输液泵的设计及仿真【电控制】【三维SW】【7张CAD图纸】
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- 内容简介：
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I宁学院毕业设计(论文)输液泵的设计【电控制】所在学院专业班级姓名学号指导老师年月日II摘要输液泵用于医疗，注塑行业，由注射器、控制系统和管道输送装置，根据生产任务，根据实际情况的变化和生产环境和调整，适用于医疗服务高端精密塑料件的生产。但在实际生产中是一个很好的解决无流量脉动，刚性和泵设计适应现代生产的要求。输液泵按结构。输液泵的特点是稳定的流量、压力脉动小、自吸能力，噪音低，效率高，运行可靠，使用寿命长等优点；其显著的是传输介质，无涡流粘度不平均敏感，可用于输送高粘度介质。本设计是根据设计参数对输液泵的设计，结构设计，主要包括齿轮箱和参数的确定，并检查投影图，利用泵的结构设计，绘制装配图和零件图，控制轴的强度。关键词：输液泵，结构设计，齿轮IAbstractInfusionpumpusedinmedical,injectionmoldingindustry,bythesyringe,controlsystemandpipelinetransportationdevice,accordingtotheproductiontask,accordingtotheactualsituationofchangeandtheproductionenvironmentandadjustment,suitableforhigh-endmedicalservicesofprecisionplasticpartsproduction.Butinactualproductionisagoodsolutiontotheflowpulsation,therigidityandthepumpisdesignedtoadapttomodernproductionrequirements.Accordingtothestructureofinfusionpump.Thecharacteristicsofpumpflow,pressurepulsation,stablesmallselfabsorptioncapacity,lownoise,highefficiency,reliableoperation,longlifeandotheradvantages;thesignificantisthetransmissionmedium,noeddyviscositydoesnotmeansensitivity,andcanbeusedforthetransportofhighviscositymedium.Thisdesignisthedesignofthestructureaccordingtothedesign,thedesignparametersofthepump,todeterminethemaingearboxandparameters,andcheckthemapprojection,thestructuredesignofthepump,assemblydrawingandparts,controlthestrengthoftheshaft.Keywords:structuraldesign,infusionpump,gearII目录摘要.IIABSTRACT.I第 1 章 绪论.11.1 输液泵概念.11.2 输液泵特点.21.3 课题的研究意义.21.3.1 智能型医用输液设备的系统结构.31.3.2 输液泵的工作原理.31.4现有输液泵的比较分析.4第 2 章 输液泵装置的设计方案.72.1 设计方案.72.2 方案的具体设计思路过程.8第 3 章 输液泵的结构设计.103.1 电机的选型.103.2 整体设计思路.103.2.1 转轮设计.133.2.2 上盖设计.173.2.3 传动齿轮设计.173.2.4 壳体的设计.213.3 本章小结.22第 4 章 输液泵电控设计.244.1 总体方案论证.244.2 方案比较.24第 5 章 硬件系统设计.285.1 总体硬件设计.285.2 AT89C51 单片机管脚特性及相应参数.285.3 传感器控制检测.315.4 步进电机控制电路.32III5.5 滴数换算方法.335.6 键盘和显示部分.345.7 与上位机的通信.365.8 初始化模块.385.9 步进电机控制.39总 结.46参考文献.47致 谢.481第第 1 章章 绪论绪论1.1 输液泵概念输液泵概念输液泵通常是机械或电子的控制装置，它通过作用于输液导管达到控制输液速度的目的。常用于需要严格控制输液量和药量的情况，如在应用升压药物，抗心律失常药药物，婴幼儿静脉输液或静脉麻醉时。以下结合临床实际应用来谈谈输液泵的日常操作、维护及保存应该注意的问题。静脉输液是临床治疗中常用的一种给药方式。根据药物性质、患者体质的不同，静脉输液速度也不同。输液过快、过慢均难以达到预期的治疗效果，甚至影响护理安全。目前，临床上广泛应用的普通输液器主要依靠液位差压力向受体输入液体，依靠护理人员肉眼观察、手调轮夹控制输液速度。普通输液器缺少阻塞报警、气泡报警、液体输毕报警等功能，增加了临床护理负担；而且液瓶易导入外界空气污染液体。输液泵输液泵是一种能够准确控制输液滴数或输液流速，保证药物能够速度均匀，药量准确并且安全地进入病人体内发挥作用的一种仪器，同时是一种智能化的输液装置，输液速度不受人体背压和操作者影响，输注准确可靠，有助于降低临床护理工作强度，提高输注的准确性、安全性以及护理质量。输液泵的产品型号多样，性能各异。按其工作特点可分为蠕动控制式输液泵，定容控制式输液泵及针筒微量注射式输液泵三类。输液泵系统主要由微机系统、泵装置、监测装置、报警装置和输入及显示装置组成。输液泵系统微机系统是整个系统的“大脑”,对整个系统进行智能控制和管理,并对检测信号进行处理,一般采用单片机系统。如输液泵采用的是高度集成的 32 位 ARMCPU 系统对输液过程实施全面控制,且采用双 CPU 工作,确保了系统的安全。泵装置是整个系统的“心脏”,是输送液体的动力源医用输液泵一般采用的是指状蠕动泵作为动力源。指状蠕动泵是利用滚轮转动,使输液泵管路一定部位受到挤压,产生蠕动,从而推动液体向前流动。