基于51单片机的红外点滴检测系统的设计与制作

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目录

1产品功能分析...........................................................................................................1

2设计方案遴选...........................................................................................................1

2.1单片机的选择...............................................................................................1

2.2系统框图设计...............................................................................................2

3产品硬件设计...........................................................................................................2

3.1电路原理图及工作原理................................................................................2

3.2STC89C52RC单片机核心的电路..................................................................3

3.3共阳数码管显示模块电路...........................................................................6

3.4红外检测电路...............................................................................................6

3.3.1光电传感器..........................................................................................6

3.3.2信号放大..............................................................................................7

3.5声光报警电路................................................................................................9

4产品软件设计.........................................................................................................10

4.1主程序流程图.............................................................................................10

4.2程序.............................................................................................................10

4.3产品程序清单.............................................................................................11

5产品使用说明.........................................................................................................12

5.1产品装配图.................................................................................................12

5.2产品调试.....................................................................................................12

5.3产品使用说明.............................................................................................13

6产品设计技术标准.................................................................................................13

参考资料.....................................................................................................................14

附录.............................................................................................................................15

附录1元器件清单............................................................................................15

附录2电路原理图............................................................................................16

附录3PCB设计图.............................................................................................17

I

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附录4产品实物图............................................................................................18

附录5主程序代码............................................................................................19

II

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基于51单片机的红外点滴检测系统的设计与制作

1产品功能分析

静脉输液，是医疗中常用的药物治疗技术。根据病人的状况，应用不同的

药物，导致不同的滴速。输液的时候，医务人员必须不断检查输液率是否异常，

输液是否结束，这消耗了大量的时间和精力。为了改变这种状况,用科技代替人

力，让病人在输液的时候得到智能的监视以及报警,研制了红外点滴检测系统。

本系统采用的是单片机系统，单片机操作多机控制系统，它不仅可以减轻医务

人员的压力，还可以提高他们的工作效率。有时候，在人为控制下也可能因为

不注意而给安全设施带来困扰，而且人工控制输液率也很难把控，使用单片机

设计产品，只要考虑到设计，最后操作就不会带来这个问题。总的来说，它可

以提高医疗医院服务的效率和质量，减少护士数量，降低看护强度，防止病毒

交叉感染，减少医疗事故。

2设计方案遴选

在进行硬件电路搭建前必须得选择好合适的产品的零部件，以发挥器件的

基本功能。

一个完整的红外点滴检测系统需要几个零部件组成，有很多模块可供我们

选择，需要我们在经济水平以及产品兼容性上来考虑，产品的基本形式是由显

示功能，报警功能，红外检测等组成。

2.1单片机的选择

方案1：使用STM32系列单片机

STM32单片机该款产品的优缺点：STM32系列主要是针对低成本和功耗低以

及高性能要求的嵌入式应用而设计的ARM，基本集成市场市面中工业领域的功

能的STM32，唯一美中不足的地方在于成本偏高，使用起来较为复杂，对一个学

生来讲，这两个缺点都是偏大的。

方案2：使用52系列单片

52单片机该款产品的优缺点：52单片机是属于很容易上手，并且很经典的

一款产品，软件到内部硬件有一套完整的按位操作系统，通常可以称为微处理

器。片内RAM的双功能地址范围是它所具有的功能以及乘法和除法指令，使用

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极为灵活，但是没有完美无瑕的产品以及毫无逻辑漏洞的程序，52单片机也还

是有缺点的，比如AD、EEPROM之类的功能需扩展，增加了硬软件的负担，且保

护芯片能力较差，很容易烧掉芯片，综合成本、技术成熟程度以及产品功能的

需求，所以我选择了52系列的单片机。

2.2系统框图设计

产品系统框图设计如下：

图1系统框图

3产品硬件设计

3.1电路原理图及工作原理

该产品利用光电传感器作为转换元件，先收集用于检测点滴通过的红外光，

再将它转换为电信号，并使用电子仪器进行显示。本系统主要由核心电路、红

外检测电路、数码管显示电路、电源电路、光电报警电路组成。

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图2产品电路原理图

3.2STC89C52RC单片机核心的电路

图3核心电路图

本核心电路也包括了按键电路，设计了三个按键，一个加键，一个减键，

一个复位按键，重新设置时间可以按下复位按键，来实现要求的时间。当电路

处于稳定状态的时候，电容器在这里起隔离的作用，隔离VCC。而此时复位按键

的状态为弹出，电路的下方是没有电压差的。因此，按键和电容器C1的下部的

电位为0V。而此单片机正常工作必须低电平，复位必须高电平。

然后采用STC89C52RC这块芯片的原因不仅仅是它低功耗，高性能，可以抗

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干扰，传统8052单片机也能够兼容指令代码，可以自主选择6时钟、机器周期

