光电式液滴检测电路部分不用管它,脉冲信号用函数发生

1、致 谢要求我再说一下：电源电路写得复杂，实际上我就用了220V/5V的一个转换器，光电式液滴检测电路部分不用管它，脉冲信号用函数发生器模拟就可以了，脉冲的大小幅度可自定，以430要求为主，我的脉冲信号幅度可以通过电阻调节，频率在1/50-1/120之间；剩下的需要做的工作就是:对每5次下降沿计时求平均，转换每分钟多少滴，在LED上显示出来，滴速为0或>150滴/分时，报警电路报警！报警电路我用TQ9561，LED我用4511驱动！在硬件上需能跑过，电话电路结构及部分程序:电路结构：LED显示电路KD9561报警电路电源电路MSP430F1611光电式液滴检测电路

2、nRF401收发芯片JTAG接口电路图3-1输液数据采集器的组成3.2.1 电源电路由于七段LED的存在，使得采用钮扣电池或手机电池供电的方案并不可行，本设计中采用220V交流电转化为5V或3.3V直流电分别供系统中的发射芯片nRF401、七段LED显示电路、报警电路及单片机使用。 1、220V交流电转化为5V的直流电图3-2 220V交流转5V直流如图3-2所示，首先通过一个变压器将220V的交流电压为8V的交流电，再通过由四个二极管组成的桥式整流电路，将8V的交流电转化为脉动直流，如图3-3所示。0uO/Vt82图3-3 脉动直流电压通过电解电容C1转化为直流电，电容C2、C3和LM780

3、5组成稳压电路，C4起滤波作用，使输出电压为5V直流电，供发射芯片nRF401、七段LED显示电路及报警电路使用。2、5V交流电转化为3.3V的直流电单片机MSP430F1611需要3.3V电源驱动，可将刚才获得的5V直流电源转为3.3V直流电源，如图3-4所示。2C1EXT PWR11VINVD1+VCC(5V)3VOUTC2C3+V3.3VLM1117VD2100µF10µF10µF1K图3-4 5V直流转3.3V直流3.2.2 光电式液滴检测电路1、液滴有无检测电路+VCCR1R2VD1VD2图3-5 光电对管模型 图3-6 光电二极管的输出电流脉冲系统设计

4、的输液数据采集器可固定在一次性输液器的茂菲式滴管处， 其对应的液滴采集电路如图3-5所示，将发光二极管和光敏二极管分别置于茂菲式管的两侧，发光二极管发射的光束经过茂菲式管中的液滴散射后投射到光敏二极管的感光面，将光线强度的变化反映在电流变化上：当有液滴滴落时，由于液滴的光学特性，使光束发散，投射到光敏二极管上的光照度将下降，从而使光敏管产生的电流下降；而没有液滴滴落时，光敏二极管接收到的光照度最大，产生的光生电流也最大；由此形成如图3-6所示的不同幅度的脉冲信号，因此只要检测光电二极管的输出电流脉冲，就可以检测出有无液滴的通过。由于光电式的检测方法和液体不接触，能很好的满足临床医学中严格的无菌

5、操作的要求，而且与液体、输液器材无关，使输液监控设备的性能有很大提高，具有易用、高效和适用性强的优点（23）（24）。2、检测信号放大电路R4+VCCC3C2R3R6C5C4R5C1C6R7R8R9C7R10R12R13R11R241A1C1B1D1216571312149108P2.7+VCCR1R2VD1VD2MSP430图3-7 检测放大电路如图3-7所示，当有液滴通过液滴接收检测组件，VD1、VD2两端的变化电压由1A，1C进行两级放大，C3、C5起滤除高频成分的作用。R7、R8与1B组成低阻抗电源，除为放大器提供偏压；此外1B本身为一电压跟随器，同时为1D提供基准电压。有液滴通过液滴

6、检测组件时，液滴会吸收反向红外光，使得VD1、VD2的电压改变，因此，当有液滴通过时，1D输出一系列与液滴同步的正脉冲串，当无液滴通过时，1D的输出始终为高电平，由单片机MSP430的P2.7脚接收。3.2.3 MSP430的时钟电路MSP430系列单片机时钟模块有低速晶体振荡器（LFXT1）、高速晶体振荡器（XT2）和数字控制振荡器（DCO）3个时钟源。其目的是为了解决系统快速处理数据的要求和低功耗要求之间的矛盾，通过设计多个时钟源或为时钟设计各种不同工作模式，才能解决某些外围部件实时应用的时钟要求，如低频通信、LCD显示、定时器、计数器等。数字控制振荡器DCO己经集成在MSP430内部，因