指状蠕动泵具有体积小,重量轻,定量准确2及输液管装卸方便等特点,使用最为广泛。这种泵有一根凸轮轴,凸轮轴上有多个凸轮,这些凸轮的运动规律相差一定的角度,每个凸轮与一个指状滑块相连。工作时,由步进电机带动凸轮轴转动,使滑块按照一定顺序和运动规律上下往复运动,像波一样依次挤压静脉输液管,使输液管中的液体以一定的速度定向流动。指状蠕动泵比较精确,可大范围控制输液总量和输液速度;当“手指”的数目超过 8 个时(一般为 12 个),泵的线性度良好,输液时不易产生脉动,使输液泵具有安全性和稳定性监测装置主要有多种传感器组成,输液泵配有红外滴数传感器、压力式传感器和超声波气泡传感器等,它们分别用于液体流速和流量、堵塞压力及漏液和气泡的检测。报警系统是传感器感应到的信号经微机处理后,得出报警控制信号,再由报警装置响应,引起人们的注意,同时进行正确的处理。具有光电报警和声音报警功能,对输液过程中出现断电、泵门未关、低温、输液完成、电池欠压、管路阻塞和管路中出现气泡等异常情况进行报警。输入及显示装置的输入部分负责设定输液的各个参数,如输液量和输液速度等。显示部分负责显示各参数和当前的工作状态等。1.2 输液泵特点输液泵特点输液泵能实现以下功能特点：(l)可精确测量和控制输液速度；(2)可精确测定和控制输液量；(3)能对气泡、空液、漏液和输液管阻塞等异常情况进行报替，并自动切断输液通路；(4)彩色 OLED 显示；(5)实现智能控制输液。产品功能涵盖了市场上流行的很多产品的基本功能，具有一定的潜在市场价值。技术应用范围：纵观现在的人缺乏运动抵抗力差容易生病，医院里.(查看更多)经常可以看到人山人海的打点滴，现在也有好多病人因为特殊的病症需要慢慢的按一定的时速打点滴，如果光靠护士盯着，这样的话，护士的工作量很大，容易产生人为地误差，所以需要一种通电就可以按照护士的意愿运行和控制打点滴时速和时间的医疗仪器。生物制药研制方面和化工方面，比如有些液体药物原料要按严格的比例来配置，现在最常见的是试管滴管配置的，这种通过人眼来配置的方式弊端很多，误差很大，对药物的成份比例都很难把握，所以需要一种可以精确测量输出液体的仪器.1.3 课题的研究意义课题的研究意义在输液过程中，需要一种不利用药液位差原理进行输液的便于随身携带的设备，其输液量和输液速度都可以精确控制，而且能够对输液过程的安全性进行自动监测并报警，以减轻护理工作的强度，更好的达到治疗效果。设计一种便于随身携带，在家庭、野外、战争及紧急救护等条件下输液时能够方便使3用，可以精确控制输液量和输液速度，并能够进行气泡检测，输液完成检测，保证输液过程的安全性和可靠性。1.3.1 智能型医用输液设备的系统结构智能型医用输液设备的系统结构智能型用输液设备主要由以下几个部分组成，如图 1-1 所示。图 1-1 输液系统结构Fig.1-1Structureofintelligentmedicaltransfusionsystem（1）控制系统是整个设备的“大脑” ，对整个设备进行智能控制和管理，并对检测信号进行处理，一般采用单片机系统；（2）泵装置是整个系统的“心脏” ，是输送液体的动力源，目前有很多种泵装置，后文将对其原理和应用详细说明；（3）检测装置主要是各种传感器，如红外滴数传感器(负责对液体流速和流量的检测)、压力传感器(负责堵塞及漏液的检测)和超声波传感器(负责对气泡的检测)等，它们可产生相关的检测信号，这些信号经过放大处理后，送入控制系统进行信号处理，并得出控制指令，然后进行相应的控制操作；（4）报警装置检测装置产生的信号经控制系统处理后，得出报警控制信号，再由报警装置响应，引起人们的注意，同时进行正确的操作。主要有光电报警(发光二极管)和声音报警(扬声器和蜂鸣器)等；（5）输入及显示装置输入部分负责设定输液设备的运行参数，如输液量和输液速度等；显示部分负责显示各参数和当前的工作状态等，多采用 LED 数码管显示和 LCD 液晶显示。1.3.2 输液泵的工作原理输液泵的工作原理以蠕动泵为例，介绍输液泵的工作原理，如图 1-2 所示，输液管被挤压在一系列均匀间隔的挤压轮和压板之间，对压板施加一定的压力，保证输液管完全被挤压住，这样在两个相邻挤压轮的挤压点之间就形成了一个密封的空间，输液泵运行时，4中心轮带动挤压轮转动，由于挤压轮的作用，这一密封空间的空气被推动到输液管的出口，这样就在输液管的入口处形成一部分真空区，因此药液在大气压力的作用下进入到输液管内，直至充满整个输液管，并以一定的速度流动。在输液管内径一定的情况下，液体流动速度主要与中心轮的转动速度有关。图 1-2 输液泵工作原理图Fig.1-2Workingprinciplefigureoftransfusionpump1.4现有输液泵的比较分析现有输液泵的比较分析通过第一章的简单介绍，我们知道常见的能够精确控制输液量和输液速度的医用输液泵主要有：指状蠕动泵和盘状蠕动泵，这两种输液泵都有各自的应用范围和特点，如表 1-1 所示。表 1-1 常见医用输液泵的特点Table2-1Characterofcommonmedicaltransfusionpumps对比之后可以看到，在静脉输液应用中，指状蠕动泵在精度等方面都优于盘状蠕动泵，但是它仍然存在以下一些缺点：（1）凸轮轴的设计和加工均比较困难；（2）结构仍然比较复杂，为了减少脉动而增多滑块将使泵的体积变大；（3）指状蠕动泵是通过滑块运动径向垂直挤压输液管来进行液的，实验表明，径向垂直挤压输液管的输液效果不如轴向滚动挤压的效果好；（4）稳定性较差，由于凸轮轴在运行时会发生弯曲变形，使滑块不能完全压紧输液管，导致药液自由流动，不能精确控制输液量和输液速度；5（5）由于指状蠕动泵的滑块是径向垂直挤压输液管，当滑块抬起时，输液管恢复变形后会形成瞬时真空，导致药液回流，影响控制精度。而目前在医用输液泵中实际应用最多的盘状蠕动泵虽然是通过挤压轮轴向滚动挤压输液管，其挤压效果较为理想，但是线性度较低，脉动较大，对人体会产生不良影响。另外，目前应用上面两种输液泵生产的智能输液系统，体积都比较大，质量也较重（3-5kg） ，不便于随身携带，需平台放置，而且价格昂贵，不适合普遍推广使用。综上所述，需要研制出一种新型的输液泵装置，适用于普遍使用的一次性输液管，能有效地提高液流线性度，减小脉动，而且体积小，重量轻，结构简单，操作容易，安装输液管也很容易。