毕业设计（论文）-基于单片机的输液监护器设计

1、毕业设计（论文）前言目前医院的病人输液时,病人往往由于身体虚弱,昏迷或入睡而无法留意,或者医护人员正在别处忙碌等情况,当输液完毕,若处理不及时,病人的血液就会因空管而倒流入输液针管内,即所谓“回血”,时间长了甚至还会使扎针处严重肿胀.因此容易引发病人的不满以至投诉和医护人员的无奈。而且输液速度是护士通过拨动输液器上的手动滑轮来控制液体流速的，输液速度是护士根据经验大致调整的，这样不仅可能影响预期的治疗效果，而且对于一些对人体器官作用敏感而需要严格控制输液速度的药物，由于个体差异，机体耐受力不同，特别是在手术中，手术后以及病情危重需要严格控制输液速度的病人，会导致病情加重，有的甚至可能会危及生命

2、。这种因输液异常，输液结束不易被及时发现，就容易出现医疗事故，不仅是病人生命财产的隐患，也是造成医务人员工作量大，工作压力重的重要因素。至于药液是否停液，滴液的速度是快还是慢等，一般都是在病人没有入睡时或他人帮助下通过各种开关来通知医务人员及时采取措施的。为了克服传统临床输液中由患者、陪护或医护人员随时观察监视药液余量情况，牵扯精力大、效率低、不利于病区的综合管理的弊端，结合临床实践，利用光电原理和单片机技术研制出一种智能输液监测装置。这种装置能够实现远距离，多床位，集中分时显示各床位的输液状况，并自动报警，对医疗工作有很大的帮助。 本装置由液滴采集电路、LED显示与键盘控制电路、报警输出电路

3、以及通信装置组成，通过光电开关传感器把液滴信号转换为电脉冲信号，并以电信号的形式传给单片机，经运算，分析，处理后单片机将数据传送给LED显示模块，并能报警，以提醒医护人员进行相应的处理。1 输液监护器的总体设计1.1 系统的构成该监控系统由主从站两大部分组成，其框图如图1.1：图1.1主从站结构框图Fig1.1 Block diagram of main station1）主站（监控中心）由PC机作为上位机，采用巡回查询的方式与从站进行通信，收集从站的实时信息，并进行显示及报警。2）从站以AT89C51单片机为中心，完成对某一具体输液控制过程的监控。这次设计主机和从机的通信采取的是无线通信。采

4、用nRF905无线通信芯片把主站和多个从站连成一个系统，实现主机与从机的远程通信，即远程控制。本次设计主要针对从站进行设计。 1.2 系统框图及工作原理系统总体结构框图如图1.2所示晶振电路复位电路键盘输入AT89C51显示装置报警装置控制电机电源电路nRF905nRF905AT89C51MAX232监控电脑图1.2系统的结构框图Fig1.2 Block diagram of system输液监控系统以AT89C51单片机为中心，单片机需要电源电路，复位电路，振荡电路来保证其正常工作。默认速度设定值为60滴/min，可以通过键盘来修改设定值。采集装置通过光电开关传感器对速度进行检测，并以电信号

5、的形式传给单片机，经运算，分析，处理后单片机将数据传送给LED显示模块，实现输液速度的显示。通过对设定值和实际值的比较来控制电动机的正，反转，从而带动输液器上的控制齿轮上升下降，达到控制输液速度的目的。另外，当采集装置通过光电开关传感器检测到速度值过高或过低时，直接启动声报警装置。若声报警持续一分钟后无人复位，则由单片机发出信号控制电动机，使输液器上的小齿轮处于无液滴滴出状态，这样可以大大提高输液的安全性。2 输液监护器的设计方案及论证2.1 电动机系统方案的选择 方案一 采用单片机和A/D转换构成系统，控制普通电机的步数和旋转方向，可以考虑达林管组成的H型PWM电路。用单片机控制达林管使之工