7、此系统中需设计低速晶体振荡器和高速晶体振荡器两部分电路，连接如图3-8和3-9所示。XT1XOUT1XIN1C24C25C26C27XT2XIN2XOUT2图3-8 低速振荡晶体 图3-9 高速振荡晶体LFXT1满足了低功耗及使用32.768KHz晶振的要求。LFXT1振荡器默认工作在低频模式，即32.768KHz，也可以通过外接450KHz-8MHz的高速晶体振荡器或陶瓷谐振器工作在高频模式，在本电路中使用低频模式，晶振外接2个22pF的电容C24、C25经过XIN和XOUT连接到MCU。XT2为MSP430F1611工作在高频模式时提供时钟，XT2最高可达8MHz。在系统中XT2采用4MH

8、z的晶体，XT2外接2个22pF的电容C26、C27经过XIN2和XOUT2连接到MCU。本系统利用MSP430自带的时钟电路实现对药液滴速的计算，以5次液滴为一个周期算一次平均值，再将时间单位换算成分钟，用LED显示出来。工作在计数状态时，时钟电路主要应用高速振荡器XT2。3.2.4 MSP430的JTAG接口电路MSP430F1611是具有48KB可擦写的FLASH存储器型MCU，具有JTAG调试接口，因此采用先通过JTAG调试器将编辑好的程序从PC直接下载到FLASH内，再由JTAG接口控制程序运行、读取片内CPU状态，以及存储器内容等信息供设计者调试，整个开发(编译、调试)都可以在同一

9、个软件集成环境中进行，不需要专门的编程器。这种以FLASH技术、JTAG调试、集成开发环境结合的开发方式，具有方便、廉价、实用等优点。由于MSP43OF1611具有JTAG调试接口，所以只需把单片机的调试接口按照标准引出，在调试时与购买的JTAG调试器连接，即可在线调试程序，JTAG接口如3-10所示。P2TDO213+V3.3V213TDITMSTCKRST5467810911121314图3-10 JTAG接口电路具有JTAG接口的芯片，相关JTAG引脚定义为（22）：TCK为测试时钟输入；TDI为测试数据输入，数据通过TDI引脚输入JTAG接口；TDO为测试数据输出，数据通过TDO引脚从

10、JTAG接口输出；TMS为测试模式选择，TMS用来设置JTAG接口处于某种特定的测试模式；TRST为测试复位，低电平有效。JTAG是有14条线的接口，在MSP430中实际使用了其中的5条，其余引脚未用，跳线P2用来选择JTAG调试器使用外接电源还是内部电源，当外围电路功率比较大时，应使用外接电源。如外围电路功率比较小时，使用JTAG提供的内部电源即可。3.2.5 七段LED显示电路5KD9561P4.6MSP430F1611P4.4P4.5P4.3P4.1P4.2P4.0··DS2DS3+VCC2DS1·451145114511R14图3-11 LED显示电路如图

11、3-11所示，七段LED采用并行方式连接，4511为驱动芯片，上拉电阻R14起分压作用，以工作电压为2.2V、工作电流为10mA 的七段LED为例，上拉电阻R14的取值为（25）：液滴变化通过液滴检测放大电路输入单片机MSP430的P2.7脚，单片机设为负跳变中断触发模式， 故每次脉冲下降沿到达时触发单片机产生中断并进行计时；对多个脉冲进行计时，取数学平均值，通过P4.0P4.5口把结果送到七段LED同步显示滴速快慢。当滴液快结束时，通过单片机MSP430的P4.6 脚，连结到高电平报警器，发出声音报警。3.2.6 报警电路12345KD956176GNDVCCF1OSCOOUTF2OSCIR

12、1P4.6C3VCCR3图3-12 报警电路如图3-12所示，R1为振荡电阻，一般为240K左右。滴液结束时， MSP430的P4.6引脚输出为高电平，通过电阻R3对电容C3充电，使KD9561的5引脚为高电平，报警芯片工作，发出声音报警。病人可根据报警提示将一次性输液器的控制阀调至最小，实验测试表明此种状态下，茂菲式滴管中剩余药量滴完一般需12-43分钟，这段时间预留给医护人员前来处理。3.2.7 无线通信电路LVCCGVDC9R14C10C11XC1VDDVSSHLT1VCO1VCO2VSSVDDDINDOUTVCCTXENPWR-UPANT1VSSANT2VSSVDDCSRF-PWRXT

13、3C12C13R15C15C14R17R16C16C17C18PWR-UPDINDOUTCSTXENnRF401图3-13 无线通信电路如图3-13所示，通信模块的硬件电路的设计要点如下（26）： （1）、射频电路对于电源噪声相当敏感，必须采用星形布线的方法使数字部分和RF部分有各自的电源线路，并且应在靠近集成电路电源引脚处加上去耦电容。（2）、外接VCO电感应选用高频电感，Q45，电感的精度对无线通信的距离有较大的影响，应尽量选择精度高即2的电感，也可使用精度为5的，但通信距离会大大减小。VCO电感连线应与其他控制线保持一定的距离，应避免数字控制线从电感引脚之间经过，并且应该使VCO电感元件