输液泵装置的种类很多，类型也多种多样，由于医用输液泵需要精确控制液体的输液量和输液速度，有些类型的泵很难做到这一点，而且考虑到输液管要安装方便，药液不能污染等因素，因此用得最多的主要有以下两种：（1）指状蠕动泵又称线性蠕动泵，这种输液泵有一根由多个凸轮组成的凸轮轴，这些凸轮间隔一定的距离，轴线上相差一定的角度，每个凸轮与一个“手指”（即滑块）相连。工作时，凸轮轴转动，带动滑块按照一定顺序和运动规律上下往复运动，像波浪一样依次挤压输液管，使输液管中的液体以一定的速度定向流动，如图 1-3 所示。图 1-3 指状蠕动泵（2）盘状蠕动泵这种输液泵具有圆弧形内周面的泵壳和一个中心轮，中心轮的边缘对称分布安装着一定数量的可转动的挤压轮，输液管被压在挤压轮和泵壳的圆弧形内周面之间。工作时，中心轮转动，带动其周围的挤压轮转动，挤压轮连续挤压输液管，使液体以一定的方向流动，如图 1-4 所示。6图 1-4 盘状蠕动泵7第第 2 章章 输液泵装置的设计方案输液泵装置的设计方案2.1 设计方案设计方案要适用普遍使用的一次性输液管及软袋包装容器，而且应保证输液时液流线性度好，脉动小，其结构有利于保证输液量和输液速度的精度，泵装置体积小、重量轻、结构简单，操作容易，安装输液管方便。因此，根据上述要求，新型输液泵仍采用蠕动泵的工作原理，利用挤压输液管的方法进行输液。由于轴向滚动挤压输液管方式的输液效果好，新型输液泵将选用盘状蠕动泵的结构形式，但这种结构脉动较大，线性度较差。若要减小脉动，应减小挤压轮的尺寸或增加挤压轮的数量。减小挤压轮尺寸虽然能减小脉动，但挤压轮本身是一个元件，其尺寸不能过小，否则不易安装在中心轮上，由于受到挤压轮尺寸的限制，脉动的改善效果仍不明显；而增加挤压轮的数量无疑会增加输液泵的尺寸，不能满足输液泵体积小的设计要求。为了达到减小脉动的目的，可以考虑去掉挤压轮，将中心轮直接设计成带有压头的转轮形状，如图 2-1 所示，由于压头的尺寸 B 可以小很多，这样可以明显地改善液流的线性度，有效的减小脉动，另外中心轮的尺寸也可以相应减小，从而使输液泵的体积减小，满足设计需要。为了精确控制输液量和输液速度，需要将压头完全挤压住输液管，使药液不能自由流动，这样才能保证输液量和输液速度只与转轮的转角和转速有关。因此，为了在任何时刻都有压头能够完全挤压住输液管，输液泵设计采用由多8个转轮组成的转轮组结构。2.2 方案的具体设计思路过程方案的具体设计思路过程本方案依据蠕动泵的工作原理，利用带有压头的转轮挤压输液管进行输液，取代了传统的位差方式输液方法，输液设备便于携带；采用轴向滚动挤压方式挤压输液管，输液效果理想；输液过程无需与药液接触，适用于普遍使用的一次性输液管。用压头代替挤压轮，将中心轮设计成尺寸较小的转轮，可以有效地减小脉动，改善液流的线性度，减小输液泵体积。例如某盘状蠕动泵的中心轮直径为 2D，挤压轮数量为 6 个，如图 2-2 所示，现在改为带有压头的转轮结构，假设转轮的直径减小一倍，为D，如果压头的尺寸 b 等于挤压轮直径d的一半且尺寸 c 也同时减半，则虽然转轮直径减半，但转轮的压头数量仍为 6 个，但实际上压头的尺寸 b 比挤压轮直径小得多，尺寸 c 也可以更小，因此压头的数量将多于 6 个，这样，既减小了压头的尺寸，又增加了压头的数量，而且转轮的尺寸也大大减小，从而有效地减小了脉动，提高了液流的线性度，输液泵体积也减小许多。图 2-2 中心轮和转轮尺寸图Fig.2-2Sizemapofcenterdishandrotarydish为了使输液泵结构能保证精确控制输液量和输液速度，需采取用多个转轮组成转轮组的方法，这是因为虽然理论上使用一个转轮就能够有效地减小脉动，而且体积小，但实际上一旦压板的内表面与转轮定位不准，产生偏心的话，就使得输液管不能被完全压紧，药液就能自由流动，或者输液管只在某一位置被一两个压头完全压紧，则单位时间内发生脉动的次数就会减少，脉动频率减小，液流线性度降低。因此应增加转轮的数量确保在任何时刻输液管都能被完全挤压住，从而能够精确控制输液量和输液速度，但转轮数量增加会导致输液泵体积增大，因此三个转轮组成转轮组比较合适。9从体积来看，由于转轮直径是中心轮直径的一半，需四个转轮所占空间才与原来中心轮所占空间相等，因此三个转轮并排放置所占的空间略小于原来的中心轮所占空间。如果保持原来的中心轮尺寸为 2D不变，直接将它设计成带有压头的大转轮，尺寸 b 与尺寸 c 同上例，这时该转轮的压头数量为 16 个，能同时挤压输液管的压头数量为 8-9 个，与上例的小转轮组相比虽然能更好的改善脉动现象，但是由于接触点较多，摩擦力也相对增大，设每个压头受到的摩擦力为F，则大转轮所受的最大摩擦力为 9F，小转轮组的为 7F，而转动半径也为 2 倍关系，所以大转轮所受的转矩要大于小转轮组的转矩和，约为 2.6 倍，对于提供动力的步进电机来说，加在其上的有效负载转矩也要增大，从而在选择步进电机时，需要选择性能参数更高的产品，则步进电机的体积、重量和价格都会增加，这就会增加整套系统的体积和重量和价格，不符合便携式设计要求。综上所述，用转轮组取代中心轮的设计方案，从减小脉动的效果和整个泵装置体积来看，都可以满足设计要求。该方案可行。10第第 3 章章 输液泵的结构设计输液泵的结构设计3.1 电机的选型电机的选型假设主轴从到/s所需时间为:则： 00w0w1ts 01111.2230.25115.61wwTJwJN mt若考虑各部分重心轴的转动惯量及摩擦力矩，则旋转开始时的启动转矩可假定为120N m电动机的功率可按下式估算（3-4）LPLPmPM)5 . 25 . 1 (式中：电动机功率；mPW负载力矩；LPMmN 负载转速；LPsrad /传动装置的效率，初步估算取0.9；系数1.52.5为经验数据，取1.5120 3.821.50.9mP764N m估算后就可选取电机，使其额定功率满足下式mPrP（3-5）rPmP选择QZD-08串励直流电动机表3-1QZD-08串励直流电动机技术数据功率（W）额定电压（V）额定电流（A）额定转速（r/min）滤磁方式绝缘等级工作制（min）8002446.21750串励B603.2 整体设计思路整体设计思路1112由于轴向滚动挤压输液管方式的输液效果好，新型输液泵将选用盘状蠕动泵的结构形式，但这种结构脉动较大，线性度较差。若要减小脉动，应减小挤压轮的尺寸或增加挤压轮的数量。