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2 总体方案设计
本次设计思想主要是想借助单片机，对医疗点滴输液加以半自动化的控制。首先通过液位传感器检测信号，然后将检测到的信号送给单片机进行处理，通过数码管，将床位信息显示在监控室，然后由护理人员对具体情况进行处理。
2.1 系统基本方案
根据题目要求系统可以分为以下几个模块：点滴速度测量模块，储液液面
检测模块，键盘显示模块，电机系统控制（点滴速度控制）模块。系统的基本框图如图2.1所示。
图2.1 系统基本框图
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2.2 方案论证与比较
由于题目所要求的系统比较复杂，涉及速度检测、速度控制、电机控制、数码显示、自动报警等各个方面。所以我们考虑利用89C52单片机作为核心控制部分来构成题目所要求的系统。
2.3 系统各个模块的选择与论证
（1） 点滴速度测量
方案一 ：采用电感式传感器测量点滴速度。在输液器的漏斗外围绕线圈作为敏感元件。当液滴滴下是电感量发生变化，通过LC振荡电路后输出变化的频率值，经过F/V变换电路及电压比较后输出TTL电平信号来检测点滴速度。此方案测量精度比较高，但是外围电路比较复杂。
方案二：采用红外对管发射接收。采用断续式的工作方式，在点滴落下时阻挡了接收管接收红外线，产生高电平的脉冲信号。为了提高抗干扰能力，可以采用两对红外传感器一发一收，而不是只用一只传感器以反射式状态工作。红外传感器有以下优点：尺寸小，质量轻，安装在滴斗上较简单；对辅助电路要求少，在近距可以用直流发射，电路简单，性能稳定。此方案简单，较容易实现。 （2） 储液检测电路
题目要求是在储液瓶中的液位低于2～3cm时发出报警信号。在此是关键如何检测到液位的高度，报警较易实现。检测液位有多种方法。
方案一：同点滴速度测量模块，仍然采用红外对管发射接收。根据该接收管收到的光强的大小来判断液位是否达到警戒水位。
方案二：采用称重传感器检测。利用称重传感器检测总质量，并与实际测量中当液体液面达到设定位置时的总质量相比较，根据液体体积与质量的关系，当测量总质量与设定值相等时发出报警。
方案三：用测定电容的方法来检测。在瓶壁上用两块薄金属箔包裹构造出一个电容。根据电容中的介质不同，可以确定是否达到警戒水位。此数据可以由实验中得出。
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（3） 电机控制系统（点滴速度控制）模块
利用电机来控制调节点滴的速度有两种方案：
方案一：通过改变滴斗到受液瓶的高度H2来调节点滴的速度。由电动机带动储液瓶使储液瓶上升或下降改变滴斗到受液瓶的高度H2，从而调节点滴速度。此种调节方法简单，容易实现。
方案二：通过控制滴速夹的松紧来控制点滴的速度。不过滴速夹用于大范围的调节滴速，难以控制，适用于粗调。
电机驱动控制电路:
方案一: 采用直流电机。
由于直流电机上电即转动，掉电后惯性较大，停机时还会转动一定角度后才可停下来。转矩小、 无抱死功能，如果要求准确停在一个位置，其闭环算法较复杂。
方案二: 采用步进电机。
步进电机是一种用电脉冲进行控制，将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机。步进电机每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输人的脉冲数成正比， 转速与脉冲频率成正比。用单片机控制步进电机，控制信号为数字信号，不再需要数/ 模转换，具有快速启/ 停能力，可在一刹那间实现启动或停止，且步距角降低小，延时短，定位准确，精度高，可操作性强。 （4） 键盘显示单元
根据题目条件，滴速的大小要由人工设定的。滴速的设定值与调整值都可以在键盘上显示。对于其显示有以下的两种方案：
方案一：采用液晶显示屏和通用矩阵键盘。液晶显示屏（LCD）具有功耗小、轻薄短小无辐射危险，平面直角显示以及影象稳定不闪烁，可视面积大，画面效果好，抗干扰能力强等特点。
方案二：采用五位LED七段数码管显示点滴数目。按键采用单列五按键。数码管具有：低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化，对外界环境要求较低。同时数码管采用BCD编码显示数字，程序编译容易，资源占用较少。
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2.4 系统最终方案确定
根据以上方案的论证分析，结合器件与设备等因素，系统各模块方案确定如下：
（1）点滴速度测量采用红外对管发射接收方式。 （2）储液检测电路仍然采纳红外对管发射接收装置。
（3）点滴速度控制是利用步进电动机正反转来调节储液瓶的高度来实现的。 （4）键盘控制及显示用的是矩阵式键盘和五位七段数码管。
3 系统硬件的基本组成部分
本题目中运用了检测技术、自动控制技术和电子技术。系统可以分为传感器检测部分和控制部分。
传感器检测部分：系统利用红外对管发射接收即光点传感器将检测到的信号转化为控制器可以辨别的电信号。传感器检测电路包括2个单元电路：点滴速度测量电路、储液检测电路。
智能控制部分：系统中控制器件根据有传感器变换输出的电信号进行逻辑判断，控制点滴的速度及数码管的显示，完成了点滴装置的自动检测、自动调速、数码显示及报警功能等各项任务。开控制部分主要包括3个电路：单片机控制电路、电动机的驱动电路、数码管的动态显示电路。
3.1 点滴速度测量电路
采用红外对管发射接收测量点滴速度，其电路原理图如图3.1所示。
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2
3
4
计算机控制课程设计+5V +5V
R 1 220 G1
R 2 47
计 脉 输 数 冲 出+5V +5V
R 3 220 G2
R 4 47
NOR
VCC
VCC
图 3.1 点滴速度测量电路
根据光学折射原理,光线在穿透密度不同的介质时,在交界面将产生反射与 折射。 将滴管放置在检测用槽形光耦的中间,在检测过程中,液滴呈近椭圆状向下 作加速运动并通过槽型光耦,由于液滴的表面是曲面,所以上半部与下半部将光 线两次折射,使接收端接收不到光而产生两次高电平,仅在液滴中部光线可以直 射穿过,使接收端输出低电平,从而实现计数功能。