液體點滴速度監(jiān)控裝置的設(shè)計

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1、液體點滴速度監(jiān)控裝置[摘要]該裝置實時地監(jiān)測液體點滴速度，通過單片機(jī)對信息的分析和處理，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)成了一個高性能的閉環(huán)控制系統(tǒng)。實現(xiàn)了對點滴輸液速度的直觀監(jiān)測，同時對一些異常情況的出現(xiàn)可實施報警。利用該裝置還能通過主控平臺對各個分立系統(tǒng)信息實施自動化、智能化的集中處理。能方便、簡易的操作和使用，對醫(yī)療具有很強(qiáng)的實用性。[關(guān)鍵詞]實時監(jiān)控紅外傳感閉環(huán)控制步進(jìn)電機(jī)一、方案設(shè)計與論證根據(jù)題目要求和原輸液裝置的特點，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。待測和控制量

2、傳感器信號處理人機(jī)對話界面電機(jī)驅(qū)動速度控制圖1此方案的傳感器采用簡單的液體導(dǎo)電原理，在滴斗處安裝兩個電極。當(dāng)水滴落下時，電極導(dǎo)通，從而使待測量的變化轉(zhuǎn)化為高低電平電信號。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)到改變點滴速度，從而進(jìn)行控制。2、方案二把通過電機(jī)改變系統(tǒng)裝置高度的方法，改為控制步進(jìn)電機(jī)對輸液管進(jìn)行壓縮或緩松，從而實現(xiàn)對點滴速度的改變。采用交流電動機(jī)控制H2的高度。即采用紅外傳感器測量滴斗滴液，送至單片機(jī)接口計數(shù)，通過數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換為4—20MA標(biāo)準(zhǔn)電流值，同時通過鍵盤輸入給定每分鐘

3、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，將此兩個信息同時進(jìn)入數(shù)字PID調(diào)節(jié)器。通過偏差計算再輸出一組4—20MA標(biāo)準(zhǔn)電流值，通過變頻調(diào)速器控制電動機(jī)調(diào)節(jié)H2的高度，來控制滴斗滴數(shù)。此方案的優(yōu)點是，完全按目前電氣工程標(biāo)準(zhǔn)化運作，可以在很短時間完成。2、方案三根據(jù)點滴裝置的特點，通過對裝置的某一位置進(jìn)行監(jiān)測和控制，達(dá)到對整個系統(tǒng)液體點滴速度的監(jiān)控。（如圖1）。通過控制輸液軟管夾頭的松緊來控制點滴速度，采用紅外傳感器測量滴斗滴數(shù)，送至單片機(jī)接口計數(shù)并顯示，首先標(biāo)定兩個脈沖（兩滴間）間的時間間隔（以10MS

4、為時基單位）。然后計算給定滴斗滴數(shù)（通過鍵盤）的時間間隔（以10MS為時基單位）。將此兩個時間間隔進(jìn)行比較，以決定步進(jìn)電機(jī)運行的方向。該步進(jìn)電機(jī)通過絲杠控制輸液軟管夾頭的松緊，來控制滴斗滴數(shù)4、方案比較方案一的特點是：實現(xiàn)比較簡單容易，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，可能對不同的藥物有影響，同時傳感器（電極）不能重復(fù)使用，以防止傳染。方案二通過改用紅外傳感器，彌補了方案一的不足。但是還存在問題，利用改變高度的方法雖然容易實現(xiàn)，但可控性不好。由此，我們采用了第三種方案，通過擠壓輸液管的辦法來實

5、現(xiàn)對點滴速度的控制。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)紅外傳感器及信號處理輸液管步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動圖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)實現(xiàn)自動化和智能化成為了現(xiàn)實。其中的器件都比較簡單，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。通過紅外傳感器對水滴滴落的動態(tài)信息的感應(yīng)，單片機(jī)對數(shù)據(jù)的采集分析和處理，同時使用小功率的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行機(jī)械調(diào)整，使裝置能機(jī)智、即時的響應(yīng)操作者的使用。二、主要電路原理與設(shè)計1、AT89C51單片機(jī)基本系統(tǒng)

6、控制與數(shù)值信號處理的核心采用AT89C51單片機(jī)，采用串口工作方式。電路如圖3。圖31、顯示與鍵盤如圖4利用74LS164進(jìn)行串行動態(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)簡單，功能強(qiáng)大。采用中斷和查詢的方法，設(shè)計的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、紅外傳感和信號處理采用紅外線的發(fā)射和接收裝置，它可用來檢測包括液體在內(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。利用光電耦合器對電信號進(jìn)行處理，減少干擾。4、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動和控制

7、如圖5圖55、聲光報警當(dāng)檢測到液面低于3cm時由單片機(jī)采集到報警信號，由報警芯片發(fā)出聲光報警。5、主控制平臺可以組建一個小型的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，由主機(jī)控制和監(jiān)視各個從機(jī)的工作狀態(tài)和各個裝置的信息。如圖61號從站主控站模擬從站圖6四、系統(tǒng)軟件工作流程如圖7到圖121、軟件設(shè)計：軟件部分參考流程圖，這里主要講述一下軟件編寫過程中的幾個細(xì)節(jié)部分。如前所述，我們計算滴水速度的原理是通過求出2個水滴之間的時間差，通過分析，我們通過定時器建立一個基準(zhǔn)時鐘，該基準(zhǔn)時鐘有2個字節(jié)單元，分別秒單位和10毫秒單位的數(shù)值。在每次傳感器送來中

8、斷的時候調(diào)用“傳感測量”子程序，在該子程序中，我們在取當(dāng)前觸發(fā)時間時，先把上一個脈沖發(fā)生的時間保存在“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)生時間。這樣我們就記錄下了2個時間（連續(xù)）值。歷史寄存器當(dāng)前寄存器基準(zhǔn)時鐘nn-1中斷前：(n+1)(n-1)中斷時：注：箭頭方向為中斷時的賦值方向圖7由于基準(zhǔn)時鐘是以10毫秒為最小單位的，而對于頻率范圍在20Hz~150H