液体点滴自动控制系统.doc

本科学生毕业论文（设计） 题目（中文）： 液体点滴自动控制系统 （英文）： Automatic control system of dropping Rote of liquid 姓 名 学 号 院 （系） 电子工程系 专业、年级 电子信息工程 级 指导教师 湖南科技学院本科毕业论文（设计）诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文（设计），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本科毕业论文（设计）作者签名： 二0一 年 月 日 毕业论文（设计）任务书课题名称 液体点滴自动控制系统 学生姓名： 系 别： 电子工程系 专 业： 电子信息工程 指导教师： 20 1、关键词：点滴速度 步进电机 AT89C51 点滴速度 2、毕业论文（设计）内容要求： 设计一个点滴速度智能控制检测系统可以实时监控病床病人的输液状况，并对输液中的异常情况（如针头堵塞、药液滴完等）发出报警，并驱动自动控制电路控制液体点滴的速度及数码管的显示。具体要求：1）液体点滴自动控制系包括传感检测电路和自动自动控制两部分。传感检测电路主要是利用红外对管将液体点滴速度变化时的非电物理信号处理为可以被控制电路识别的电信号。自动控制电路主要是将传感器输出的电信号进行逻辑分析，并驱动自动控制电路控制液体点滴的速度及数码管的显示。2）通过软件设置实现液体点滴速度自动控制。3）采用AT89C51作为控制系统的微处理器，实现对点滴速度、输液液位及点滴速度是否有异常等进行监控。4）系统设置：采用独立键盘处理，简单方便。3、文献查阅指引：1 郭艾华.静脉输液无线监控和信息管理系统的研究与实现D.江南大学 2009，22(23A)：7-10.2 张永.液检测与控制系统设计D.大连交通大学，2009，25(12A)：10-20.3 华旭奋，赵勇.一种医用点滴速度监控系统的设计J.无锡职业技术学院报，2010(01)，22(23A)：17-54.4 祁秀云.步进电机在SCARA机器人中的应用J.科技资讯.2005(27)，25(11A)：8-36.5 龚戈峰，陈安，胡跃明.基于DSP与光电传感器的智能腹膜透析仪阀门控制系统J.微机电，2008(04) ，15(17A)：17-28.6 黄赞.基于AT89C51单片机的步进电机伺服系统设计J.机床与液压.2004(03)，21(15A)：5-36.7 张江伟，夏淑丽.液体点滴速度监控装置J.中国教育技术装备.2010(27)，29(12A)：21-34.8 陈静，张建平，刘玉梅，徐倩漪.自动输液监控系统的设计与实现J.软件.2006(06)，22(23A)：1-16.9 周文光，魏培德，许建，孔悦.一种简易医用输液器液面监测报警装置的研制J. 医疗卫生装备. 2013(01)，12(23A)：13-25.10 肖玮,涂亚庆,王杰,毛育文.液体点滴的无线智能监测系统设计与实现J. 电子测量技术. 2008(01)，15(17A)：18-24.4、毕业论文（设计）进度安排：1) 2012年12月：确定课题，检索与课题相关的文章，收集相关资料确定设计方案；2) 2013年1月：查阅相关资料，进行整体方案的设计；3) 2013年2月-2013年3月：设计硬件仿真电路，编写软件； 4) 2013年4月：根据查询的资料撰写论文，并在导师的指导下修改论文； 5) 2013年5月：定稿，完成论文答辩。系部意见： 负责人签名： 注：本任务书一式三份，由指导教师填写，经系毕业论文领导小组审批后一份下达给学生，一份交指导教师，一份留系里存档。湖南科技学院本科毕业论文（设计）开题报告书论文（设计）题目液体点滴自动控制系统作 者 姓 名杨 威所属系、专业、年级 电子工程系 电子信息工程专业 2009年级指导教师姓名、职称李春树 教授预计字数10000开题日期2012.12.28选题的根据： 随着人们生活水平的不断提高，人们的健康意识日益增强，相对的也就对医院的医疗设施有了较高的要求1。静脉输液是临床医学中一个重要的治疗手段。现在，有很多探讨研究液体点滴自动控制设计，他们各有特色，但是要运用到实际中，功能还是不够强大，比如医院已经在使用的输液泵是解决输液速度的一种有效方法，但它机器成本和耗材成本太高，只使用于急救和重症情况2。