课程设计-基于单片机的医用点滴余液液位监测报警系统

课程设计 基于单片机的医用点滴余液液位监测报警系统 课程设计说明书课程设计说明书 目目 录录 1 1 前言前言.1 1 2 2 总体方案设计总体方案设计.2 2 2.12.1 方案论证方案论证.2 2.22.2 方案选择方案选择.3 3 3 单元模块设计单元模块设计 .4 4 3.13.1 监测模块监测模块.4 3.23.2 单片机模块单片机模块.4 3.33.3 LEDLED 信息显示模块信息显示模块.6 3.43.4 控制输入模块控制输入模块.7 3.53.5 报警模块报警模块.7 4 4 软件设计软件设计.9 9 5 5 系统调试系统调试.1010 6 6 结论结论 .1111 7 7 总结和体会总结和体会 .1212 8 8 参考文献参考文献 .1313 附录附录 1 1：附图：附图 .1414 1.11.1 原理图原理图.1414 1.21.2 电路电路 PCBPCB 板图板图.1515 1.31.3 软件代码软件代码.1616 附录附录 2 2：相关设计软件：相关设计软件 .1818 1 1 1 前言前言 随着社会的发展，随着科技的进步。运来越多的地方需要用到一些高科技 设备来为人们服务。 目前医院普遍使用的是人工监控点滴输液装置器，将液体容器挂在一定高 度，利用势差将液体输入病人体内，用软管夹对软管夹紧和放松控制滴速， 药物的有无将威胁病人的生命安全，为此 医护人员要不定时的观察药物的情 况，本设计根据需要设定液位控制高度，同时具备报警、高度显示等功能， 使用了红外对射传感器，使其具有与液面不接触的特点，可用于有毒、腐蚀 性液体液位的控制，简单、方便、安全、具有较高的使用价值。如何使这种 手工操作走向自动化或半自动化，让护理人员监控病人打点滴的进程时间得到 充分利用，这就要求医疗器械加速自动化与半自动化进程，提高医护质量。 本文介绍了一种操作方便、显示直观、可集中控制、具有报警功能的智 能型液体点滴速度监控系统。该系统可让医护人员在控制室 监控不同受液者 的输液状况，也可以直接到输液室直接改变输液状态，了解病人的输液进程， 及时通知处理将快完成的输液。 2 2 2 总体方案设计总体方案设计 本次设计思想主要是想借助单片机，对 医疗点滴输液加以半自动化的控 制。首先通过液位传感器检测信号，然后将检测到的信号送给单片机进行处理， 通过数码管和报警装置，将床位信息显示在监控室，然后由护理人员对具体情 况进行处理。 2.12.1 方案论证方案论证 设计中采用了两个方案，具体的方案见方案一和方案二。 方案一 ：如图 2.1 所示系统上电工作后，用户首先通过键盘设定温度 的初值，单片机系统将用户设置的 “警戒值”保存地址空间中。安装于被 监测对象上的超声液位传感器，将实时监测数据经A/D 转换，送入单片机 连接 I/O 口。单片机进入主程序后，开始以查询的方式检测转换的数据，并 将相应的数值通过数码管显示输出。当检测的液位小于设置的初值时，单片 机将控制报警系统响起，以提醒医护人员。 3 超超声声波波传传感感器器 A/D转转换换 报报警警装装置置 单单片片机机控控 制制系系统统 LED显示 键盘输入 LED显显示示 键键盘盘输输入入 图 2.1 液位监测报警系统方案一框图 方案二：如图 2.2 所示系统结构框图， 本方案仍以微型单片机为控制 核心，由检测模块、信息处理模块 、LED 信息显示模块、控制输入模块 和 报警模块五大部分组成。整个系统工作 前，先将传感器装于点滴瓶 “警戒” 液位水平处。 单片机启动 ，开始监测工作。当液位低于警戒液位时，传感 器将输出一低电平，送入 P1.0 口（一张床位对应一个口，本设计只取一张 床位模拟） ，然后由单片机内部的程序，对信息进行处理，将病床号显示到 LED 上，同时报警启动，提醒医护人员。当由控制输入后，表示医护人员已 经去对事件进行处理。系统将复位，等待其他的床位监测信息。 红红外外对对射射型型传传感感器器 报报警警装装置置 单单片片机机处处 理理系系统统 LED显示 键盘输入 LED显显示示 控控制制输输入入 图 2.2 液位监测报警系统方案二框图 4 2.22.2 方案方案选择选择 方案一与方案二有很多相似之处，两个设计都运用到了单片机，用到了传 感器，运用了 LED 显示管，而且在功能方面都很相似。