6、作在占空比可调的开关状态，精确调整电机转速，减小因惯性，速度，步距角过大而引起的调整误差，达到改变点滴高度的要求，缺点是控制信号为模拟信号，需要将单片机输出的序列脉冲转换，延长了控制的时间，并且步距角为，满足不了控制误差范围为设定值滴的要求。方案二 用单片机控制步进电机，控制信号为数字信号，不在需要数/模转换；具有快速启/停能力，可在一刹那间实现启动或停止，且步距角降低到，延时短，定位准确，精度高，可操作性强。综合考虑题目要求，一方面调节的步长尽可能的小，定位要好；另一方面如果停止信号到来，滑轮能够快速停止。 通过对比，利用步进电机可以自如控制输液器上的手动滑轮，完全满足题目的要求，因此采用方

7、案二。2.2 数据采集方案的选择数据采集一般可以采用以下几种方案：方案一使用发光二极管和光敏三极管组合。方案二使用红外发光二极管和接受管组合。方案三利用激光。通过对比，在这次设计中由于是近距离探测，故采用方案二来完成数据采集。由于红外光波长比可见光长，因此受可见光的影响较小。同时红外系统还具有以下优点：尺寸小、质量轻，能有效的抗可见光波段的伪装，对辅助装置要求最少，对人眼无伤害。当然红外光也有一定的缺点，如大气、潮湿的天气、雾和云对它有衰减作用，所以只适用于室内通信。在现代生活中，人们为了更方便的使用红外光这种有效的媒质，利用红外光做出了很多器件，发射式光电检测器就是其中的一种器件，它具体积小

8、、灵敏度高、线性好等特点，外围电路简单，安装起来方便，电源要求不高。用它作为近距离传感器是最理想的，电路设计简单、性能稳定可靠。2.3 键盘方案的选择方案一 采用矩阵式键盘，此类键盘采用矩阵式行列扫描方式，优点是当按键较多时可降低占用单片机的I/O口数目，缺点为电路复杂且会加大编程难度。方案二 采用独立式按键电路，每个按键单独占有一根I/O接口线,每个I/O口的工作状态互不影响，此类键盘采用端口直接扫描方式。缺点为当按键较多时占用单片机的I/O口数目较多，优点为电路设计简单，且编程极其容易。综合考虑两种方案及题目要求，方案二需要3个I/O口，由于系统资源足够用，故采用方案二。2.4 点滴速度计

9、算方案选择在一定时间内点滴的滴数（即点滴的速度）是单片机通过红外传感器测得的脉冲信号计数获得的，但怎样计算点滴速度以满足在3分钟内实现电机对点滴速度的控制是必须考虑的问题方案一 根据一定时间T（如30秒）内滴下的点滴的滴数n计算点滴的速，计算公式为：（滴/分）。根据此方案，若选取的计数时间T较短，以10秒为例，如检测系统误差为1滴，则算得的速度误差为6滴，此时假设点滴的实际速度为30滴/分，而计算速度为36滴/分，误差为30%，大于题目要求的误差范围10%1滴。若选取的时间计数T较长，则系统达到稳定的时间太长。方案二 根据一定滴数N滴下所经过的时间t计算点滴的速度，计算公式为（滴/分）。此方案

10、的误差与系统计算的时间精度有关，通过调整计算的时间精度可以改进计算误差，达到题目所要求的误差范围。通过比较论证，作者选用方案二。2.5 传输方式的选择要达到集中控制的目的，就要考虑传输方式的问题。单片机和监控电脑的连接有以下两种方案：方案一：采用USB接口，USB接口属于有线传输方式，数据传输的可靠性高，但不便于扩展。方案二：采用无线通信方式。无线通信便于扩展，使用更便利，适用于大容量的情况。通过比较，考虑到医用输液器的情况的流动性，有时病人可能选择在户外进行治疗，因此这里选用了nRF905多段单片高速无线收发芯片。这样监控电脑就能检测并设定输液器的输液速度，实现远距离控制。并且在医院很大，需