减小挤压轮尺寸虽然能减小脉动，但挤压轮本身是一个元件，其尺寸不能过小，否则不易安装在中心轮上，由于受到挤压轮尺寸的限制，脉动的改善效果仍不明显；而增加挤压轮的数量无疑会增加输液泵的尺寸，不能满足输液泵体积小的设计要求。根据上述方案，考虑到泵装置的体积及传动方式，决定用三个转轮并排放置构成转轮组来挤压输液管，使药液流动。转轮组的工作轨迹为两个四分之一圆弧与中间一段直线段，因此输液泵的压盖内侧应符合转轮组的尺寸及相互位置，压盖与壳体的定位应精准，安装和固定也要简单方便，容易操作。由于齿轮传动的主要优点是传动效率高、结构紧凑及传动比稳定，因此传动方式采用齿轮传动，步进电机通过减速齿轮驱动中间的转轮，中间的转轮又通过传动齿轮带动两边的转轮同时同向同角度转动。泵装置整体体积应尽可能小，便于携带。133.2.1 转轮设计输液管的尺寸是外直径为 4mm,内直径为 3mm，当输液管完全被压紧之后的形状的宽度为 6mm，厚度为 1mm，如图所 2-3 示。输液管是采用高分子材料制造的，具有韧性好、强度高、挤压后可恢复变形以及可以随意弯曲等特点，根据输液泵的结构，需要将输液管弯曲 90，但如果输液管的弯曲半径过小，会导致其局部变形，影响药液的流动，如图 2-4 所示。图 2-3 输液管截面示意图Fig.2-3Sketchmapoftransfusionpipesection图 2-4 输液管局部变形Fig.2-4Thedistortionofpartoftransfusionpipe测量数据表明，若将输液管弯曲 90，当其弯曲半径大于会发生局部变形，据此可知转轮的直径最小直径应为 26mm。13mm 时，不当转轮尺寸的变小，其压头数目也随之减少，这是因为，当转轮的尺寸和压头大小一定时，压头数目越多，相邻两个压头的挤压点之间的空隙就越小，若这个空隙过小，将导致输液管始终被完全压紧，使输液泵无法正常输液。而且压头数量过少的话，也不能明显的减小脉动。因此，应合理设计转轮的尺寸、压头大小和压头数量，以保证泵装置符合设计要求。14对于给定的输液管，由于其外径D一定，则作用于该输液管的转轮的相邻两个压头挤压点之间的空间（由 A 和 C 决定）是一定的。当 D 一定时，A 的值应满足 AD，若 AD，则在相邻两个压头挤压点之间的输液管会被转轮的凹处挤压，影响输液效果。输液管的外径为 4mm，则尺寸 A 应满足 A4mm，取 A=4mm。由于输液管有一定的强度和韧性，当压头挤压输液管时，在挤压点两边的管壁也会随之变形，若 C 值过小会导致输液管始终被完全压紧，C 值过大相当于减少了压头的数量，导致脉动增大。因此，若转轮尺寸一定，根据达到最多的压头数量，同时又保证输液管不被始终压紧的原则，可以得到 C 值的最小值。经测量，当相邻两个压头的挤压点距离大于 6mm 时，挤压点之间的输液管最大外径仍为 4mm，即该段输液管的中间部分未受到两边压头挤压的影响，没有发生变形，则尺寸 C 的最小值为 6mm。为避免压头损伤输液管的表面，尺寸 B 值不应过小，其最小值为 3mm 为宜。压头的个数为偶数时，设计起来较为方便，则其个数可取 6、8 和10（4 个较少不易改善脉动现象，12 个较多使尺寸变大） ，由于输液泵的结构为三个转轮并排放置，其两边转轮的工作轨道为四分之一圆弧，因此在此工作轨道内，6 个压头的转轮只有 2 个压头在同时挤压输液管，8 个和 10 个压头的转轮都有 3 个，而8 个压头的转轮虽然有 3 个，但其中两个都处于圆弧面的边缘，为了保证有更多的压头能完全挤压住输液管，经过综合考虑，设计转轮的压头数量为 10 个，使输液泵装置的结构有利于精确控制输液量和输液速度。而通过输液管弯曲半径最小值确定的转轮直径为 26mm，因此转轮的最小直径为 28.7mm，考虑到更好的避免输液管发生局部变形，则适当的增加转轮直径，取 31.2mm（见第 5 章内容）转轮的厚度应不小于输液管被完全挤压后的宽度（6mm） ，取 6mm。由于输液泵是齿轮传动，因此在转轮上应加上齿轮，把转轮和齿轮设计成一体的，通过轴定位到输液泵壳体上，需要注意的是转轮的直径是相对的两个压头顶端的距离，因此要考虑到齿轮的齿顶圆直径不能超过转轮的直径最小处（凹处） 。1516173.2.2 上盖设计根据输液泵的结构，转轮组的工作轨道应为两个四分之一圆弧以及中间一条直线段，则与之相配合的压盖内侧应有具有相同的曲面，为了防止输液管随着转轮的转动而移动，在压盖内侧设计一个 U 型槽，其尺寸应能满足输液管完全被挤压后的宽度（6mm） ，设计 U 型槽尺寸为 75mm。由于压盖通过 U 型槽与转轮组相配合，致使压板只能从垂直于壳体上表面的方向安装和取下，而且压板与壳体的紧固的操作也应以简便为主，能够很容易的安装输液管，据此，将压板与泵壳体的连接与紧固方式设计为一端通过一个卡扣与壳体卡紧，另一端通过一个拧紧旋钮与固定在壳体上的螺栓连接，因此实际操作时，只需将压板垂直于壳体放好，将卡扣卡紧后拧紧旋钮即可，简单方便。3.2.3 传动齿轮设计输液泵装置采用齿轮传动，装置内一共有三种齿轮，分别是和转轮设计成一体的转轮齿轮（三个） 、用于相邻两个转轮传动的齿轮（两个） ，以及步进电机轴上用来驱动中间转轮的齿轮（一个） ，它们均采用渐开线圆柱齿轮的形式。3.2.3.13.2.3.1 齿轮齿轮由于转轮直径为 31.2mm，尺寸 A=4mm，则齿轮的齿顶圆直径不能超过da=31.2-24=23.2mm。按设计计算公式 1 选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数。1）根据传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。2）运输机为一般机器，速度不高，选用 7 级精度3）材料选择由表(10-1)选择小齿轮材料为 40Cr（调质） ，硬度为 280HBS，大齿轮材料为 45 钢（调质） ，硬度为 240HBS，二者硬度差为 40HBS。4）初选小齿轮的齿数，选120Z 240Z 2 按齿面接触强度设计由设计公式（注: :脚标 t 表示试选或试算2131212.32()tHtdHK TZudu值,下同.）