基于以上原因，我觉得有必要研究一个高效多能的液体点滴自动控制系统，来减轻护士的工作强度，给患者提供安全可靠地医疗环境，提高医院的服务质量3。本点滴速度智能控制检测系统，采用系统采用单片机AT89C51作为控制系统的微处理器，实现对点滴速度、输液液位及点滴速度是否有异常等进行监控4。另外，还可实现对点滴速度的设置、显示及液面到达警戒线的报警。这种既具有自动控制又具有遥测的输液检测系统性能稳定，成本低廉，使用方便、易操作，适合于临床普及，具有较高的使用价值和较高的社会、经济效益5。主要内容： 1）系统简介；2）单片机原理与介绍；3）液体点速度检测；4）智能控制； 5）系统硬件设计；6）单片机系统软件设计；7）系统仿真调试与调试；8）系统设计的优缺点，设计心得。研究方法：1、网上搜索资料，阅读文献，进行理论分析；2、划分功能，逐步设计；3、图书馆查资料，跟同学探讨并和导师交流。完成期限和采取的主要措施：完成期限：2012年12月到2013年5月9日主要措施：严格遵照湖南科技学院毕业论文(设计)工作管理办法的指示精神，结合个人的实际情况，我完成这项设计所采取的主要措施有两条：一是密切联系。联系毕业设计指导导师，寻求有关毕业设计信息，确定设计课题方向与设计内容；二是虚心学习。利用课余时间到图书馆和网络上查阅资料，并虚心向老师请教和同学进行学习交流，保障毕业设计的顺利完成。主要参考资料：1 刘辉，模糊控制技术在智能输液系统中的应用研究D.湖南大学 2004，6，12(23A)：13-25.2 郭雯，王海涛.智能输液系统的发展与应用J. 医疗卫生装备. 2012(11)，14(15A)：18-20.3 郭艾华.静脉输液无线监控和信息管理系统的研究与实现D.江南大学 2009，8(17A)：10-15.4 华旭奋，赵勇.一种医用点滴速度监控系统的设计J.无锡职业技术学院报，2010(01)， 15(25A)：6-9.5 祁秀云.步进电机在SCARA机器人中的应用J.科技资讯.2005(27)，19(5A)：20-31.6 龚戈峰，陈安，胡跃明.基于DSP与光电传感器的智能腹膜透析仪阀门控制系统J.微机电， 2008(04)，13(15A)：3-10.7 黄赞.基于AT89C51单片机的步进电机伺服系统设计J.机床与液压.2004(03)，12(23A)：3-5.8 张江伟，夏淑丽.液体点滴速度监控装置J.中国教育技术装备.2010(27)，12(23A)：1-5.9 陈静，张建平，刘玉梅，徐倩漪.自动输液监控系统的设计与实现J.软件.2006(06)，12(23A)：2-4.10 周文光，魏培德，许建，孔悦.一种简易医用输液器液面监测报警装置的研制J. 医疗卫 生装备. 2013(01)，9(17A)：1-3.11 祁秀云.步进电机在SCARA机器人中的应用J.科技资讯.2005(27)，12(21A)：3-5. 指导教师意见： 指导教师签名： 教研室意见：签 名： 年 月 日开 题 报 告 会 纪 要时 间2012.12.23地 点三教608与会人员姓 名职务（职称）姓 名职务（职称）姓 名职务（职称）李春树教 授谭永宏副教授李小武副教授李艳芳副教授廖朝阳硕 士杨 熙硕 士会议记录摘要：李小武老师问：你的研究思路是怎么样的？答:我的计划是：1.先查找资料，了解最新技术的发展，选择好实现方案。2.结合系统结构框图，设计各子电路。3.利用Protues仿真软件对电路进行仿真调试。杨熙老师问：你的时间是怎么安排的？ 答：现在已经查阅了一些基本资料，接下来安排就是明年第一个月还去查阅更多资料，进行整体方案设计，再花两个月设计硬件，编写程序，最后完成论文答辩。李艳芳老师问：用Keilu uVision3 IDE仿真软件有何优点？ 答：Keilu uVision3 IDE是KeilSoftware公司推出的一款集工程管理，源代码编辑，程序调试还程序仿真等多种功能于一体珠集成开发环境，支持多种8051内核的单片机。uVision3还提供了一个配置向导功能，加速了启动代码和配置文件的生成 会议主持人： 记 录 人：年 月 日指导小组意见负责人签名： 年 月 日系部 意 见负责人签名：年月日注：此表由学生本人填写，一式三份，一份留系里存档，指导老师和本人各保存一份。