但综合分析：超声波 传感器较红外传感器要贵得多，而且方案一还需要 A/D 转换，成本就更高。 而且应用对象为点滴瓶，采用方案一，安装不方便，而且超声波传感器在这种 应用下存在盲区，且对不同的大小的点滴瓶都要重新设定参数。对于方案二而 言，成本低，最重要的是安装上方便，医护人员可根据点滴瓶的大小，在安装 时进行调整。因此，从设计和经济的角度讲，我们组采用了方案二。 5 3 3 单元模块设计单元模块设计 本课程设计主要 由监测模块、信息处理模块（单片机模块） 、LED 信息显 示模块、控制输入模块和报警模块五大部分组成。其中最核心部分的部分是 信息处理模块和检测模块。 3.13.1 监测模块监测模块 本模块采用的是红外对射型余液液位传感器。发光二极管和光敏二极 管分别安装于 “警戒”液位（由医护人员根据实际情况设定）两侧，处 于对射状态。在高位警戒液位时， LM339 的反向输入端即 3 端口输入高 电平，此时 5 端口输出高电平，即送入单片机的P1.0 口。当低于警戒 液位时，光敏二极管导通， 3 端则输入低电平， 5 端随之也取反，然后 送入单片机处理，已发出报警。其原理图如图3.1： 6 图 3.1 红外对射型液位传感器原理图 3.23.2 单片机模块单片机模块 3.2.13.2.1 AT89C52AT89C52 概述概述 AT89C52 是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能CMOS 8 位单片机， 片内含 8kbytes 的可反复擦写的 只读程序存储器（PEROM ）和 256 bytes 的随机取数据存储器（RAM )，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性 存储技术生产，与标准 MCS 一 51 指令系统及 8052 产品引脚兼容，片内置 通用 8 位中央处理器（CPU）和 Flash 存储单元，功能强大 AT89C52 单片机适应于许多高性价比的应用场合。 7 图 3.3 AT89C52 引脚 3.2.23.2.2 AT89C52AT89C52 主要性能参数主要性能参数 与 Mcs 一 51 产品指令系统和引脚完全兼容 8k 字节可重擦写 Flash 闪速存储器 1000 次擦写周期 全静态操作：OHz 一 24MHz 三级加密程序存储器 128X8 字节内部 RAM 32 个可编程 I / O 口线 3 个 16 位定时计数器 8 个中断源 可编程串行 UART 通道 低功耗空闲和掉电模式 8 3.2.33.2.3 AT89C52AT89C52 功能特性概述功能特性概述 AT89C52 提供以下标准功能：8k 字节 Flash 闪速存储器，256 字节内部 RAM ，32 个 I / O 口线，3 个 16 位定时计数器，一个 6 向量两级中 断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时， AT89C52 可降至 OHz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作 模式。空闲方式停止 CPU 的工作，但允许 RAM ，定时计数器，串行 通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 RAM 中的内容，但振荡器停 止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 3.33.3 LEDLED 信息显示信息显示模块模块 本设计选用 4 位共阳极数码管作为显示模块。数码管的 A、B、C、D、E、F、G 和 DP 分别与单片机的 P2.0P2.7 相连。而 四位数码管的位则通过 74HC138 译码器来选通。 74HC138 是一个 3-8 译码器。 74HC138 的 A、B、C 与单片机的 P1.5、P1.6、P1.7 相连通， 我们可以通过程序控制 P1.5、P1.6、P1.7 的输出进而控制 3-8 译码 器的输出，从而达到选位的目的。