（1）确定公式内各计算数值1）试选载荷系数1.3tK 2）计算小齿轮转矩1855411195.5 1095.5 102.24.202 10750PTN mn3）由表 10-7 选取齿宽系数（非对称布置）1.0d 4）由表 10-6 查取材料弹性-影-响-系-数12189.8EaZMp5）由图 10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大lim1600HaMp齿轮的接触疲劳强度lim2550HaMp6）由式 10-13 计算应力循环次数9116060 1460 1 (2 8 300 8)3.364 10hNn jl （j 为齿轮转一圈，同一齿面啮合次数；为工作寿命）8126.469 105.2NN hl7）由图 10-19 取接触疲劳寿命系数120.93,0.96HNHNKK8）计算接触疲劳许用应力取失效概率为 1%，安全系数为 S=1，由式 10-12 得1lim112lim22558528HNHaHNHaKMpSKMpS（2）计算1）试算小齿轮分度圆直径，代入较小值1tdH由计算式得，2131212.32()tHtdHK TZudumm148.51td 2）计算圆周速度113.655760 1000td nmVs3）计算齿轮 b11 48.5148.51dtbdmmmm 4)计算齿宽与齿高比bh模数1148.512.0212524ttdmz齿轮高*(2)2.02125 2.254.5478ahhc mmm19齿高比48.5110.674.5478bh5）计算载荷系数 K根据，7 级精度，由图 10-8 查得动载系数3.98mVs1.12vK 由表 10-2 查得1AK 由表 10-4 用插值法，7 级精度,小齿轮相对轴承为非对称布置查得1.420Hk由查图 10-13 得1.4,10.67Hbkh1.34FK故载荷系数=1.562AVHHKKKKK6）按实际的载荷系数校正所算分度圆直径，由式（10-10a）得31151.57ttkddmmk7）计算模数1151.572.14924dmZ3 按齿根弯曲强度设计由式（10-5）13212FasaFdY YK TmZ（1）确定计算参数1)图 10-20C 查得小齿轮弯曲疲劳强度极限，大齿轮弯曲疲劳1500FEaMp强度极限为2380FEaMp2)由图 10-18 取弯曲疲劳寿命系数120.90,0.92FNFNKK3)算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数由公式(10-12)得1.4s 111314.29FNFNFaKMPS222244.29FNFNFaKMPS4)算载荷系数=AVFFKKKKK1 1.12 1 1.341.50 205)取齿形系数，应力校正系数由表 10-5 查得11222.65,1.582.16,1.81FSFSYYYY6)比较大小齿轮的大小FaSaFYY1110.01332FaSaFYY2220.01600FaSaFYY大齿轮的数值大（2）设计计算322 1.562420200.0154980.41 24mmm对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，终合考虑，满足两方面，对模数就近取整，则m=0.54 几何尺寸计算（1）计算中心距=15mm122ZZma(2)分度圆直径11221020dz mmmdz mmm齿轮Z1Z2齿数2040模数0.50.5分度圆直径102021齿顶圆直径1121齿根圆直径8.7518.75所有齿轮的结构及相互定位如图 3-8 所示。图 3-8 齿轮定位示意图3.2.4 壳体的设计壳体分为前后两个部分，如图 2-9 所示，前部分的外侧有用于和压盖卡扣相配合的凸起部分，后部分的外侧固定有用于和拧紧旋钮连接的螺栓。壳体两部分内壁的对应位置都有用于齿轮轴向定位的凸台，凸台上有用于定位轴的孔。壳体下端钻有螺纹孔，零件安装完成后，用螺栓将两部分连接在一起形成完整的壳体。为了精确定位压盖与壳体的相互位置，壳体后部分的左右两端设置了销，防止压盖与壳体位置存在偏差影响转轮的转动。另外壳体与压盖接触的表面粘有厚度为 1mm 的橡胶垫，目的是使压盖能通过后部分两侧的壳壁上设计了缺口，目的是使输液管能更自然的放置，以免弯曲半径过小发生局部变形。壳体后壁上留有能使步进电机转轴及驱动齿轮通过的孔，孔的位置由齿轮和齿轮的尺寸和相对位置决定。壳体的壁厚为 5mm，由于前后壳体在两侧和下端有螺栓连接，设计此处壁厚为10mm。22图 2-11 输液泵的装配示意图Fig.2-11Sketchmapoftransfusionpumpassemblage3.3 本章小结本章小结通过对目前常见的医用输液泵的优缺点及影响蠕动泵脉动大小主要因素的分析，提出了一种新型输液泵的设计方案，通过对方案的可行性验证，证明采用转轮组结构运行的输液泵能够有效地减小脉动，而且能保证精确控制输液量和输液速度，泵装置结构简单，体积很小，符合设计要求。并计算出了泵装置23所有元件的尺寸及参数，用 solidworks 绘图软件画出了所有元件的结构图。24第第 4 章章 输液泵电控设计输液泵电控设计4.1 总体方案论证总体方案论证在详细的了解了设计要求后，通过资料的查阅，对各部分功能的掌握以及以往输液器成品的了解，在反复比较和计算的前提下，建立了总体方案的框图。图 1.1总体上确立了由 AT89C51 为控制芯片，通过扩展片 8255 连接键盘，并由液滴监控电路、气泡检测电路、步进电机驱动电路和 RS-232 与上位机连接形成的系统结构。利用红外传感器检测液滴流速，将采集到的数据送与 AT89C51；CPU 则控制步进电机蠕动角度和速度，将步进电机的角度转动量转化为直线进给，并反复计算得出在一段时间内电机控制下的实际滴数其与预设值相比，保证在系统允许误差范围内正常工作。保持系统稳定、精确的工作。4.2 方案比较方案比较方案一：利用红外管发出红外光，受到莫菲氏管内液滴的阻挡，变成断续的液滴信号，红外受光管将受到的断续得信号整形、放大成脉冲信号。这个信号经接口电路送入微机处理器，处理器根据原设定的医学要求进行数据处理，并送往输出接口电路，25再由电机驱动电路驱动直流电机，直流电机带动气泵往药液瓶内送气，使瓶内产生一定的压力，以控制液滴的滴注速度，使之达到临床输液要求。总体结构如图 1.2 所示。红外线发光管红外线受光管信号发射处理输入接口电路微处理器输出接口电路电机驱动电源直流步进电机挤压泵键盘输入液晶显示器PC 上位机图 1.2具体使用方法如下：a.准备好药液，将输液瓶卡入支架内，并将气泵嘴插入气管口内，将莫非氏管卡入莫非氏支架内。b.