湖南科技学院毕业论文（设计）中期检查表毕业论文（设计）题 目液体点滴自动控制系统学生姓名杨 威学 号200906002321系 别电子工程系专 业电子信息工程指导教师李春树检查日期2013.2.16指导教师检查情况记载及修改意见：1、已查阅各种相关资料，对相关知识有一定的了解和掌握。2、论文内容较为合理；3、介绍现有技术过多，创新性欠佳；4、参考文献书写不规范；5、中文摘要和关键词写得不好；修改意见：1、内容比较少，需要增加内容；2、注意论文格式，请参照湖南科技学院毕业论文设计模版；3、参考文献按照学校的规范写，同时在正文中出现的位置以上标的形式标出，参考文献要求15篇以上；4、尽量突出说明你自己所做的工作，突出自己的独特之处；5、摘要内容应包括研究的目的、方法、结果和结论；6、按照毕业论文撰写规范排版，行距设计为20磅，文中一般不要留空行；标题的前后不打空格；签名： 注：此表用于指导教师在学生毕业论文（设计）初稿完成后对学生执行任务书情况进行中期检查时用，由指导教师填写。湖南科技学院毕业设计（论文）指导过程记录表毕业论文(设计)题目液体点滴自动控制系统学生姓名杨 威学号200906002321专业班级电子信息工程0903班指导教师李春树职称教 授系（教研室）电子工程系指导过程记录指导内容记录(一)1确定题目并下达毕业设计的任务2对毕业设计论文的结构进行指导3指导设计中可能出现的关键问题4指导学生察看相关的参考文献学 生 签 名： 201 年 月 日指导教师签名： 201 年 月 日指导内容记录(二)1、到图书馆查找和借阅与选题有关的文献和资料；2、从网上检索和下载与选题有关的文献和资料；3、去书店买相关的书本和报刊；学 生 签 名： 201 年 月 日 指导教师签名： 201 年 月 日指导内容记录（三)1、题目应该简短、明确、有概括性；2、摘要内容应包括研究的目的、方法、结果和结论；3、关键词应采用能覆盖论文主要内容的通用词条；4、正文一般应包括绪论、论文主体及结论等部分。5、结论是毕业论文的总结，要求精炼、准确地概述全文的主要观点。学 生 签 名： 201 年 月 日 指导教师签名： 201 年 月 日指导内容记录(四)1、毕业论文总体方案设计与选择的论证以及发展前景。2、对本研究内容进行较全面、客观的理论阐述，应着重指出本研究内容中的创新、改进与实际应用之处。3、论文应推理正确，结论清晰，无科学性错误。学 生 签 名： 201 年 月 日 指导教师签名： 201 年 月 日指导过程记录指导内容记录(五)1、加强对选题核心思想的理解；2、参考更多的资料，丰富论文内容；3、尽量突出说明你自己所做的工作，突出自己的独特之处。学 生 签 名： 201 年 月 日 指导教师签名： 201 年 月 日指导内容记录(六)1、将不清晰的图纸用office工具重绘；2、图、表都采用上下包围型插入，将多余的部分剪去，居中，压缩到与页面的文字等宽；学 生 签 名： 201 年 月 日 指导教师签名： 201 年 月 日指导内容记录(七)1、按照毕业论文撰写规范排版；2、参考文献按照学校的毕业论文撰写规范写学 生 签 名： 201 年 月 日 指导教师签名： 201 年 月 日指导内容记录(八)1、制作一个能反映论文主要内容，可放映510分钟的ppt 演示文稿，作答辩陈述用。2、掌握研究内容的实际意义、创新、改进和特色之处，设计原理、工作过程等主要内容。学 生 签 名： 201 年 月 日 指导教师签名： 201 年 月 日答辩小组组长意见(对情况是否属实做出意见)组长(签名)： 201 年 月 日湖南科技学院本科毕业论文（设计）评审表论文题目液体点滴速度自动控制系统作者姓名杨 威所属系、专业、年级电子工程系 电子信息工程专业 2009年级指导教师姓名、职称李春树 教授 字 数15000定稿日期2013.5.6中文摘要本论文设计的液体点滴自动控制系统，通过反射式红外光电传感器对液滴和液面的监测，以AT89C51作为中央处理器进行信号分析与处理，最后通过步进电机进行目标控制，从而实现输液过程中滴速、输液容量的自动控制和测量，并提供声光报警。文中对系统在自动检测、自动调节等功能方面做了详细的分析和方案对比。该装置具有安全、操作方便、参数可设定、抗干扰能力强、可靠性高、能够精确控制输液速度和输液总量等特点。