和12时钟、机器周期。这款芯片的选择，主要是因为本设计并不追求最小功耗

或者最强性能，最关键的是为了在实现设计中的功能中的前提中，还能提供其

他的功能和接口以便于设计各类项目所需要的各种外围扩展电路，因为简单容

易上手，所以这款芯片使用广泛，有很不错的学习价值。

STC89C52RC单片机引脚功能：

1电源:

①VCC：接电源；

②VSS：接地端；

2.时钟:

XTAL1、XTAL2：内部振荡的输入端和输出端。

3.控制线:控制线共有4根

（1）ALE/PROG:地址锁存允许，片内EPROM编程脉冲

①ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址

②PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入

编程脉冲。

（2）PSEN:外ROM读选通信号。

（3）RST/VPD:复位/备用电源。

①RST（Reset）功能：复位信号输入端。

②VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。

（4）EA/Vpp:内外ROM选择，片内EPROM编程电源。

①EA功能：内外ROM选择端。

②Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源

Vpp。

4.I/O口线：P0、P1、P2、P3共四个八位口。

P0口是三态双向口，通称数据总线口，P0口用以输出外部存储器的低8位

地图1址。

P1口是专门供用户使用的I/O口,是准双向口。

P2口是从系统扩展时作高8位地址线用。

P3口是双功能口,该口的每一位均可独立地定义为第一I/O功能或第二I/O

功能。作为第一功能使用时操作同P1口。

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STC89C52RC单片机引脚图（a）如图所示：

图4STC89C52RC单片机引脚图

STC89C52RC单片机实物图如图所示：

图5STC89C52RC单片机实物图

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3.3共阳数码管显示模块电路

图6显示器电路原理图

他们的阳极连在一起，阴极低电平才亮。

3.4红外检测电路

3.3.1光电传感器

传感器由红外发光和红外接收组成。

接收管工作原理：红外接收二极管在反向电压作用下工作。光电流是红外

接收二极管在一般照度的照射下而产生的电流。如果负载连接到外部电路，则

在负载上获得电信号，并且电信号随着光的变化而变化。

发射管工作原理：当发射红外线来控制设备的时候，控制距离与发射功率

成正比例。向驱动管添加一定频率的脉冲电压，就可以使红外发光二极管产生

调制光。当红外光发射二极管发射红外光的时候，受控器件内必须要有对应的

红外光转换为电信号的元件，如光电三极管和红外接收二极管。

当使用红外发光二极管作为光源时，呼吸运动引起的脉搏波曲线漂移可以

基本得到抑制。红外发光二极管的照射可以使红外接收二极管可以产生电能，

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其特点是将光信号转换为电信号。在该设计中，红外接收二极管和红外发射二