将电源开关置于 ON，仪器显示 01：23：45，此时按一下设置，仪器显示 500ml，根据实际药液量，用+键、+键或-键，设置好输液总量。c.再按设置键，仪器显示 40 滴，根据病情用+键、+键、-键设置输液速度（滴/分）。d.断续按动 NC 键，使输液管排气，当空气排净后使液滴正常滴注。e.常规消毒后，将输液针头插入静脉，固定好，按行动键，自动输液开始。f.当药液剩余量为 30ml 时，仪器蜂鸣报警，待输液结束，取出针头、药瓶，将电源开关置于 off。g.需要充电时，将充电器输出插头插入仪器充电插座内，充电器指示灯亮，当指示灯熄灭，充电结束。26方案二：采用 AT89C51 芯片，通过光电传感器监测液滴信号，经脉冲整形电路送芯片（当无液滴落下时，光电传感器输出低电平；当液滴经过传感器，传感器感测到光线变化，输出脉冲信号，送与芯片的电平为高电平） ，单片机芯片根据接收到的脉冲的频率就可以计算出当时的输液速度，并控制步进电机转速以精确控制流量和流速。一、本方案的液滴检测部分采用的是直射式红外光电传感器 ST150该传感器特点如下：1采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成。2采用非接触检测方式。3光缝宽度（分辨率）有 0.8mm、0.4mm 两种该光电传感器外形尺寸小巧，灵敏度高且价格便宜，能满足本设计输液器的各项性能要求指标。二、步进电机部分采用四相步进电机 35by48bh10 驱动电压为 12v。采用 ULN2003 芯片对其驱动，驱动电压为 5v，该电压小于 12v，因此要外加电压直到 12v 从而为电机提供足够的能量。三、显示部分采用数码管显示方式，比起液晶显示器数码管能实现相同的功能且价格低廉，所以选择 74LS48 数码管显示较为合理。四、步进电机控制液滴流速为力求得到准确的、实时的数据，并且控制液滴数和预设值的起始误差在 3%的范围内。由于具有步进电机进给的非线性数据，所以只能经过几次的电机进给角度得到一段时间内实际的滴数，再和预设值相比较，控制在误差范围内。具体分析过程如下：测得电机转角最大值和最小值的滴数。根据病人的实际情况设定预设值，假如起始值输入每分钟 100 滴，设定测试时间的范围为 30 秒，如果实际得到只有 60 滴，而此时步进电机的转角为 30 度，那么加大步进电机的进给角度为 60 度，得出实际的滴数，假如得到 110 滴，那么逐渐减小角度，若得到 90 滴，就再加大进给角度，经过多次的调试，得到再测试时间范围内的稳定实际数值在和预设值的允许误差范围内，则此方案可行。因为测试时间较短，一个储液瓶滴完大概要一个小时左右，远远大于装置的测试时间，一点不影响正常病人药液的输入，故可以忽略。此计算27方法简单明了，容易实施。比较以上两种方案，前一种控制复杂，系统造价较高且精度不好，利用空气压力控制流速会对外界条件的要求很苛刻，对输液瓶的结构要求也很高，不适合使用在经济不发达的医疗机构或站地医疗之中。而方案二控制原理简单，实现的功能俱全，且整体造价经济，易于操作，对外界环境要求不高，是总体性价比较高的方案，故选择第二套方案。28第第 5 章章 硬件系统设计硬件系统设计5.1 总体硬件设计总体硬件设计硬件设计的基本思路是实用、可靠以及小型化。为此选用了美国ATMEL公司AT89C51单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。气泡检测电路由红外传感器及放大器组成。传感器采用ST150,当有气泡通过时,发射管发射出的光信号由于气泡的影响而改变了强度,造成接收管电压的改变,经放大器LM324放大后给89C51发出一个低电平信号。阻塞检测电路由一个橡胶导管及微动开关组成,当出现输液阻塞现象时,药液流入橡胶导管,触动微动开关,微动开关发给89C51一个低电平号,89C51接到低电平信号后,控制报警蜂鸣器及故障报警灯进行声光报警,步进电机停止运动,进行故障处理。步进电机驱动电路采用ULN2003芯片,89C51通过驱动电路来驱动步进电机,步进电机转速与输液速度成正比。控制电机的转速即可改变输液的速度。输液容量与步进电机运行的步数以及输液泵系统的脉冲当量(即步进电机每运行一步输液泵输出药液的体积)成正比。不同的输液管对应的脉冲当量不同。控制步进电机运行的步数即可控制输液量。5.2 AT89C51 单片机管脚特性及相应参数单片机管脚特性及相应参数AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。5.1.1 主要特性与 MCS-51 兼容4K 字节可编程闪烁存储器寿命：1000 写/擦循环数据保留时间： 10 年全静态工作： 0Hz-24MHz三级程序存储器锁定291288 位内部 RAM32 可编程 I/O 线两个 16 位定时器/计数器5 个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路5.1.2管脚说明V VC CC C：供电电压。G GN ND D：接地。P P0 0 口口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。 P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时， P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。P P1 1 口口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH 编程和校验时， P1 口作为第八位地址接收。P P2 2 口口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时， P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。 P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时， P2 口输出地址的高八位。