液体点滴速度监控装置的设计

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1、液体点滴速度监控装置[摘要]该装置实时地监测液体点滴速度，通过单片机对信息的分析和处理，由主机发出相应的指令，调整系统的工作平稳，构成了一个高性能的闭环控制系统。实现了对点滴输液速度的直观监测，同时对一些异常情况的出现可实施报警。利用该装置还能通过主控平台对各个分立系统信息实施自动化、智能化的集中处理。能方便、简易的操作和使用，对医疗具有很强的实用性。[关键词]实时监控红外传感闭环控制步进电机一、方案设计与论证根据题目要求和原输液装置的特点，提出以下三种方案：1、方案一直接在滴斗处用两电极棒的方法。待测和控制量

2、传感器信号处理人机对话界面电机驱动速度控制图1此方案的传感器采用简单的液体导电原理，在滴斗处安装两个电极。当水滴落下时，电极导通，从而使待测量的变化转化为高低电平电信号。采用伺服电机改变系统装置中液瓶与受液瓶的高度，达到改变点滴速度，从而进行控制。2、方案二把通过电机改变系统装置高度的方法，改为控制步进电机对输液管进行压缩或缓松，从而实现对点滴速度的改变。采用交流电动机控制H2的高度。即采用红外传感器测量滴斗滴液，送至单片机接口计数，通过数字模拟转换，将其转换为4—20MA标准电流值，同时通过键盘输入给定每分钟

3、的滴数，再将此滴数将其转换为4—20MA标准电流值，将此两个信息同时进入数字PID调节器。通过偏差计算再输出一组4—20MA标准电流值，通过变频调速器控制电动机调节H2的高度，来控制滴斗滴数。此方案的优点是，完全按目前电气工程标准化运作，可以在很短时间完成。2、方案三根据点滴装置的特点，通过对装置的某一位置进行监测和控制，达到对整个系统液体点滴速度的监控。（如图1）。通过控制输液软管夹头的松紧来控制点滴速度，采用红外传感器测量滴斗滴数，送至单片机接口计数并显示，首先标定两个脉冲（两滴间）间的时间间隔（以10MS

4、为时基单位）。然后计算给定滴斗滴数（通过键盘）的时间间隔（以10MS为时基单位）。将此两个时间间隔进行比较，以决定步进电机运行的方向。该步进电机通过丝杠控制输液软管夹头的松紧，来控制滴斗滴数4、方案比较方案一的特点是：实现比较简单容易，原理上也是可行的，但由于本装置用于医疗，电弧的产生，可能对不同的药物有影响，同时传感器（电极）不能重复使用，以防止传染。方案二通过改用红外传感器，弥补了方案一的不足。但是还存在问题，利用改变高度的方法虽然容易实现，但可控性不好。由此，我们采用了第三种方案，通过挤压输液管的办法来实

5、现对点滴速度的控制。一、系统原理框图如图2所示。显示与键盘控制滴斗AT89C51基本系统红外传感器及信号处理输液管步进电机驱动图2本系统最主要的是充分利用单片机编程的灵活性和其强大的功能，使一些小的系统实现自动化和智能化成为了现实。其中的器件都比较简单，尽大可能的利用各集成芯片的功能，如系统的键盘和显示原理电路。通过红外传感器对水滴滴落的动态信息的感应，单片机对数据的采集分析和处理，同时使用小功率的步进电机进行机械调整，使装置能机智、即时的响应操作者的使用。二、主要电路原理与设计1、AT89C51单片机基本系统

6、控制与数值信号处理的核心采用AT89C51单片机，采用串口工作方式。电路如图3。图31、显示与键盘如图4利用74LS164进行串行动态9位数码管显示，74LS164的主要功能是8bits的串入并出数据处理。电路结构简单，功能强大。采用中断和查询的方法，设计的4键键盘的形式，利用单片机的灵活编程，扩展其键入功能。图43、红外传感和信号处理采用红外线的发射和接收装置，它可用来检测包括液体在内的各种透明体、半透明体、不透明体，从而可以灵敏地反应水滴滴下。利用光电耦合器对电信号进行处理，减少干扰。4、步进电机驱动和控制

7、如图5图55、声光报警当检测到液面低于3cm时由单片机采集到报警信号，由报警芯片发出声光报警。5、主控制平台可以组建一个小型的网络系统，由主机控制和监视各个从机的工作状态和各个装置的信息。如图61号从站主控站模拟从站图6四、系统软件工作流程如图7到图121、软件设计：软件部分参考流程图，这里主要讲述一下软件编写过程中的几个细节部分。如前所述，我们计算滴水速度的原理是通过求出2个水滴之间的时间差，通过分析，我们通过定时器建立一个基准时钟，该基准时钟有2个字节单元，分别秒单位和10毫秒单位的数值。在每次传感器送来中

8、断的时候调用“传感测量”子程序，在该子程序中，我们在取当前触发时间时，先把上一个脉冲发生的时间保存在“历史寄存器”中，然后再更新“当前寄存器”的值，即取当前脉冲的发生时间。这样我们就记录下了2个时间（连续）值。历史寄存器当前寄存器基准时钟nn-1中断前：(n+1)(n-1)中断时：注：箭头方向为中断时的赋值方向图7由于基准时钟是以10毫秒为最小单位的，而对于频率范围在20Hz~150H