关键词（3-5个）A89C51单片机 点滴速度 自动控制英文摘要This paper talks about automatic control system of liquid dropping design. Via using the reflection type infrared photoelectric sensor to monitor liquid drops and liquid level，taking AT89C51 as central processor for signal analysis and processing， and finally through using the stepping motor to control，so as to realize the automatic control and measurement in the process of transfusion， infusion dripping speed capacity， and also provide sound and light alarm. This paper does a comparative analysis and a detailed scheme about the system in the automatic detection，automatic adjusting functions. The device has the advantages of safety，convenient operation，parameters can be set， strong anti-interference ability，high reliability，the transfusion rate and total which can accurately control.关键词AT89C51 single-chip microcomputrer dropping speed automatic contol指导教师评定成绩评审基元评审要素评审内涵满分指导教师实评分选题质量25%目的明确符合要求选题符合专业培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到毕业论文（设计）综合训练的目的。10理论意义或实际价值符合本学科的理论发展，有一定的学术意义；对经济建设和社会发展的应用性研究中的某个理论或方法问题进行研究，具有一定的实际价值。10选题恰当题目规模适当，难易度适中；有一定的科学性。5能力水平40%查阅文献资料能力能独立查阅相关文献资料，归纳总结本论文所涉及的有关研究状况及成果。10综合运用知识能力能运用所学专业知识阐述问题；能对查阅的资料进行整理和运用；能对其科学论点进行论证。10研究方案的设计能力整体思路清晰；研究方案合理可行。5研究方法和手段的运用能力能运用本学科常规研究方法及相关研究手段（如计算机、实验仪器设备等）进行实验、实践并加工处理、总结信息。10外文应用能力能阅读、翻译一定量的本专业外文资料、外文摘要和外文参考书目（特殊专业除外）体现一定的外语水平。5论文质量35%文题相符较好地完成论文选题的目的要求。5写作水平论点鲜明；论据充分；条理清晰；语言流畅。15写作规范符合学术论文的基本要求。用语、格式、图表、数据、量和单位、各种资料引用规范化、符合标准。10论文篇幅10000字左右。5实评总分 成绩等级 指导教师评审意见： 指导教师签名： 说明：评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，实评总分90100分记为优秀，8089分记为良好，7079分记为中等，6069分记为及格，60分以下记为不及格。评阅教师评定成绩评审基元评审要素评审内涵满分评阅教师实评分选题质量25%目的明确符合要求选题符合专业培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到毕业论文（设计）综合训练的目的。10理论意义或实际价值符合本学科的理论发展，有一定的学术意义；对经济建设和社会发展的应用性研究中的某个理论或方法问题进行研究，具有一定的实际价值。