液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置的設(shè)計(jì)

《液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置的設(shè)計(jì)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。

1、液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置[摘要]該裝置實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)液體點(diǎn)滴速度，通過(guò)單片機(jī)對(duì)信息的分析和處理，由主機(jī)發(fā)出相應(yīng)的指令，調(diào)整系統(tǒng)的工作平穩(wěn)，構(gòu)成了一個(gè)高性能的閉環(huán)控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了對(duì)點(diǎn)滴輸液速度的直觀監(jiān)測(cè)，同時(shí)對(duì)一些異常情況的出現(xiàn)可實(shí)施報(bào)警。利用該裝置還能通過(guò)主控平臺(tái)對(duì)各個(gè)分立系統(tǒng)信息實(shí)施自動(dòng)化、智能化的集中處理。能方便、簡(jiǎn)易的操作和使用，對(duì)醫(yī)療具有很強(qiáng)的實(shí)用性。[關(guān)鍵詞]實(shí)時(shí)監(jiān)控紅外傳感閉環(huán)控制步進(jìn)電機(jī)一、方案設(shè)計(jì)與論證根據(jù)題目要求和原輸液裝置的特點(diǎn)，提出以下三種方案：1、方案一直接在滴斗處用兩電極棒的方法。待測(cè)和控制量傳感器信號(hào)處理人機(jī)對(duì)話界面電機(jī)驅(qū)

2、動(dòng)速度控制圖1此方案的傳感器采用簡(jiǎn)單的液體導(dǎo)電原理，在滴斗處安裝兩個(gè)電極。當(dāng)水滴落下時(shí)，電極導(dǎo)通，從而使待測(cè)量的變化轉(zhuǎn)化為高低電平電信號(hào)。采用伺服電機(jī)改變系統(tǒng)裝置中液瓶與受液瓶的高度，達(dá)到改變點(diǎn)滴速度，從而進(jìn)行控制。2、方案二把通過(guò)電機(jī)改變系統(tǒng)裝置高度的方法，改為控制步進(jìn)電機(jī)對(duì)輸液管進(jìn)行壓縮或緩松，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)點(diǎn)滴速度的改變。采用交流電動(dòng)機(jī)控制H2的高度。即采用紅外傳感器測(cè)量滴斗滴液，送至單片機(jī)接口計(jì)數(shù)，通過(guò)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換為4—20MA標(biāo)準(zhǔn)電流值，同時(shí)通過(guò)鍵盤輸入給定每分鐘的滴數(shù)，再將此滴數(shù)將其轉(zhuǎn)換為4—20MA標(biāo)準(zhǔn)電流值，將此兩個(gè)信息

3、同時(shí)進(jìn)入數(shù)字PID調(diào)節(jié)器。通過(guò)偏差計(jì)算再輸出一組4—20MA標(biāo)準(zhǔn)電流值，通過(guò)變頻調(diào)速器控制電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)H2的高度，來(lái)控制滴斗滴數(shù)。此方案的優(yōu)點(diǎn)是，完全按目前電氣工程標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)作，可以在很短時(shí)間完成。2、方案三根據(jù)點(diǎn)滴裝置的特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)裝置的某一位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，達(dá)到對(duì)整個(gè)系統(tǒng)液體點(diǎn)滴速度的監(jiān)控。（如圖1）。通過(guò)控制輸液軟管夾頭的松緊來(lái)控制點(diǎn)滴速度，采用紅外傳感器測(cè)量滴斗滴數(shù)，送至單片機(jī)接口計(jì)數(shù)并顯示，首先標(biāo)定兩個(gè)脈沖（兩滴間）間的時(shí)間間隔（以10MS為時(shí)基單位）。然后計(jì)算給定滴斗滴數(shù)（通過(guò)鍵盤）的時(shí)間間隔（以10MS為時(shí)基單位）。將此兩個(gè)時(shí)間間