本次课程设计中的四位数码管与单 片机的连接电路如图 3.3，其选通情况如表 33： 9 图 3.2 LED 信息显示模块电路图 表 33：数码管选位情况表 P1.7 P1.6 P1.5C B A 选位情况 0 0 00 0 0 Y0 输出高电平即第 1 位被选中 0 0 10 0 1 Y1 输出高电平即第 2 位被选中 0 1 00 1 0 Y2 输出高电平即第 3 位被选中 0 1 10 1 1 Y3 输出高电平即第 4 位被选中 3.43.4 控制输入控制输入模块模块 本模块有 2 个独立按键，一个是复位按键，另一个为解除报警按键，接 在 P3.0 口。具体接线图如图 3.4： 10 图 3.4 按键与单片机硬件接口电路 3.53.5 报警模块报警模块 此次课程设计中为了达到低于 “设定”液位后报警且显示对应床号的目 的。我们的主要思想是：当 1 号床位的点滴低于“设定”液位，由红外液位 传感器输出的低电平，送入单片机的 P1.0 口（四张床位的检测信号分别对应 P1.0、 P1.1 、P1.2、 P1.3） ，然后由单片机的内部加以处理，由 P2 口、 P1 口的高三位、74LS138 译码器等作用，在 LED 上显示出对应的床位。同时 在 P3.7 口的作用下，报警器响起。如果按下 P3.0 口外接的按钮，则报警停 止，显示也熄灭，表示已有医护人员对信息进行处理。其报警电路如图 3.6。 11 图 3.4 报警电路 4 4 软件设计软件设计 软件设计主要分为初始化程序、存储单元和中断设置初始化，主程序（内 嵌报警程序） 、报警中断子程序、中断服务子程序（显示程序）、延迟子程序。 12 先对要用到的存储单元， I/O 口，寄存器进行相应的设置，然后主程序对四个 端口 P1.0、P1.1、P1.2、P1.3 进行循环检测，当检测到有效信号时，则对相 应存储单元赋值，然后继续其他端口检测，定时时间到时，对四个存储单元内 的数据进行输出显示，报警也响起；当主程序检测到 P3.0 为高电平时，则终 止报警，同时存储单元再次初始化，继续循环检测，重复相同 “动作” 。程序 流程图如图 4.1。 . 程程序序、存存储储单单 元元、中中断断设设置置初初 始始化化 主主程程序序（包包含含报报 警警程程序序） 中中断断服服务务子子程程序序 （显显示示程程序序） 延延迟迟子子程程序序 结结束束 报报警警中中断断子子程程序序 图 4.1 程序流程图 5 5 系统调试系统调试 本次设计在系统硬件调试方面，初期在老师的指导下，没遇到什么 困难。困难主要出现在后期，与软件合成后调试时，发现传感器信号输出方面 13 无变北京：国防工业出版社， 1998. 14 附录附录 1 1：附图：附图 1.11.1 原理图原理图 注明：注明：1、四位数码管分别对应四张床位 2、原理图左边四个按钮用来模拟四个液位传感器 15 1.21.2 电路电路 PCBPCB 板图板图 16 1.3 软件代码软件代码 ORG 0000H AJMP START ORG 000BH ;INT0 LJMP TIMER ORG 0030H START: MOV SP, #75H MOV R1, #6CH MOV R3, #8FH MOV P2, #0FFH MOV DPTR, #LEDTAB MOV P3, #0 MOV TMOD,#01H MOV TL0, #0F0H MOV TH0, #0EFH SETB EA SETB ET0 SETB TR0 MOV 6CH, #5 MOV 6DH, #5 MOV 6EH, #5 MOV 6FH, #5 ;= MAIN: JB P0.0, BED2 SETB P3.7 MOV 6CH, #1 BED2: JB P0.2, BED3 SETB P3.7 MOV 6DH, #2 BED3: JB P0.4, BED4 SETB P3.7 MOV 6EH, #3 BED4: JB P0.6, HERE SETB P3.7 MOV 6FH, #4 ;= HERE: JNB P3.7, NEXT CPL P3.7 JB P3.0, STOP CPL P3.7 NEXT: SJMP MAIN ;= 17 STOP: CLR P3.7 CLR P3.7 CLR P3.7 CLR P3.7 MOV 6CH, #5 MOV 6DH, #5 MOV 6EH, #5 MOV 6FH, #5 JMP MAIN ;= TIMER:MOV TL0, #0F0H MOV TH0, #0EFH MOV A, R1 MOVC A, A+DPTR MOV P1, R3 MOV P2, A MOV A, R3 ADD A