11、要扩展时，可以方便的进行扩展。3 输液监护器的硬件设计系统总电路图如图3.1图3.1系统的电路图Fig 3.1 Circuit diagram of system输液监护器以AT89C51单片机为核心，由显示电路、传感器检测电路、限速报警电路，键盘电路等部分组成。传感器检测电路发出微弱的电信号，经过信号调理电路的放大整形处理，转变成单片机能够接收的电信号，通过单片机的定时计数控制，经过数据的计算处理送液晶显示模块显示，实时显示当前速度。通过按键选择功能设定液体点滴速度的极限速度，当液体点滴速度超过所设定的极限速度时限速报警电路发出报警信号，提示医护人员目前的输液状况异常。3.1 单片机的选用3

12、.1.1 现有主流单片机的概述MCS51系列单片机是INTEL公司在20世纪80年代初研制的，很快就在全世界得到广泛的推广应用。MCS51无论是在教学，工业控制，仪器仪表，信息通信，还是在交通，航运，家用电器领域，都取得大量的应用成果。INTEL公司虽然已经把精力集中在计算机的CPU生产上，但是，以MCS51技术核心为主导的微控制器技术以被ATMEL，PHILIPS等公司继承，并在原有的基础上又进行了新的开发，从而产生了和MCS51兼容而功能更加强劲的控制器系列。ATMEL公司所生产的89系列单片机就是基于INTEL公司的MCS51系列而研制的并与MCS51兼容的微控制器系列。ATMEL公司是

13、美国在20世纪80年代中期成立并发展起来的半导体公司，该公司的技术优势在于FLASH存储器技术和高质量高可靠性的生产技术。随着业务的发展。20世纪90年代，ATMEL成为全球最大的EEPROM供应商，1994年为了介入单片机市场，ATMEL公司以EEPROM技术与INTEL的80C31单片机核心技术进行交换，从而取得80C31核的使用权。ATMEL把自身先进的FLASH存储技术和80C31核相结合，从而生产出了FLASH单片机AT89C51系列。这是一种内部含有FLASH存储器的特殊单片机。由于它内部含有大量的FLASH存储器，所以，在产品开发及生产便携式产品，手提式仪器等方面有着十分广泛的应

14、用，也是目前取代传统的MCS51系列单片机的主流单片机之一。3.1.2 单片机的选用单片机作为系统的主控制单元，它控制所有的输入输出。监控系统是一个单片机最小应用系统，系统中有一些功能无法集成到芯片内部，如晶振，复位电路等，需在片外加相应的辅助电路。对于片内无ROM的单片机，还应该配置片外程序存储器。这里选用的是ATMEL公司的AT89C2051和AT89C51，都带内置ROM，只需加电源，震荡电路，复位电路等。单片机最小应用系统如图3.2所示图3.2单片机最小应用系统Fig 3.2 Smallest application system of MCUAT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可

15、擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的单片机，其指令集和传统的51单片机指令集是一样的。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，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。1 AT89C51主要性能：（1） 与MCS-51 兼容（2） 4K字节可编程FLASH存储器(寿命：1000写/擦循环) （3） 全静态工作：0Hz-24KHz（4） 三级程序存储器保密锁定（5） 128*8位内部RAM（6） 32条可编程I/O线（7） 两个16位定时

16、器/计数器（8） 6个中断源（9） 可编程串行通道（10）低功耗的闲置和掉电模式（11）片内振荡器和时钟电路2 AT89C51管脚图：AT89C51管脚图如图3.3图3.3 AT89C51管脚图Fig 3.3 Pin structure chart of AT89C513 AT89C51引脚功能P0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。P1口：P1口

17、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。P2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

18、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。 P3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。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示： P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1

19、（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）4 芯片擦除： 整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止3.1.3 单片