14、的中心距离nRF401的VCO1，VCO2引脚焊盘的中心5.4mm左右，电感元件的选择与布局很重要，是设计成败的关键点。 （3）、在电路板的正反两面可使用大面积铺铜作为接地面，使所有的器件容易去耦，两面的铺铜应使用多个过孔相连，所有对地线层的连接必须尽量短，接地过孔应放置在非常靠近元件的焊盘处。 （4）、天线的设计使用PCB板的环形天线，尺寸为35mm×20mm，天线增益为11dB，天线阻抗为380，天线应位于PCB板的顶部，天线部分不要铺铜。 （5）、如果PCB板的VCO电感设计合理，当模块处于接收状态时，nRF401的第4管脚电压为1.1±0.2V。 输液数据采集器程序

15、5.3.1 系统主程序在系统主程序中，主要完成三大任务：1. 初试化各硬件设备；2. 初始化各软件模块；3. 进入死循环(无限循环)，调用各模块的处理函数。流程图如图5-2所示。图5-2 输液数据采集器主程序流程图5.3.2 系统初始化系统初始化中，要按照顺序将下列模块初始化：1. 设置看门狗寄存器。在系统初始化开始前，为了系统正常工作，先关闭看门狗定时器。2. 初始化系统时钟。将BCSCTL1寄存器的内容清零，开启XT2，清除振荡器失效标志，延时并等待XT2起振。当XT2起振后，将BCSCTL2寄存器的内容清零，并选择XT2为MCLK、SMCLK的振荡源。3. 初始化定时器A。首先选择ACL

16、K为时钟源，清除TAR寄存器，然后选择CCI0B为信号源，并选择下降沿捕获模式。4. 设置I/O端口。包括端口的方向寄存器，输出寄存器和功能寄存器。设置P2.7口为输入端口；P3.0P3.2 、P4.0P4.5和P4.6作为输出端口，用于连接LED，其中P3.0P3.2用来控制3个数码管的选通状态，P4.0P4.5用来显示每分钟的滴速，P4.6用来控制声音报警。5. 初始化nRF40l无线模块，将nRF40l设置成发射模式。 5.3.3 循环程序系统初始化后，输液数据采集器的各项功能通过主循环和中断服务程序处理，其中主循环中主要处理两件事情：一是显示每分钟滴速，二是若滴速为0时，则发出声音报警

17、。流程图如图5-3所示。图5-3 循环流程图int main ( )WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; /关闭看门狗Init_Clk ( ); /初始化时钟Init_TimerA ( ); /初始化定时器AInit_Led ( ); /初始化LEDInit_nRF401 ( ); /初始化nRF401 While(1) if (counter = 5) /若计满5次 counter = 0; /计数位清零 Led_Display ( ); /显示每分钟滴数 If(Freq =0) /若滴完 Alarm_Out ( ); /报警 else LPM3; /若不满5次，转到低功耗模式

18、3继续计数 5.3.4 滴速计算程序在滴速显示程序中，首先判断标志位是否为0，若为0，则初始化，允许定时器A中断和允许捕获中断，并将标志位置为1，以便下次中断到来时停止计时。本程序利用Timer_A的中断设置成一计时电路，开始滴速计算，计满5个周期算一次平均值，并将单位换算成秒。1Timer_A初始化Timer_A具有多种可选的计数器时钟源，8种输出模式。Timer_A有两种工作模式：定时器模式和捕获模式。在定时器模式下有4种计数模式：停止模式、增计数模式、连续计数模式、增/减计数模式。在监控服务器中Timer_A作为定时器，在增计数模式下定时呼叫输液数据采集器。在采集器中Timer_A以增模

19、式计数，以32768Hz的ACLK为Timer_A时钟源，当捕获此较寄存器CCR0的值设置为32767时，Timer_A正好计数l秒，循环4次刚好为4s，即对250个采集器轮询一个周期后发生中断。void Init_ Timer_A (void)CCTL0 = CCIE; /开启计数器CCR0 = 32767; /设置计数时间TACTL = TASSEL_1 + MC_1; /设置Timer_A时钟源流程图如图5-4所示。图5-4 滴速计算流程图int Timer_Counter = 0;pragma vector = TIMERA0_VECTOR _interrupt void TimerA

20、0 ( ) if (flag = 0) / 标志位为零，开始计时 TACTL |= MC_2 + TACLR; / 允许Timer A中断 CCTL0 |= CCIE; / 允许捕获中断 flag = 1; / 下一次中断时，结束计时 else if (index = 5) / 若计完5次 index = 0; / 清零 data index = TAR / 3276; / 将计时单位换算成秒 index = index + 1; / 移至下一位等待 TAR = 0; / 计数寄存器清零Timer_Counter+; / 计时次数加1 If(Timer_Counter>=3) /计时次数