉电流只有12mA。所以在位码和段码都加上了反向驱动器。键盘采用按键开关经上拉电阻分别接P1.0、P1.1、P1.2口上，起到确定、上调和下调作用。每按上调和下调键，设定速度值增1减1。单片机XTAL2、XTAL1接12MHZ晶振，提供系统时钟基值。另RESET接上电复位按键。原理图如图6示。图6键盘显示电路3.6 总原理图4.软件设计系统的软件设计采用汇编语言，对单片机进行编程来实现各项功能。主程序对模块进行初始化，接收从传感器传来的信号，并对此信号进行处理，输出调整信号控制电动机的转动，扫描键盘进行动态显示。用的是循环查询方式，来显示和控制点滴的速度。4.1检测点滴速度子程序检测点滴速度子程序主要是用与系统信号的采集。经过光电传感器采集，后由施密特触发器整形，输出到单片机的端口送入单片机内部。检测点滴速度子程序如图7所示。开 始滴速检测，读出6秒内点滴的数目送数目到Buffer,累加得到滴速图7检测点滴速度子程序4.2储液检测子程序本程序主要是用于测量储液瓶内部的液位高度的，当液位低于23cm时，发出报警信号。如果液位的高度不在此区间内，则点滴的速度照常采集，并送入单片机内部。其储液子程序流程图如图8所示。开 始光电传感信号变化否？发出报警信号，储液面进入23cm的警戒水位进入检测点滴速度子程序YN发出报警信号，储液面进入23cm的警戒水位图8储液子程序流程图4.3点滴速度控制子程序根据题目的设计要求，首先读出6秒内的点滴的数目（将一分种平均划分成十分），进而得到当前的点滴的速度。根据其设定的速度值与当前的点滴的速度的误差来确定电动机的正转与反转，即控制储液瓶的位置的高低，进一步影响下一个6秒内的点滴的速度，如此的循环往复。其点滴速度的电动机控制程序流程图如9所示。开 始当前值与设定值比较大于小于等于电动机正转，储出液瓶下降电动机维持，滴速稳定电动机反转，储液瓶上升图9点滴速度的电动机控制程序流程图4.4键盘显示子程序键盘及显示子程序主要是用于判断速度有没有调整的动向和点滴速度的显示（包括当前值和设定值）。其程序流程图如10所示。开 始初始化继续扫描显示判断有没有键盘的按下延时子程序显 示数据转化成BCD码，查表送入显示缓冲区YN图10系统键盘显示子程序4.5系统的主程序设计开 始初 始 化判断液位的高度，有没有产生中断有没有调整键按下调用按键处理程序数据的BCD码转换 显 示继续执行，等待图11系统主程序流程图5.小结本点滴速度监控系统可以在20150（滴/分）范围内设定任意温度值，超出范围自动调整点滴速度，返回到20或150（滴/分）。通过按ENTER键确认开始速度的设定；P1.1的UP键为加1键，每按一次使设定速度值加1P1.2的DOWN键为减1键，每按下一次设定速度值减1。设置完速度需要再次按ERTER键确认速度设定完成，之后显示实测速度值。6.附录系统的设计软件程序清单如下：SDDD DATA 30HMC1 DATA 31HMC2 DATA 32HMC3 DATA 33HMC4 DATA 34HMC5 DATA 35HMC6 DATA 36HMC7 DATA 37HMC8 DATA 38HMC9 DATA 39HMC10 DATA 3AHCJDD DATA 40HXS1 DATA 41HXS2 DATA 42HXS3 DATA 43HK_ENTER BIT P1.0K_JIA BIT P1.1K_JIAN BIT P1.2ORG 0000HLJMP MAINORG 0013HLCALL INT1ORG 001BHLCALL T1ORG 0100HMAIN:MOV SP,#60H ;给堆栈指针赋初值MOV TMOD,#14H ;定时器1在模式1下工作、计数器0工作在模式0MOV TL1,#0B0H ;定时器每50ms产生一次溢出MOV TH1,#3CH SETB ET1 ;使能定时器1中断SETB IT1;边沿触发SETB EX1;开外部中断1SETB EA ;使能总中断SETB TR1 ;开始计时MOV TL0,#00HMOV TH0,#00HSETB TR0 ;开始计数MOV R5,#0AHMOV R6,#0FFHMOV R7,#78HMOV R0,# MC1CLR P1.7MOV SDDD,#64HMOV CJDD,#78HMOV MC1,#78HMOV MC2,#00HMOV MC3,#00HMOV