20、机I/O口管脚分配 由单片机外部接线可知，I/O口管脚分配情况如下： P1.0与报警装置相连，当输液出现异常或报警键被按下时，P1.0口会有一个高电平，驱动报警装置。 P1.1是加健按钮的输入，当检测到加键被按下，P1.1输入一个低电平，设定值加一。 P1.2是减健按钮的输入，当检测到减键被按下，P1.2输入一个低电平，设定值加一。 P1.3是加健按钮的输入，当检测报警键被按下，P1.3输入一个低电平，给P1.0一个高电平，触发报警装置。 P1.4P1.6为步进电动机的脉冲输入端，通过轮流置一来控制电动机的旋转和转向。 P1.7为数据采集端口，当有脉冲经过时，就会给P1.7一个高电平信号，从而

21、进行脉冲计数，计算流速。 P3口是与上位机的通信端口 P0.0P0.5是显示器的位控制端口P2.0P2.3是显示数据的输出口3.2 执行机构本设计的执行机构采用的是步进电机。单片机控制步进电动机，主要任务是： 按相序输入脉冲以实现电机转动方向控制。每输入一个脉冲电机沿选择方向前进一步，每前进一步电机转动一个固定角度。从这个意义上讲，电机也是一个数字/角度转换器。3.2.1 步进电动机概述步进电动机是一种将脉冲信号变换成相应的角位移(或线位移)的电磁装置，是一种特殊的电动机。一般电动机都是连续转动的，而步进电动机则有定位和运转两种基本状态，当有脉冲输入肘步进电动机一步一步地转动，每给它一个脉冲信

22、号，它就转过一定的角度。步进电动机的角位移量和输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步，因此只要控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电的相序，便可获得所需的转角、转速及转动方向。在没有脉冲输入时，在绕组电源的激励下气隙磁场能使转子保持原有位置处于定位状态。 在电动机定子上有A、B、C三对磁极，磁极上绕有线圈，分别称之为A相、B相和C相，而转子则是一个带齿的铁心，这种步进电动机称之为三相步进电动机。如果在线圈中通以直流电，就会产生磁场，当A、B、C三个磁极的线圈依次轮流通电，则A、B、C三对磁极就依次轮流产生磁场吸引转子转动。定子各相轮流通电一次转子转过一个齿。这样按ABCABCA次序

23、轮流通电，步进电动机就一步一步地按逆时针方向旋转。如果把步进电动机通电线圈转换的次序倒过来换成ACBACB的顺序，则步进电动机将按顺时针方向旋转，所以要改变步进电动机的旋转方向可以在任何一相通电时进行。 步进电动机已成为除直流电动机和交流电动机以外的第三类电动机。传统电动机作为机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。可是在人类社会进入自动化时代的今天，传统电动机的功能已不能满足工厂自动化和办公自动化等各种运动控制系统的要求。为适应这些要求，发展了一系列新的具备控制功能的电动机系统，其中较有自己特点，且应用十分广泛的一类便是步进电动机。 步进电动机最大的生产国是日本，

24、如日本伺服公司、东方公司、SANYO DENKI和MINEBEA及NPM公司等，特别是日本东方公司，无论是电动机性能和外观质量，还是生产手段，都堪称是世界上最好的。现在日本步进电动机年产量（含国外独资公司）近2亿台。 德国也是世界上步进电动机生产大国。德国B.L.公司1994年五相混合式步进电动机专利期满后，推出了新的三相混合式步进电动机系列，为定子6极转子50齿结构，配套电流型驱动器，每转步数为200、400、1000、2000、4000、10000和20000，它具有通常的二相和五相步进电动机的分辨率，还可以在此基础上再10细分，分辨率提高10倍，这是一种很好的方案，充分运用了电流型驱动技

25、术的功能，让三相电动机同时具有二相和五相电动机的性能。3.2.2 步进电机控制原理步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。步进电机可分为反应式步进电机（简称VR）、永磁式步进电机（简称PM）和混合式步进电机（简称HB）。 步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。 步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。其基本原理作用如下：1)控制换相顺序 通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：三相步进电机的三拍工作方

26、式，其各相通电顺序为A-B-CA,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B,C,A相的通断。2)控制步进电机的转向 如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。3)控制步进电机的速度 如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。表3.1步进电机控制原理Table 3.1 Control principle of stepmotor方式 步序 控制位 通电绕组 控制字 三 相单三拍式 1步 2 步 3 步 P1.6 P1.5 P1.4 C相