4、隔進(jìn)行比較，以決定步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的方向。該步進(jìn)電機(jī)通過(guò)絲杠控制輸液軟管夾頭的松緊，來(lái)控制滴斗滴數(shù)第18頁(yè)共18頁(yè)4、方案比較方案一的特點(diǎn)是：實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單容易，原理上也是可行的，但由于本裝置用于醫(yī)療，電弧的產(chǎn)生，可能對(duì)不同的藥物有影響，同時(shí)傳感器（電極）不能重復(fù)使用，以防止傳染。方案二通過(guò)改用紅外傳感器，彌補(bǔ)了方案一的不足。但是還存在問(wèn)題，利用改變高度的方法雖然容易實(shí)現(xiàn)，但可控性不好。由此，我們采用了第三種方案，通過(guò)擠壓輸液管的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)點(diǎn)滴速度的控制。一、系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。顯示與鍵盤控制滴斗AT89C51基本系統(tǒng)紅外傳感器及信號(hào)處理輸液

5、管步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)圖2本系統(tǒng)最主要的是充分利用單片機(jī)編程的靈活性和其強(qiáng)大的功能，使一些小的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化成為了現(xiàn)實(shí)。其中的器件都比較簡(jiǎn)單，盡大可能的利用各集成芯片的功能，如系統(tǒng)的鍵盤和顯示原理電路。通過(guò)紅外傳感器對(duì)水滴滴落的動(dòng)態(tài)信息的感應(yīng)，單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的采集分析和處理，同時(shí)使用小功率的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行機(jī)械調(diào)整，使裝置能機(jī)智、即時(shí)的響應(yīng)操作者的使用。二、主要電路原理與設(shè)計(jì)1、AT89C51單片機(jī)基本系統(tǒng)控制與數(shù)值信號(hào)處理的核心采用AT89C51單片機(jī)，采用串口工作方式。電路如圖3。第18頁(yè)共18頁(yè)圖31、顯示與鍵盤如圖4利用74LS164進(jìn)行串

6、行動(dòng)態(tài)9位數(shù)碼管顯示，74LS164的主要功能是8bits的串入并出數(shù)據(jù)處理。電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大。采用中斷和查詢的方法，設(shè)計(jì)的4鍵鍵盤的形式，利用單片機(jī)的靈活編程，擴(kuò)展其鍵入功能。圖43、紅外傳感和信號(hào)處理采用紅外線的發(fā)射和接收裝置，它可用來(lái)檢測(cè)包括液體在內(nèi)的各種透明體、半透明體、不透明體，從而可以靈敏地反應(yīng)水滴滴下。利用光電耦合器對(duì)電信號(hào)進(jìn)行處理，減少干擾。4、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制如圖5圖55、聲光報(bào)警當(dāng)檢測(cè)到液面低于3cm時(shí)由單片機(jī)采集到報(bào)警信號(hào)，由報(bào)警芯片發(fā)出聲光報(bào)警。5、主控制平臺(tái)可以組建一個(gè)小型的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，由主機(jī)控制和監(jiān)視各個(gè)從機(jī)

7、的工作狀態(tài)和各個(gè)裝置的信息。如圖61號(hào)從站主控站第18頁(yè)共18頁(yè)模擬從站圖6四、系統(tǒng)軟件工作流程如圖7到圖121、軟件設(shè)計(jì)：軟件部分參考流程圖，這里主要講述一下軟件編寫過(guò)程中的幾個(gè)細(xì)節(jié)部分。如前所述，我們計(jì)算滴水速度的原理是通過(guò)求出2個(gè)水滴之間的時(shí)間差，通過(guò)分析，我們通過(guò)定時(shí)器建立一個(gè)基準(zhǔn)時(shí)鐘，該基準(zhǔn)時(shí)鐘有2個(gè)字節(jié)單元，分別秒單位和10毫秒單位的數(shù)值。在每次傳感器送來(lái)中斷的時(shí)候調(diào)用“傳感測(cè)量”子程序，在該子程序中，我們?cè)谌‘?dāng)前觸發(fā)時(shí)間時(shí)，先把上一個(gè)脈沖發(fā)生的時(shí)間保存在“歷史寄存器”中，然后再更新“當(dāng)前寄存器”的值，即取當(dāng)前脈沖的發(fā)生時(shí)間。這樣

8、我們就記錄下了2個(gè)時(shí)間（連續(xù)）值。歷史寄存器當(dāng)前寄存器基準(zhǔn)時(shí)鐘nn-1中斷前：(n+1)(n-1)中斷時(shí)：注：箭頭方向?yàn)橹袛鄷r(shí)的賦值方向圖7由于基準(zhǔn)時(shí)鐘是以10毫秒