10选题恰当题目规模适当，难易度适中；有一定的科学性。5能力水平40%查阅文献资料能力能独立查阅相关文献资料，归纳总结本论文所涉及的有关研究状况及成果。10综合运用知识能力能运用所学专业知识阐述问题；能对查阅的资料进行整理和运用；能对其科学论点进行论证。10研究方案的设计能力整体思路清晰；研究方案合理可行。5研究方法和手段的运用能力能运用本学科常规研究方法及相关研究手段（如计算机、实验仪器设备等）进行实验、实践并加工处理、总结信息。10外文应用能力能阅读、翻译一定量的本专业外文资料、外文摘要和外文参考书目（特殊专业除外）体现一定的外语水平。5论文质量35%文题相符较好地完成论文选题的目的要求。5写作水平论点鲜明；论据充分；条理清晰；语言流畅。15写作规范符合学术论文的基本要求。用语、格式、图表、数据、量和单位、各种资料引用规范化、符合标准。10论文篇幅10000字左右。5实评总分 成绩等级 评阅教师评审意见： 评阅教师签名： 说明：评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，实评总分90100分记为优秀，8089分记为良好，7079分记为中等，6069分记为及格，60分以下记为不及格。湖南科技学院本科毕业论文（设计）答辩记录表论文题目液体点滴自动控制系统作者姓名杨威所属系、专业、年级电子工程系电子信息工程专业 2009年级指导教师姓名、职称李春树 教授答 辩 会 纪 要时间2013.5.18地点三教609答辩小组成员姓 名职务（职称）姓 名职务（职称）姓 名职务（职称）李春树教 授谭永宏副教授李小武副教授李艳芳副教授杨 熙硕 士廖朝阳硕 士答辩中提出的主要问题及回答的简要情况记录：1你为什么选这个题目？（李小武老师）答：现在输液设置还主要是采用人工方式，浪费人力，效率不高，更重要的是，如果没有人监护，可能会药液输完，未能及时更新或者结束输液这种危险情况。为了解决这些问题，我选了这个题目。2介绍一下你的设计的主要结构？（杨熙老师）答：我的设计主要分为两大部分：传感器检测部分与智能控制部分。 传感器检测部分实现功能：利用光电传感器将检测到的信号转化为可以辨别的电信号； 智能控制部分主要完成点滴自动检测自动调速，和数码管显示，以及报警功能。3设计中为什么不采用液晶显示？（谭永宏老师） 答：本设计的显示模块主要显示液体点滴速度，采用数码管显示已经可以满足要求，出于和实际需要没有必要采用液晶显示。 会议主持人：记 录 人： 年 月 日答辩小组意见评语： 评定等级： 负责人（签名）： 年 月 日系学位委员会意见评语： 论文（设计）最终评定等级：负责人（签名）： 系部（公章） 年月 日校学位委员会意见评语：评定等级： 负责人（签名）： 年月 日P目 录绪论11 系统方案设计与论证31.1 各模块方案选择和论证31.2 系统液体点滴速度及储液瓶液面检测31.3 液瓶液面检测41.4 键盘方案51.5 显示方案51.6 电机系统方案61.7 点滴速度控制方案61.8 方案的确定62 系统硬件电路的设计图82.1 液体点滴速度检测电路设计82.2 键盘控制电路102.3 数据采集模块及工作原理102.4 报警模块112.5 电机模块及工作原理122.6 步进电机驱动电路122.7 输液管的机械控制142.8 主要元器件介绍152.8.1 AT89C51152.8.2 步进电机及其驱动ULN2003193 系统的软件设计223.1 编程环境简介223.2 点滴速度测量223.3 点滴速度控制243.4 键盘扫描253.5 显示子程序263.6 按键处理程序263.7 系统的主程序设计274 系统软件仿真294.1 硬件电路图294.2 软件调试294.3 软硬件联合调试295 性能分析325.1 测试仪器325.2 功能325.3 系统指标参数测试325.4 测试数据325.5 测试分析325.6 误差分析32结论34参考文献35致 谢36液体点滴自动控制系统设计摘 要本论文设计的液体点滴自动控制系统，通过反射式红外光电传感器对液滴和液面的监测，以AT89C51 作为中央处理器进行信号分析与处理，最后通过步进电机进行目标控制，从而实现输液过程中滴速、输液容量的自动控制和测量，并提供声光报警。