27、 B相 A相 0 0 1 0 1 0 1 0 0 A相 B相 C相01H02H03H根据上表，单三拍相序为 ABCA时电机正转，反之ABC2最大正向电流(mA) 50发光峰值波长(nm)940正向压降(v)1.5半峰宽度(A)400反向电流(A)50结电容(pf)100反向耐压(v)5截止频率(mHZ)13.3.3 光敏三极管的主要参数硅光敏三极管用于近红外光探测器，以及光耦合，特性识别，过程控制等方面。用陶瓷底座环氧封装，下表列出了硅光敏三极管的主要性能参数，根据性能参数进行液体点滴速度检测电路的设计。表 3.3光敏三极管的主要参数Table 3.3 Main parameter of tr

28、iode参数符号额定值工作温度()Topr-65 +125存储温度()Tstg-65 +150集射极击穿电压(v)Vceo45集电极基极击穿电压(v)Vcbo45发射极基极击穿电压(v)Vebo5功率损耗(mW)Pd300集电极电流(mA)Ic1.0饱和电压(v)Vce0.4峰值波长(nm)940开启时间(s)Ton8切断时间(s)Toff73.4 电源模块监控系统采用电池供电，可满足室内走动的需要。为保证输液正常工作，电源电路中还配有电池电量检测装置，在电池电量比较低，可能会影响到输液正常工作的情况下及时报警，提醒更换电池。由于单片机和显示器都需要5V左右电源，而nRF905需要3.6V电源

29、，所以这里在做电路板时采用留插槽的方式，提供5V电源，然后通过DCDC芯片MRCLD33B得到3.6V电源。与监控电脑相连接的电路由电脑供电。单片机和RS-232C接口需要5V电源，而nRF905需要3.6V电源，所以也要通过芯片MRCLD33B得到3.6V电源。3.5 声报警模块报警电路如图3.8所示，直接接在单片机的P1.0脚，在输液前，根据病人情况设定输液速度，当点滴的速度低于20滴/分或高于150滴/分时，单片机发出信号使P1.0出现高电平，触发蜂鸣器报警装置，蜂鸣器发出响声。如有人按报警按钮，I/O口也会输出高电平，触发蜂鸣器报警，提醒医护人员和受液人采取相应措施，避免危险事故发生。

30、如10秒后仍然无人处理，则关闭输液器。保证病人安全。图3.8 报警电路Fig3.8 Alarm circuit3.6 复位电路此系统采取的是手动复位，按下复位按钮，在RST端就会产生高电位，持续2个机械周期，系统就会复位。电路图如图3.9：图3.9复位电路Fig3.9 Repositions circuit3.7 显示模块在单片机应用系统中，通常都要有人机对话功能。它包括人对应用系统的状态干预和数据输入以及应用系统向人报告运行和运行结果。显示模块就是单片机向人汇报运行情况的工具。在单片机系统中,常用的显示器有:1）发光二极管显示器,简称LED(Light Emitting Diode);2）液

31、晶显示器,简称LCD(Liquid Crystal Display);3）荧光管显示器，简称CRT。近年来也开始使用简易的CRT接口,显示一些汉字及图形。LED就能满足显示的要求，所以本设计采取LED显示3.7.1 LED显示器的结构LED显示器是单片机应用系统中常用的价廉输出设备。它是由若干个发光二极管组成的,当发光二极管导通时,相应的一个点或一个笔画发亮。控制不同组合的二极管导通,就能显示出各种字符。LED数码管的外形如图3.10所示： 图3.10 LED外形Fig 3.10 Appearances of LED 发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极显示器,阴极连在一起的称为共阴极显示器。