MC4,#00HMOV MC5,#00HMOV MC6,#00HMOV MC7,#00HMOV MC8,#00HMOV MC9,#00HMOV MC10,#00HLOOP:MOV A,MC1ADD A,MC2ADD A,MC3ADD A,MC4ADD A,MC5ADD A,MC6ADD A,MC7ADD A,MC8ADD A,MC9ADD A,MC10MOV CJDD,ALCALL JPCLMOV R2,CJDDLCALL SJCL;数据处理程序 LCALL DISPLAY;调用数码管显示子程序LCALL DIANJIAJMP LOOPT1:PUSH PSWPUSH ACCDJNZ R7,TC1MOV R7,#78HMOV R0,TL0INC R0MOV TL0,#00HMOV TH0,#00HCJNE R0,#3BH,TC1MOV R0,# MC1TC1:MOV TL1,#0B0H MOV TH1,#3CHPOP ACCPOP PSWRETIINT1:PUSH PSWPUSH ACCSETB P1.7POP ACCPOP PSWRETIJPCL:JB K_ENTER,QUITLCALL K_DELAYJB K_ENTER,QUITLOOP2:MOV R2,SDDDLCALL SJCLLCALL DISPLAYJB K_JIA,QUIT1LCALL K_DELAYJB K_JIA,QUIT1LCALL JIAQUIT1:JB K_JIAN,QUIT0LCALL K_DELAYJB K_JIAN,QUIT0LCALL JIANQUIT0:DJNZ R5,LOOP2MOV R5,#0AHDJNZ R6,LOOP2QUIT:MOV R5,#0AHMOV R6,#0FFHRETJIA:MOV A,SDDDINC AMOV SDDD,ACJNE A,#96H,TC2MOV SDDD,#14HTC2:MOV R5,#00AHMOV R6,#0FFHRETJIAN:MOV A,SDDDDEC AMOV SDDD,ACJNE A,#14H,TC3MOV SDDD,#96HTC3:MOV R5,#0AHMOV R6,#0FFH RETK_DELAY:SETB PSW.4SETB PSW.3MOV R5,#0C8HJOOP1: MOV R4,#0FFHJOOP2: DJNZ R4,JOOP2 DJNZ R5,JOOP1CLR PSW.4CLR PSW.3 RETSJCL:MOV A,R2MOV B,#64HDIV ABMOV XS1,AMOV A,#0AHXCH A,BDIV ABMOV XS2,AMOV XS3,BRETDIANJI:CLR CMOV A,CJDDCJNE A,SDDD,LOOP3 CLR P1.6CLR P1.5AJMP TC4LOOP3:JC LOOP4SUBB A,SDDDCJNE A,#05H,LOOP5AJMP TC4LOOP5:JC TC4CLR P1.6SETB P1.5AJMP TC4LOOP4:MOV A,SDDDSUBB A,CJDDCJNE A,#05H,LOOP6AJMP TC4LOOP6:JC TC4SETB P1.6CLR P1.5TC4:RETDISPLAY:MOV DPTR,#DISTABMOV R3,#01HMOV R1,# XS1DPLOP:MOV A,R1MOVC A,A+DPTRMOV P2,R3MOV P0,AMOV A,R3RL AMOV R3,AINC R1LCALL DS1MCJNE R3,#08H,DPLOPMOV P0,#000H ;一次显示结束，P0口复位MOV P2,#000H ;P2口复位RETDS1M:SETB PSW.4SETB PSW.3MOV R7,#05HJOOP0: MOV R6,#64HJOOP: DJNZ R6,JOOPDJNZ R7,JOOP0CLR PSW.4CLR PSW.3RET;数码管TABDISTAB: DB03FH ;0 DB006H ;1 DB05BH ;2 DB04FH ;3 DB066H ;4 DB06DH ;5 DB07DH ;6 DB007H ;7 DB07FH ;8 DB06FH ;9 DB000H 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