文中对系统在自动检测、自动调节等功能方面做了详细的分析和方案对比。该装置具有安全，操作方便，参数可设定，抗干扰能力强，可靠性高，能够精确控制输液速度和输液总量等特点。【关键词】A89C51单片机 点滴速度 自动控制Automatic contol system of dropping rote of liquid ABSTRACTThis paper talks about automatic control system of liquid dropping design. Via using the reflection type infrared photoelectric sensor to monitor liquid drops and liquid level， taking AT89C51 as central processor for signal analysis and processing， and finally through using the stepping motor to control， so as to realize the automatic control and measurement in the process of transfusion， infusion dripping speed capacity， and also provide sound and light alarm. This paper does a comparative analysis and a detailed scheme about the system in the automatic detection， automatic adjusting functions. The device has the advantages of safety， convenient operation， parameters can be set， strong anti-interference ability， high reliability， the transfusion rate and total which can accurately control.【Key words】AT89C51 single-chip microcomputer dropping speed automatic contol37绪论静脉输液是临床医学中一个重要的治疗手段，它不仅是一种重要的给药途径，而且还是还是给患者补充体液、营养的重要方法1。在输液过程中，点滴速度是一个至关重要的参数，患者病情、患者年龄、患者身体状况及所用药物种类等因素事点滴速度快慢的依据2。目前对于输液速度的控制普遍采用手工方式，由护士根据经验来调节。这样做很多不足：第一，控制不科学。医护人员凭经验根据药业特性及患者病情对滴速进行控制，而这种对滴速的控制只是感性认识，没有上升到理论的高度，做法不够科学，精确。患者缺乏经验，滴速控制不好还会有一定的危险性。第二，控制不方便。医护人员必须到病床前去操作控制，增加了医护人员临床的次数，增加了医护人员受感染的几率。第三，控制不全面。目前的输液装置不能对每个病人输液状况进行自动和准确的观测以及控制3。国外对智能输液装置的研究较早，比如日本、美国和德国等国家上世纪80年代末就进行了智能型输液装置的研究，现在市场上流行的大多是国外产品，类型多样，性能较好，如日本JMS株式会社的OT-601型输液泵(控制精度为%10)和SP-500型注射泵，美国、德国、以色列等国家也有性能较好的产品4。我国对智能输液的研制起步较晚，大都在90年代中期开始研究，市场上也有一些国产输液装置，如北京科力丰高科技发展有限责任公司的ZNB系类产品，深圳康特公司也有输液产品装置4。但综合来说，国产的智能输液装置种类少，性能也有待提高。随着人们生活水平的不断提高，人们的健康意识日益增强，相对的也就对医院的医疗设施有了较高的要求，由于科学技术的发展，医疗设备领域正在悄悄的发生着一场信息化的革命。手动调节点滴速度不够准确、方便，也不安全，需要值班护士不断巡视每个房间的输液状况，不仅工作量很大，而且不易对突发状况作出及时处理5。现在，有很多探讨研究液体点滴自动控制设计，他们各有特色，各有优劣。