在给出地址 “1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P P3 3 口口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出4 个 TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平， P3 口将输出电流（ ILL）这是由于上拉的缘故。30P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚备选功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断 0）P3.3/INT1（外部中断 1）P3.4T0（记时器 0 外部输入）P3.5T1（记时器 1 外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。R RS ST T：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST 脚两个机器周期的高电平时间。A AL LE E/ /P PR RO OG G：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时， ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时，ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE 禁止，置位无效。/ /P PS SE EN N：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次 /PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN信号将不出现。/ /E EA A/ /V VP PP P：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ 0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1 时，/EA 将内部锁定为 RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（ VPP）。X XT TA AL L1 1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。X XT TA AL L2 2：来自反向振荡器的输出。31图图 5 5. .1 1振振荡荡器器特特性性: :XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。5.3 传感器控制检测传感器控制检测气泡检测电路由红外传感器及放大器组成。传感器采用ST150红外对管,当有气泡通过时 ,发射管发射出的光信号由于气泡的影响而改变了强度,造成接收管电压的改变经放大器 LM324放大后给AT89C51发出一个低电平信号。阻塞检测电路由一个橡胶导管及微动开关组成 ,当出现输液阻塞现象时 ,药液流入橡胶导管,触动微动开关 ,微动开关发给 AT89C51一个低电平信号 ,AT89C51接到低电平信号后,控制报警蜂鸣器及故障报警灯进行声光报警 ,步进电机停止运动 ,进行故障处理。输液完毕与此同理。本方案的液滴检测部分采用的是直射式红外光电传感器ST150特点：1采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成。2采用非接触检测方式。3光缝宽度（分辨率）有0.8mm、0.4mm两种32该光电传感器外形尺寸小巧，灵敏度高且价格便宜，能满足本设计输液器各项性能要求指标。LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为 MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算 放大器可用图1所示的符号来表示，它有 5个引出脚，其中“+” 、 “-”为两个信号输入端，“V+” 、 “V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中， Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端 Vo的信号与该输入端的位相反； Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端 Vo的信号与该输入端的相位相同。 LM324的引脚排列下图。图图5 5. .2 25.4 步进电机控制电路步进电机控制电路在这里采用ULN2003芯片来对四相步进电机进行驱动。下面介绍用AT89C51单片机驱动步进电机的方法。这款步进电机的驱动电压 12V步进角为7.5度一圈360度,需要48个脉冲完成。该步进电机有6根引线，排列次序如下： 1:红色、2:红色、3:橙色、4:棕色、5:黄色、6:黑色。采用51驱动ULN2003的方法进行驱动。硬件连接如下图。33图3.3ULN2003的驱动直接用单片机系统的 5V电压，可能力矩不是很大，可自行加大驱动电压到 12V。;A组线圈对应P2.4;B组线圈对应 P2.5;C组线圈对应 P2.6;D组线圈对应 P2.7;正转次序:AB组-BC组-CD组-DA组(即一个脉冲 ,正转7.5度)。5.5 滴数换算方法滴数换算方法测得电机转角最大值和最小值的滴数。根据病人的实际情况设定预设值，假如起始值输入每分钟100滴，设定测试时间的范围为30秒，如果实际得到只有60滴，而此时步进电机的转角为30度，那么加大步进电机的进给角度为60度，得出实际的滴数，假如得到110滴，那么逐渐减小角度，若得到90滴，就再加大进给角度，经过多次的调试，得到再测试时间范围内的稳定实际数值在和预设值的允许误差范围内，则此方案可行。因为测试时间较短，一个储液瓶滴完大概要一个小时左右，远远大于装置的测试时间，一点不影响正常病人药液的输入，故可以忽略。此计算方法简单明了，容易实施。345.6 键盘和显示部分键盘和显示部分键盘的主要功能是随时设定输液速度，本设计的键盘部分设计十分简单，按键“+”的的功能是加大输液输液速度按键的输入值设为 F，按键“”的功能是减小输液速度按键的输入值暂定为 E，按键“启停”的功能是设定输液速度后按一下这是输液开始，再按一下输液停止按键设为 D。