32、结构图如图3.11(a),(b)所示(a) 共阳极接法(a) anode pole structure altogether(b)共阴极接法(b) negative pole structure altogether图3.11 LED显示器接法Fig3.11 Connection of LED monitor 对于共阴极LED,欲点亮的段在字节中所处的位为“1”,对于共阳极LED,欲点亮的段在字节中所处的位为“0”，本设计采取的是共阴极接法。表3.4 LED共阴/共阳段选编码表Table 3.4 section chooses the code table of LED显示字符共阴极字型码共阳

33、极字型码显示字符共阴极字型码共阳极字型码03FHC0 C39HC6H106HF9HD5EHA1H25BHA4HE79H86H34FHB0HF71H8EH466H99HP73H8CH56DH92HU3EHC1H67DH82HI31HCEH707HF8HY6EH91H87FH80HH76H89H96FH90HL38HC7HA 77H88H空格00HFFHB7CH83H3.7.2 LED显示器的显示方法LED显示器有静态显示和动态显示两种显示方式，本设计采取的是动态显示，1）LED静态显示方式所谓静态显示，就是当显示器显示某一个字符时，相应的发光二极管恒定地导通或截止，例如七段显示器的a,b,c,d

34、,e,f导通，g截止，显示0。这种显示方式每一位都需要有一个位输出口控制。2）LED动态显示方式扫描显示方式,即在某一时刻,只让某一位的位选线处于选通状态,而其它各位的位选线处于关闭状态,同时,段选线上输出相应位要显示字符的字型码,这样同一时刻,4位LED中只有选通的那一位显示出字符,而其它三位则是熄灭的。由于人眼有视觉暂留现象,只要每位显示间隔足够短,则可造成多位同时亮的假象,达到显示的目的。本设计采取的是动态显示。3.7.3 7段译码器CD4511CD4511是七段码十六进制锁存译码驱动芯片，它能将四位二进制数编码转换位七段LED显示器的字段码，同时具有锁存和驱动能力。CD4511管脚配置

35、如图3.12所示：图3.12 CD4511管脚图Fig 3.12 Pin structure chart of CD4511A，B，C，D BCD码输入端LE锁存允许端，当LE=0时，4位BCD码进入锁存器，当LE=1时，输入的数据被锁存，其逻辑图如图3.13所示：/LT 和/BI的功能如表3.5所示，ag的七段码输出端。图3.13 CD4511逻辑图Fig3.13 CD4511 logic picture表3.5 CD4511真值表 Table 3.5 CD4511 truth table输入输出LE/BI/LTD C B Aa b c d e f g 显示*0000000000000000

36、1*0111111111111111110111111111111111111* * * * * * *0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 1* * * *1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 00 1 1 0 0 0 01 1 0 1 1 0 11 1 1 1 0 0 10 1 1 0 0 1 11 0 1 1 0 1 10 0 1 1 1 1 11 1 1 0 0 0

37、01 1 1 1 1 1 11 1 1 0 0 1 10 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0.B0123456789.3.7.4 显示模块电路设计电路图如图3.14所示，显示模块有六位数码管组成，七段译码器CD4511作为数码管的驱动器。P0.0P0.5作为六位数码管的位选信号，接在CD4511锁存允许端LE，当P0.0P0.5某位为低信号时，当LE=0时，控制相应的CD4511工作，4位BCD码进入锁存器，从而显示相应数字。图3.14显示模块电路图Fig3.14 Circui

38、t diagram of monitor3.8 键控模块根据功能上的需要，本输液监护器的键控模块主要用来进行参数设置。使用前可设定液滴，在输液时可随时暂停输液，并可以在任意时刻重新启动继续输液。为提高安全性，还有异常情况造成的流速过快或停止时的报警装置。这样完成所有操作总共需要四个键。复位要占用一个键，病人紧急呼救要占用一个键。速度设定可以采取加减得方式，先在内部设定一个初始值，然后通过加和减的方式改变数值。这样就用到一个加键和一个减键。单片机的I/O口丰富，因此四个键直接接在单片机的I/O口上，采取循环扫描的工作方式，当某一按键被按下时，键盘接地电路导通相应I/O口由高电平下降为低电平，此时