极管面对面放置，隔开一指的距离，就可以得到最佳指向特性。光源发出的

光，一部分被手指组织吸收，一部分光通过血液的漫反射返回，剩余的光则通

过透射。

图7检测电路

3.3.2信号放大

LM393引脚功能表

引出端序

符合功能

号

1OUTA输出A

2INA-反向输出A

3INA+同相输出A

4GND接地端

5INB+同向输出B

7

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6INB-反相输出B

7OUTB输出B

8VCC电源电压

图8LM393内部结构图

由于光电传感器所输出的信号波源低强度以及等效于正弦波的波形，如图

9所示，因此需要进行放大整形的操作，使信号能够以较强方波形式来输出。

图9信号放大电路

图10为正弦信号通过放大整形电路之后得到的方型波。

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图10整形后的方波

图11为脉冲信号在放大整形前后的对比。

图11脉冲信号对比

3.5声光报警电路

图12光电报警电路

当网络结点P27为高电平的时候，Q1截至，蜂鸣器不响，二极管灭；当网

络节点P27为低电平的时候，Q1导通，蜂鸣器发出响声，二极管亮。然后R3

主要是为了限制发光二极管的电流。

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4产品软件设计

本程序采用C语言，KELL编程环境好，程序的可读性非常好。而且是由模

块化设计，多个程序和模块化程序组成的整体程序。

4.1主程序流程图

首先启动程序，然后初始化程序。初始化主要包括设置专用寄存器、定时

器工作模式以及微控制器中每个端口的工作状态。系统初始化后，执行定时器

中断、外部中断、显示器和其他任务。

启动程序，然后初始化程序。初始化包括设置专用寄存器、设置定时器模

式以及微控制器上每个端口的操作状态。当系统初始化时，会执行定时器中断、

外部中断、监视器和其他操作。

流程如图所示。

图13主程序流程图

4.2程序

对程序的编写结束之后，就需要通过软件对所编写的程序进行测试和编译，

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若是不能通过编译，则需要再进行修改。

图14程序编译图

4.3产品程序清单

图15程序清单

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5产品使用说明

5.1产品装配图

本产品是由STC89C52RC单片机，红外感应模块，数码管显示模块，报警模

块组成。

图16装配图

5.2产品调试

检查单片机所有的部件是否都焊接到万能板之上，由于是手工焊接，所以

需要对每一个焊点进行仔细检查，确保没有虚焊漏焊，以及是否有毛刺等。

可以利用万能表进行测试板件，查看各焊点连接状况是否合格，是否有短

路的现象。最后进行上电检查。若都无问题，则可以将编写的程序烧录到单片

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机之中。

程序烧录成功界面如上图：

图17程序烧录图

5.3产品使用说明

1、接上电源上电，再按下电源开关，红外传感器检测时间。

2、可以通过设置的加键和减键设置时间，时间在数码管上显示。

3、如果点滴在设置的时间内没有经过，就会警报10秒钟，以此提示工作

人员，如果经过就不报警。

4、若需要重新设置时间则按下复位按键。

6产品设计技术标准

[1]J-STD-001E电气与电子组件的焊接要求

[2]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E电子组件的可接受性要求

[3]IPC-7711/21电子组件和电路板的返工&返修

[4]GB/T11457-2006信息技术软件工程术语；

[5]GB/T8566-2007信息技术软件生存周期过程标准；

[6]GB/T8567-2006计算机软件文档编制规范。

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参考资料

[1]苪延年《机电一体化系统综合设计及应用实例》.中国电力出版社[M].2011

[2]苪延年；郭旭红《机电一体化原理及应用》.苏州大学出版社[M].2004

[3]何立民.《MCS-52系列单片机应用系统设计》.北京航空航天大学出版社[M].1990

[4]唐瑞庭.《微型计算机原理》人民邮电出版社[M].1995

[5]李水飞.《AV功放原理与维修》.北京科学技术出版社2005

[6]封士彩；王长全；王建平；周连佺.《机电一体化导论》.西安电子科技大学出版社[M].2017

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附录

附录1元器件清单

基于51单片机红外点滴检测系统的设计与制作20级移动互联1班张晶晶

序号元件标号元件名称封装规格数量

1B1蜂鸣器Bett120951

2C1电容C_1010uF1

3C2,C3电容CAPCP20pf2

发光二极

4D1，D2LED直插D2

管

5D4红外发射LED直插5mm1

6D3红外接收hyhwai5mm1

POWER-

7P1电源接口电源输入1

小电源座

s三极管直

8Q1三极管90121

插

9R1,R3,R4,R5电阻AXIAL0.31K4

10R2,R6电阻AXIAL0.310k2

可调电位

11R7VR10-10k1

器

12S1,S2,S3按键SW1_keySW3

13SW1电源开关SW1电源开关1

14U1单片机U1STC89C52RC1

15U2数码管smg_1smg_11

16U3比较器LM393LM3931

17Y1晶振16M12M1

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附录2电路原理图

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附录3PCB设计图

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附录4产品实物图

正面：

反面：

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附录5主程序代码

//基于51单片机的红外点滴检测系统的设计与制作

//移动互联应用技术1班张晶晶40

#include<reg52.h>//调用单片机头文件

#defineucharunsignedchar//无符号字符型宏定义变量范围0~255

#defineuintunsignedint//无符号整型宏定义变量范围0~65535

//数码管段选定义0123456789

ucharcodesmg_du[]={0x21,0x6f,0x32,0x26,0x6c,0xa4,0xa0,0x2f,0x20,0x24,

//ABCDEF不显示

0x28,0xe0,0xb1,0x62,0xb0,0x48};//断码

uchardis_smg[1]=0;

sbitbeep=P2^7;//蜂鸣器

sbithw=P3^2;//红外

ucharset_time;//设置的时间

ucharflag_alarm;//报警标志位

ucharmiao;

ucharflag_v;

/***********************1ms延时函数*****************************/

voiddelay_1ms(uintq)

{

uinti,j;

for(i=0;i<q;i++)

for(j=0;j<120;j++);

}

/********************独立按键程序*****************/

voidkey()//独立按键程序

{

staticucharkey_new;

P1|=0x03;

if((P1&0x03)!=0x03)//按键按下

{

delay_1ms(1);//按键消抖动

if(((P1&0x03)!=0x03)&&(key_new==1))

{//确认是按键按下

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key_new=0;

switch(P1&0x03)

{

case0x01: