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基于单片机的输液滴速控制系统 毕业答辩 设计意义 在2011年中国的输液使用了多达100亿多瓶液体这意味着13亿个人中的每一个人平均需要输送八瓶之多的液体中国的年人均输液量8瓶 比2 6 3 4瓶的国际平均水平要高出许多几乎就是2倍以上的数量 基数很大而如今数字还在上升 相对病症的不同以及患者之间不一样的体质差异 在药物的选择上是需要相同的输送速率和输送量的 输液速度手动由护士根据经验来调整 使滴灌流量的控制是不够准确的 在输液过程中需要不断的去对每一个点滴输液的病房进行巡逻 医护人员和病人陪护人员工作量较大 不利于病房的综合管理 可能有部分的患者不便与外界反复进行大量的接触 有时候会因为疏忽发生意外 总体构思 设计为一套拥有控制输液速度 实时显示液体滴速 可以远程监控调节 发出报警提示等功能的智能输液系统 系统由一个主站与多个从站连接构成 从站可以依附在我国现有标准化的输液装置上使用电机来对滴速进行控制以及发出声光报警等 主站可接收报警提示同时可远程控制从站滴速 系统是基于51单片机搭建的 从站通过光敏电阻并使用数字AD转换保证精度来对液滴进行采样 可以得到当前滴速显示还能通过人工手动选择相应滴速来让单片机智能精准的驱动电机通过按压输液管从而达到对于流速控制的 对于异常状况可以发出相应的提示报警或停止输送液体等功能 主站则使用12864显示模块对当前的每个从站状态做出显示 使用高亮LED以及蜂鸣器进行突发警报提示 通过一根总线与多个从站的单片机进行串口通讯 并可以进行远程的控制 从而构成一个智能输液的监控网络 硬件设计构思 系统由STC12C5A作为主控模块的MCU对从站整体的系统进行主要的控制管理 主站则使用STC89C52主要负责通讯以及显示报警提示等远程控制 主站与从站这两类设备都拥有各类的功能按键可以人为的控制锁死 松开和加减滴速的调速控制 主从两站都拥有蜂鸣器和强光高亮LED来进行声光报警或提示 在主站屏幕上使用LCD12864来进行显示 从站方面的显示则使用数码管来进行完成 从站控制流速原理是通过调控步进电机从而来驱动传动结构来对输液管的横截面积 当输液管内壁的横截面积变小或则是变大的时候 内部流动的液体也同样会降低或增加使用这个原来来控制从而达到对实际的液滴速度的调节 并在调节的过程将对液滴进行不间断的检测实时的测量出变化的量 同时对于电机也会通过反馈回来的信息量来做到更加精准的调整 在软件算法方面使用模糊算法 并配合反馈而来的信号处理后达成闭环的控制滴速控制 系统使用过程如下 当准备好输液器给病人扎针之后 进行从站设备的加装分别为 采样模块的传感器 和输液管安放到固定的位置开启电源 然后开启电源 首先从站的主控模块会控制驱动模块控制电机对输液管进行锁死 从站显示出当前的滴速与设定值都为零 然后人工就可以按照自己的意愿进行设定值的调动通过按键 从而控制滴速 滴速控制仿真示意图介绍 在图的上方为开关和整体系统正常工作指示灯 向下一段为相应加减的按键以及锁死和全开的开关 之后是单片机最小系统和左侧的电机驱动的以及右侧的蜂鸣器和高亮LED提示二极管 紧接着是左下角为信号模拟采样部分 右下角是显示模块 四个数码管 整体的仿真器件都是在上文描述的相应硬件结构 基本完全一致为了方便观察我在最左边的LED为当有滴速或者脉冲时的参考量来确定是否产生了脉冲 具体仿真 采样 首先采样部分模拟的仿真是使用555多稳态脉冲电路来进行 555多稳态脉冲电路可以发出频率可变的方波信号 所以可以用它来模拟输液管采样部分得过来的信号 在一定时间内555产生的方波信号进入STC12C5A60S2的12号引脚 这个时候单片机内部程序进行处理然后通过控制寄存器端的单片机引脚的8个P2引脚来控制数码管显示出当前滴速应该是多少 具体仿真 设定 设定值的显示直接通过在从站上的按键来进行调控 之后使单片机的P1 4与P1 5引脚变为低电平时 会触发在单片机内的相应程序 让其在控制寄存器的8个P2引脚进行高低电平的变化让连接寄存器的数码管进行来作为设定值的加减变化显示 滴速设定部分仿真演示图5 3 具体仿真 调节 在P2引脚连接控制电机的电机驱动的及其相应的引脚 并且连接电机进行转动从而控制按压输液管 造成输液管内壁液体导通量产生变化从而达到控制滴速的目的 当设定值发生变化时 单片机内部通过判断是加快了滴速还是降低了滴速后 单片机的xx引脚的电平进行变化而驱动模块同样会做出相应的控制电机的电平信号 电机产生了相应的方向和一定量的角度变化 电机运动对比图 具体仿真 锁死功能 当按压锁死按键的时候 单片机P1 6引脚会出现一个低电平 此时单片机的内部程序执行相应的操作 改变单片机P1 6引脚的高低电平变化对电机驱动进行控制 最终电机则向锁死方向进行一定量的大幅度转动 设逆时针为加紧输液管方向转动 具体仿真 全开功能 当按动全开按键的时候 执行操作与锁死基本相同 在转动方向上相反 顺时针转动360度来模拟现实电机的转动 从而改变对输液管的按压变为全开 具体仿真 报警功能 当我将图中连接555信号线上的信号开关断开的时候来当作模拟输液管内没有了液滴 或者是输液异常等这类的情况 这个时候显示数码管方面会首先显示当前的滴速为零 具体仿真 报警功能 之后高亮的led发光二极管开始发光 从而提示说明情况异常 蜂鸣器同样也进行蜂鸣报警让周边的人听到 由图电路可以看到蜂鸣器端流过了通过三极管端放大的电流进行了产生鸣叫 特别说明 由于是软件仿真 显示效果与实际情况略有差距 例如软件仿真时的单片机无法足够快的处理动态显示部分因为是动态扫描的程序设计 所以显示数码管为动态的 如果换做现实人肉眼是无法识别快速闪烁的显示 以上是整体对于滴速控制和显示 以及采样信号的模拟等相应模块的模拟仿真实际结果与测试 我尽快能的使用和选择了与现实情况特征相似的器件和设备从而选择和使用 因为毕竟是仿真与现实相比还是有所差距和不同希望老师能通过我以上的仿真演示可以理解我的构思与设计 并且能够给予我现实系统可行性的肯定 红色代表高电平 蓝色代表低电平 谢谢大家 特别感谢那些帮助过我们的老师和朋友们 希望老师能给我些