39、单片机系统监测到P1口相应位的电平变化执行相应的子程序，本程序中子程序为对P2口送出所键入数字的四位二进制代码，作为CC4511译码器的输入信号驱动数码管。例：按下按加键则P1.1由高电平下降为低电平，单片机系统扫描P1口监测到p1.1的变化执行子程序。图3.15键盘电路Fig3.15 Keyboard electric circuit3.9 通信模块单片机和监控电脑的连接采用的是无线通信方式，监控电脑能检测并设定输液器的输液速度，并实现远距离的控制。通信芯片采用了无线通信芯片nRF905。nRF905可以直接与单片机连接，所以从机控制模块AT89C51可直接与nRF905连接。而监控电脑不能

40、与nRF905直接相连，这就需要nRF905先与AT89C2051相连，在通过RS232接口与监控电脑实现连接。通信接口芯片采取的是MAX232，它主要实现AT89C2051的接口与RS232之间的电平转换，芯片内部有一个电源变换电路，可把输入的+5V电源电压变换成RS232C输出电平所需的12V +12V的电压，所以此芯片接口的串行通信系统只需+5V电源就可以了。3.9.1 nRF905芯片结构、引脚介绍及工作模式1) 芯片结构nRF905片内集成了电源管理、晶体振荡器、低噪声放大器、频率合成器功率放大器等模块，曼彻斯特编码/解码由片内硬件完成，无需用户对数据进行曼彻斯特编码，因此使用非常方

41、便。nRF905的详细结构如图3.16所示。 图3.16 nRF905的结构Fig3.16 Block diagram of nRF9052) 引脚介绍表3.6 nRF905引脚Table 3.6 nRF905 pins引脚名称引脚功能描述1TRX_CE数字输入使nRF905工作与接受或发送状态2PWR_UP数字输入工作状态选择3uPCLK时钟输入输出时钟4VDD电源电源正端5VSS电源电源地6CD数字输入载波检测7AM数字输入地址匹配8DR数字输入数据准备好10MISOSPI输入SPI输出11MOSISPI输入SPI输入12SCKSPI时钟SPI时钟13CSNSPI片选SPI片选，低有效14

42、XC1模拟输入晶振输入引脚115XC2模拟输出晶振输入引脚219VDD_PA输出电源给功率放大器提供1.8V的电压20ANT1射频天线接口121ANT2射频天线接口223IREF模拟输入参考输入31VDD_1V2电源低电压正数字输入32TX_EN数字输入=1，发送模式；=0，接受模式3) 工作模式nRF905有两种工作模式和两种节能模式。两种工作模式分别是ShockBurstTM接收模式和ShockBurstTM发送模式，两种节能模式分别是关机模式和空闲模式。nRF905的工作模式由TRX_CE、TX_EN和PWR_UP三个引脚决定，详见表3.7。表3.7 nRF905工作模式Table 3.

43、7 nRF905 working patternPWR_UPTRX_CETX_EN工作模式0关机模式10空闲模式110射频接受模式111射频发送模式(1) ShockBurstTM模式与射频数据包有关的高速信号处理都在nRF905片内进行，数据速率由微控制器配置的SPI接口决定，数据在微控制器中低速处理，但在nRF905中高速发送，因此中间有很长时间的空闲，这很有利于节能。由于nRF905工作于ShockBurstTM模式，因此使用低速的微控制器也能得到很高的射频数据发射速率。在ShockBurstTM接收模式下，当一个包含正确地址和数据的数据包被接收到后，地址匹配(AM)和数据准备好(DR)

44、两引脚通知微控制器。在ShockBurstTM发送模式，nRF905自动产生字头和CRC校验码，当发送过程完成后，数据准备好引脚通知微处理器数据发射完毕。由以上分析可知，nRF905的ShockBurstTM收发模式有利于节约存储器和微控制器资源，同时也减小了编写程序的时间。下面具体详细分析nRF905的发送流程和接收流程。a 发送流程典型的nRF905发送流程分以下几步：A.当微控制器有数据要发送时，通过SPI接口，按时序把接收机的地址和要发送的数据送传给nRF905，SPI接口的速率在通信协议和器件配置时确定；B.微控制器置高TRX_CE和TX_EN，激发nRF905的ShockBurst