输液速度和输液时间都可以通过输入数字值设定。在这里采用 8255 芯片与单片机连接做键盘的设计。3.5.1 8255 芯片结构特点介绍8255 是 Intel 公司生产的可编程并行 I/O 接口芯片，有 3 个 8 位并行 I/O 口。具有 3 个通道 3 种工作方式的可编程并行接口芯片（40 引脚） 。其各口功能可由软件选择，使用灵活，通用性强。8255 可作为单片机与多种外设连接时的中间接口电路。8255 作为主机与外设的连接芯片，必须提供与主机相连的 3 个总线接口，即数据线、地址线、控制线接口。同时必须具有与外设连接的接口 A、B、C 口。由于8255 可编程,所以必须具有逻辑控制部分，因而 8255 内部结构分为 3 个部分：与CPU 连接部分、与外设连接部分、控制部分。引脚功能介绍如下；RESET:复位输入线，当该输入端处于高电平时，所有内部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有 I/O 口均被置成输入方式。CS:芯片选择信号线，当这个输入引脚为低电平时 ,即/CS=0 时,表示芯片被选中，允许 8255 与 CPU 进行通讯;/CS=1 时,8255 无法与 CPU 做数据传输 .RD:读信号线，当这个输入引脚为低电平时 ,即/RD=0 且/CS=0 时,允许8255 通过数据总线向 CPU 发送数据或状态信息，即 CPU 从 8255 读取信息或数据。WR:写入信号，当这个输入引脚为低电平时 ,即/WR=0 且/CS=0 时,允许CPU 将数据或控制字写入 8255。D0D7:三态双向数据总线， 8255 与 CPU 数据传送的通道，当 CPU 执行输入输出指令时，通过它实现 8 位数据的读 /写操作，控制字和状态信息也通过数据总线传送。PA0PA7:端口 A 输入输出线，一个 8 位的数据输出锁存器 /缓冲器，一个 8 位的数据输入锁存器。35PB0PB7:端口 B 输入输出线，一个 8 位的 I/O 锁存器，一个 8 位的输入输出缓冲器。PC0PC7:端口 C 输入输出线，一个 8 位的数据输出锁存器 /缓冲器，一个 8 位的数据输入缓冲器。端口 C 可以通过工作方式设定而分成 2 个 4 位的端口，每个 4 位的端口包含一个 4 位的锁存器，分别与端口 A 和端口 B 配合使用，可作为控制信号输出或状态信号输入端口。 A0,A1:地址选择线,用来选择 8255 的 PA 口,PB 口,PC 口和控制寄存器 .当 A0=0,A1=0 时,PA 口被选择;当 A0=0,A1=1 时,PB 口被选择;当 A0=1,A1=0 时,PC 口被选择;当 A0=1.A1=1 时,控制寄存器被选择本设计所需的按键比较少所以我们将其设计为4*4 键盘，多出的按键可以为以后扩展功能备用。图 5.4本设计的显示部分的主要是功能是显示输液的速度值和输液的时间，便于观察和更改适当的输液速度。硬件考虑到节约成本采用的是 74LS48 数码管而不是液晶显示。B B abcdfg t fg t ) C 0 C C 1 3 4 5 6 7 36由于精度要在-+%3 因此四位显示足够本设计的要求。硬件连接如下图 3.5 所示。图3.55.7 与上位机的通信与上位机的通信本设计与上位机进行通信的主要目的，是在输液完毕和输液泵阻塞的时候能够向远处护理人员发出报警信号，使之尽快的解决问题。通信方式采用串行通信。串行通信是指通信的发送方和接收方之间的数据信息的传输是在单根数据线，以每次一个二进制位移动的他的好处是只需一对传输线进行传送信息，因此其成本低，适用于远距离通信，他的缺点是传送速度低，串行通信有异步通行和同步通信两种基本通信方式，同步通信适用于传送速度高的情况，其硬件复杂，而异步通信应用于传送速度在50-19200波特之间，是比较常用的传送方式，在异步通信中，数据是一帧一帧传送的，每一串行帧的数据格式由1位起始位，5-8位的数据位，1位的奇偶校验位（可省略）和1位停止位4部分组成，在串行通信前，发送方和接收方要约定具体的数据格式和波特率（通信协议）。RS232C是一种电压型总线标准，可用于设计计算机接口和终端或外设之间的连接，以不同的极性的电压表示逻辑值。-3-25V表示逻辑1。+3+25V表示逻辑0。其电平和TTL和CMOS电平是不同的，所以在通信时必须进行电平转换。MAXIM公司的MAX232/MAX232A接收/发送器是MAXIM公司特别为EIA/TEA2232E的标准而设计的，他们在EIA/TIA2232E标准串行通信接口中日益得到广泛的应用，他们具有功耗低、工作电源为单电源、外接电容仅为0.1F或1F，采用双列直插封37装形式、接收器输出为三态TTL/CMOS等优越性，为双组RS232接收发送器，工作电源为+5V，波特率高，仅需外接0.1F或1F的电容，其价格低，可在一般需要串行通信的系统中使用，MAX232外围需要4个电解电容，是内部电源转换所需电容，其取值均为1F/25V宜选用钽电容并且应尽量靠近芯片。该电路连接原理如图3.6所示。图 5.6软件是硬件的支撑,也是硬件整体性能发挥的杠杆与上面的硬件相对应,把软件采用功能模块的方法进行编写,会增强系统整体可移植性。系统软件需要的功能模块主要有键盘模块与显示模块,测量信号模块与步进电机驱动控制模块,通讯模块,报警模块。这样分类也和硬件的设置相对应。软件各模块的相互连接需要主控模块对它们进行控制。按照主控模块的执行顺序来工作。这就是整个系统的软件构建方案。控制的脉冲频率就可以控制步进电机的转速,设定好工作速度后,根据这一数值查表对应某一值,利用这一数值在这基础上系统进行加速或减速,当测量蔽值和设定小于规定的数时记录这个脉冲率并停止调速这就是步进电机控制软件流程的主要思想,如果气泡中断信号来临,发生中断,中断中将停止步进电机。整个输液的过程如下图4.1所示38开始输液参数设定参数计算转换驱动步进电机阻塞故障气泡故障输液累积量显示气泡检测监控子程序输液结束停止暂停处理显示灯报警图 5.75.8 初始化模块初始化模块在软件设计过程中初始化就是把变量赋为默认值，把控件设为默认状态，把没准备的准备好。在这个过程中输液速度，报警装置，和时间都会被清零，电机回到初始位置。实现该功能的软件流程图如下。蜂鸣器报警39上电显示为
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