总的来说，他们的专业还可以，但是要运用到实际中，功能还是不够强大，比如医院已经在使用的输液泵是解决输液速度的一种有效方法，但它机器成本和耗材成本太高，只使用于急救和重症情况5。基于以上原因，我觉得有必要研究一个高效多能的液体点滴自动控制系统，来减轻护士的工作强度，给患者提供安全可靠地医疗环境，提高我们的生活质量。因此本论文根据实用、安全、可靠、操作方便、节约劳力、提高设备操作精确度的原则，提出一种基于红外检测技术、单片机控制技术智能控制系统的解决方案，实现对点滴速度自动检测和调节，并可在异常情况下发出报警信号。该点滴速度智能控制检测系统可以实时监控病床病人的输液状况，并对输液中的异常情况（药液滴完等）发出报警；输液速度信号可以通过通讯线路传输到护士站，医护人员可对各个病床输液情况有个全面的了解，做到既安全又省心，把医护人员彻底从烦琐的劳动中解放出来。这种既具有自动控制又具有遥测的输液检测系统性能稳定，成本低廉，使用方便、易操作，适合于临床普及，具有较高的使用价值和较高的社会、经济效益1。本设计在液体点滴速度监控系统要求能对点滴速度、点滴是否有异常等情况进行监控。下位机采用系统采用单片机AT89C51作为控制系统的微处理器，实现对点滴速度、输液液位及点滴速度是否有异常等进行监控。另外，还可实现对点滴速度的设置、显示及液面到达警戒线的报警。在点滴速度测量上，通过比较几种检测点滴速度的方法，选用红外光电传感器测量点滴速度，并且设计测量电路。感光器件选用红外对管，即红外发光二极管和红外接收二极管。由于好红外光波长比可见光长，受可见光的影响较小，且该传感器具有体积小、灵明度高、线性好等特点，其外围电路简单，性能稳定可靠10。1 系统方案设计与论证1.1 各模块方案选择和论证1.2 系统液体点滴速度及储液瓶液面检测方案一：利用光透射原理。使用红外对管实现液体点滴检测。当没有点滴下落的时候，检测系统输出一个比较低的电压而当有点滴经过红外检测电路就会产生一个比较高的电压。如此就可以产生脉冲信号。但检测到的电压变动比较小，所以必须加一个电压放大电路。经过放大的信号在通过一个电压比较器就可以得到单片机可以识别的脉冲信号，从而实现点滴滴数的计数3。实现框图如图1.1。图中的转换电路由放大电路和比较电路两部分组成。这个方案，由于储液瓶是透明玻璃瓶，从光源发射出来的光大部分反射，透射光比较微弱，这样检测信号产生误差较大，同时电路需要对微弱信号进行处理，这样放大电路的放大倍数就要很高。而高放大倍数高的放大电路很容易受到干扰，还容易产生电路自激，增加了电路设计上的难度，更会降低了电路的稳定性。图1.1光透射原理检测电路方案二：利用光的反射原理。使用反射式红外光电传感器检测。红外发光二极管垂直于漏斗壁发送红外光，红外接收管依据接收到的红外光信号的强弱产生脉冲信号，先通过放大电路的处理再通过电压比较电路的处理就可以得到单片机可以处理的脉冲信号5。实现原理框图如图1.2。其中整形电路包括放大电路和比较电路。由于反射信号比较强，这样可以减小信号检测时的误差，同时电路形式要比透射电路情况简单。而且反射电路比透射电路更容易安装，体积更加小巧，结构也更加简单。实现原理框图如图1.2。其中整形电路包括放大电路和比较电路。其中整形电路包括放大电路和比较电路。由于反射信号比较强，这样可以减小信号检测时的误差，同时电路形式要比透射电路情况简单。而且反射电路比透射电路更容易安装，体积更加小巧，结构也更图1.2光反射原理检测电路加简单。方案三：使用电容式接近开关。电路集成度高，使用继电器输出，输出信号标准，电路简单。工作原理是根据电容中介质的改变对外产生开关量。由于瓶中液体和周围环境随时会发生变化，很容易触发传感器，而使系统采集到错误的信号综合比较上面方案，我们选择方案二。1.3 液瓶液面检测方案一：采用金属电极检测储液瓶液面信号。原理如图1.3，利用药液的导电特性实现液滴速度及储液瓶液面信号的检测，通常电极采用不锈钢等耐腐蚀材料制成。图1.3 金属电极检测储液瓶液面信号面信号方案二：采用光电传感器检测点储液瓶液面信号。原理如图1.4所示。