45、TM发送模式;C.nRF905的ShockBurstTM发送：(1)射频寄存器自动开启；(2)数据打包(加字头和CRC校验码)；(3)发送数据包；(4)当数据发送完成，数据准备好引脚被置高；D.AUTO_RETRAN被置高，nRF905不断重发，直到TRX_CE被置低；E.当TRX_CE被置低，nRF905发送过程完成，自动进入空闲模式。ShockBurstTM工作模式保证，一旦发送数据的过程开始，无论TRX_EN和TX_EN引脚是高或低，发送过程都会被处理完。只有在前一个数据包被发送完毕，nRF905才能接受下一个发送数据包。 b 接收流程A.当TRX_CE为高、TX_EN为低时，nRF90

46、5进入ShockBurstTM接收模式；B.650us后，nRF905不断监测，等待接收数据；C.当nRF905检测到同一频段的载波时，载波检测引脚被置高；D.当接收到一个相匹配的地址，地址匹配引脚被置高；E.当一个正确的数据包接收完毕，nRF905自动移去字头、地址和CRC校验位，然后把数据准备好引脚置高F.微控制器把TRX_CE置低，nRF905进入空闲模式；G.微控制器通过SPI口，以一定的速率把数据移到微控制器内；H.当所有的数据接收完毕，nRF905把数据准备好引脚和地址匹配引脚置低；I.nRF905此时可以进入ShockBurstTM接收模式、ShockBurstTM发送模式或关机

47、模式。当正在接收一个数据包时，TRX_CE或TX_EN引脚的状态发生改变，nRF905立即把其工作模式改变，数据包则丢失。当微处理器接到地址匹配引脚的信号之后，其就知道nRF905正在接收数据包，其可以决定是让nRF905继续接收该数据包还是进入另一个工作模式。(2) 器件配置所有配置字都是通过SPI接口送给nRF905。SIP接口的工作方式可通过SPI指令进行设置。当nRF905处于空闲模式或关机模式时，SPI接口可以保持在工作状态。a SPI接口配置SPI接口由状态寄存器、射频配置寄存器、发送地址寄存器、发送数据寄存器和接收数据寄存器5个寄存器组成。状态寄存器包含数据准备好引脚状态信息和地

48、址匹配引脚状态信息；射频配置寄存器包含收发器配置信息，如频率和输出功能等；发送地址寄存器包含接收机的地址和数据的字节数；发送数据寄存器包含待发送的数据包的信息，如字节数等；接收数据寄存器包含要接收的数据的字节数等信息。b 射频配置射频配置寄存器和内容如表3.8所示：表3.8射频配置寄存器Table 3.8 Radio frequency disposition register名称位宽描述CH_NO9和HFREQ_PLL一起进行频率设置（默认值为001101100=108）HFREQ_PLL1使PLL工作于433或868/915MHZ（默认值为0） 0- 工作于433MHZ频段;1- 工作于8

49、68/915MHZ频段PA_PWR2输出功率（默认值为00）RX_RED_PWR1接受方式节能端，该位高时，接受工作电流为1.6mA，同时灵敏度也降低AUTO_RETRAN1自动重发位，只有当TRX_CE和TXEN为高时才生效RX_AFW3接受地址宽度（默认值为100），001- 1byteRX地址; 100- 4byteRX地址TR_AFW3发送地址宽度（默认值为100），001- 1byteTX地址; 100- 4byteTX地址RX_PW6发送数据宽度（默认值为100000） 000001- 1byte发送数据宽度； 000010- 2byte发送数据宽度 100000- 32byte发送数据宽度TX_PW6接受数据宽度（默认值为100000） 000001- 1byte接受数据宽度； 000010- 2byte接受数据宽度 100000- 32byte接受数据宽度RX_ADDRESS32发送地址标识（默认值为E7E7E7E7）UP_CL