发光二极管发射的平行光束穿过茂菲氏滴管投射到光敏三极管的感光面上，在没有液体时，光敏三极管接收到的光照度最大，产生的光电流也最大，当有液体时，由于液滴对红外光的吸收特性，使平行光束发散，投射到光敏三极管上的光照度将减弱，从而使光敏三极管产生的光电流减小，实验证明在低液面（2cm-4cm）的情况下，进气所形成上升气泡在液面的聚集与运动，使平行光束的发散效应明显增强2。图1.4光电传感器检测点储液瓶液面信号综合比较上面的方案，电极接触控制方式原理简单，易于实现，可靠性强，但会导致药品污染，危及患者安全。光电控制方式虽然结构复杂，易受外界光源影响，但可防止药品的污染，保证患者用药安全。因此，选择方案三。1.4 键盘方案方案一：采用矩阵式键盘，此类键盘利用矩阵式行列扫描方式，优点是当按键盘较多时可降低占用行列扫描方式，单片机的I/O口数目，缺点为电路复杂且会加大编程难度。方案二：采用独立式按键电路，每个按键单独占有一根I/O接口线，每个I/O口的工作状态互不影响，此类键盘采用端口直接扫描方式。缺点为当按键较多时占用单片机的I/O口数目较多，优点为电路设计简单，且编程极其容易。综合比较上面的方案，本系统有16个按键，因此采用方案一，4X4的矩阵式键盘。1.5 显示方案方案一：采用液晶显示屏。液晶显示屏（LCM）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8。但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。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。综合比较上面的方案，采用方案二，数码管显示价格便宜，方便实用。1.6 电机系统方案方案一：采用单片机和A/D转换构成系统，控制普通电机的步数和旋转方向，可以考虑达林管组成的H型PWM电路。用单片机控制达林管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电机转速，减小因惯性，速度，步距角过大而引起的调整误差，达到改变点滴高度的要求，缺点是控制信号为模拟信号，需要将单片机输出的序列脉冲转换，延长了控制的时间，并且步距角为9，不能精确的控制点滴速度。方案二：用单片机控制步进电机，控制信号为数字信号，不在需要数/模转换；具有快速启/停能力，可在一刹那间实现启动或停止，且步距角降低到7.5延时短，定位准确，精度高，可操作性强9。综合考虑，一方面调节的步长尽可能的小，定位要好；另一方面如果停止信号到来，要能立刻停止电机。因此选择步进电机，采用方案二。1.7 点滴速度控制方案方案一：通过改变滴斗到受液瓶的高度来调节点滴的速度。由步进电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，从而调节点滴速度。由于其高度的改变与点滴速度基本成线性关系，这易于对点滴速度进行控制。而液滴管的高度可通过电机实现精确的定量控制。但此方法对机械设备的要求高，不容易安装。设备可移动性小，而且对电机的功率也有一定的要求，要采用大功率的电机。方案二：采用单片机和可编程逻辑器件控制输液软管的松紧来控制点滴速度。改变塑料点滴管的形状以控制液体的流速。这样的方法虽然直观，但存在很多的缺点。首先由于对管壁施压改变其形状，其所施加的压力与流量改变的关系非线性，这给流量控制带来了难度。其次由于滴管是由塑料制成，在长时间受压后松开并不能使塑料滴液管完全恢复原形，控制装置无法保证理想的控制效果。此外，要完成滴速夹的制作有一定的困难。即使此方案有很多缺点，但以其结构小巧，可移动性强，电机要求低，机械设备简洁的优点。更符合当今设备发展方向的要求。总结上述原因，我选用方案二，制输液软管的松紧来控制点滴速度。1.8 方案的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反射接收方式。（2）储液检测电路采用软件方式设置。（3）键盘采用4X4行列式键盘。（4）显示采用数码管显示屏。（5）点滴速度控制是利用步进电动机正反转来调节输液管的松紧来实现。图1.7给出了系统组成方框图。通过键盘输入模块输入预置的点滴速度并将数据信息传送给单片机。系统进入调整方式一（电机为主，等待中断）调整装置刚开始运行时步进电机以定速转动，等待传感装置发出中断信号。当点滴速度进入一定范围（预置值10）时单片机检测到中断信号进入调整方式二（采集信号为主，