戴诗川：液体点滴速度监控系统设计
stepper motor drive circuit. The drive circuit is absolutely essential to stepper motor applications, which is one of the most important factors for impacting on the performance of play and the reliable operation. From Table 1, check flow through 35H2P2803A4 stepper motor phase current is 300mA. The application of a single power-driven stepper motor drive circuit is shown in Figure 3. Drive circuit used in the L298N chip stepper motor driver.
Table 1 35H2P2803A4 stepper motor parameters
Figure 3 Drive circuit of stepper motor
The L298N is SGS company's products, and contained within the 4-channel logical drive circuit. It can easily drive two DC motors, or a two-phase stepper motor. The L298N can accept standard TTL logic level signal VSS, VSS 4.5~7 V voltage which. 4-pin VS power supply voltage, VS voltage range VIR +2.5 with 46 V. Output current can up to 2.5 A, and can drive inductive loads. In Figure 3, Dl~D8 play a protective effect of freewheeling. Power supply is VS links +12V, l ADC.
IV. EXPERIMENTAL RESULT ANALYSTS
It can be seen form Figure 1, the accuracy of the entire system for the liquid droplets speed test device El, water speed control device E2, data processing error E3 and the quantization error E4 to decide.
In general, the error of the liquid speed test device is not greater than l±2%, the error of water speed control device can be con be controlled in the range of 1±3~5% usually.
The error of data processing and the quantization error can be controlled no more than 0.5% 0 Error distribution and synthesis theory shows that the main factor is the water speed control device error in impact of the whole measurement accuracy. Look-up table 1, 35 H2P2803A4 stepper motor step angle is 1.8°. Stepping error (1.8-360) x 3~5%, calculate the maximum step error of 2.5%. In this way, the whole error E as follows:
After a large number of experimental run, liquid drip rate monitoring system is operating normally, reliable control, remote monitoring of the ideal experimental data are shown in
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Table 2.
Table 2 Control precision
V. CONCLUSION
Liquid drip rate monitoring system uses a stepper motor to control the eccentric wheel technology, by pressure hose, changing the hose cross-sectional area, the control flow through the hose flow. Using L298N chip stepper motor to drive, drive 35H2P2803A4 stepper motor. Make the whole system is reliable. Clinical data show that the per minute 20 to 100 of the drip interval, the error is less than 5%; hospital space constraints, each minute is greater than 100 drip little practical value; the drip rate less than 20 per minute, the general used in intensive care.
译文：
基于偏心轮的医疗滴速监控系统的设计
摘 要
本文根据一种医疗点滴速度控制设备和检测的要求，提出了一种基于偏心轮的监控系统，该液体点滴速度系统主要应用于实现控制液体点滴速度。在该医疗滴速监控系统中，采用L298N集成芯片驱动控制步进电机，这种设计是非常可靠的。对于这种控制系统，它有很多优点，如尺寸小、操作简单、具有成本效益等。 关键词：医疗点滴速度；偏心轮；远程控制；监测系统
1. 引 言
在2009年，国家发展和改革委员会揭露中国使用了10.4亿输液瓶，这是一个比较大的数字，吸引了强烈关注。目前，在医院中使用的静脉输液装置主要挂在患者上方的悬浮输注，利用该液体输入到病人的身体之间的压力差，通过软管夹上的压缩和松弛的输液软管口径来控制下降速度，则输液速度很难准确地控制。对于病人和医务人员来说，这种做法是非常不方便的。如果使用医疗点滴速度监控装置，这将肯定会受到医务人员和患者的欢迎。因此，研究医疗点滴速度监控是非常有意义的。 在过去的十年中，许多研究人员都很在大程度上考虑提高医疗点滴速度控制系统的质量，已经得到许多方法。例如，使用89C51为核心的单片机集成电路，测试单位被设计为主控单元、键盘输入系统、点滴速度检测、点滴速度控制、数字显示、声光报警电路和电子马达驱动器，所有的电路模块单元都连接在单片机的集成电路。将采集到的数据被转化成电信号的形式输入单片机集成电路。在操作、分析和处理后，单片机通过输出口将数据传送到数据显示模块、电子驱动机器及声光报警电路。
在本文中，我们的目标是开发一种便携式医用点滴速度监控设备，可以方便地控制
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输液速度。例如，在医疗滴速监控系统中采用L298N集成芯片驱动控制步进电机，这种设计是非常可靠的。对于这种控制系统，它有很多优点，如尺寸小、操作简单、具有成本效益等。
2. 医疗滴速监控系统
医疗滴速监控系统是一种监测液体滴速的方法。该医疗点滴速度监控装置由软件和硬件两部分构成。硬件部分是一种主要由液滴点滴速度测试装置、液体速度控制装置、人机交换装置、一个PC系统、485网络系统、遥控发射器、接收器和遥控报警和其它部件构成，如图1中所示。偏心轮的医疗滴速度监控系统的总体结构如图2中所示。
偏心轮也被称为偏心连接矩阵，我们认为车轮的外径是一个规则的圆形，但只是相对于营运中心偏置状态连接母体叫偏心轮。偏心轮有两种结构形式，一种是固定的轴，另一个是活动轴，所谓的偏心，顾名思义看它的中心是不是在外圆中间。当轴旋转时，偏心轮驱动一起转动，这就是通常所谓的凸轮机构，其尺寸精度和表面粗糙度要求较高。
使用线切割技术生产的卡槽和偏心轮，偏心轮可放入卡槽。液体流管夹入卡槽与偏心轮之间，偏心轮由电机控制旋转，发动机选用四拍步进电机。当电机旋转时，偏心轮被驱动旋转。在卡槽和所述偏心轮之间的距离变化，所以控制液体流动管的截面积的变化。当液体流管的横截面面积变化时，可以实现控制流量的变化，从而可以得到满意的目的。假设每个瓶子体积为V，流经输液软管的时间为t ，则输液软管截面积为S时，则我们有：
V=S*t (1)
图1医疗滴速监控系统
假设没有每个液滴体积为V0，通过输液软管每分钟截面积的比特数为n，则Y = n* V0*t。那么我们有：
S = V0* N (2)
通常，每个液滴为V0的体积是恒定的，所以通过输液软管部分的面积S与截面积输液软管每分钟的比特数N成正比。
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图2 医疗滴速监控系统的结构
3 点滴速度控制电路
为了控制液体点滴的速度，可以使用偏心轮控制输液软管的面积，以控制液体的点滴速度。这种方法是体积小、易操作、数据处理复杂，所以它可被用来调整来控制滴点的速度。这种方法是体积大，但数据处理简单。采用步进电机来控制偏心轮，使用偏心轮控制输液软管截面积的大小来控制滴速，这种方法具有较好的效果。步进电机使用的原理是将电脉冲信号转换成角位移或开环控制元件的线性位移。根据非超载状态，发动机转速、停止只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，但不影响过载的变化，当步进驱动器接收到一个脉冲，它由一个固定的点驱动步进电机旋转的方向，固定点一步一步的转动。通过控制脉冲的数量来控制角位移量，以达到实现精确的位置。
更多常见的步进电机包括反应性步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机等。混合步进电机结合了反应性步进电机和永磁式步进电机的优点，其步距角小、功率高、功能优良，这是迄今为止性能最高的步进电机。它有两相和五相：通常为1.8度两相步进角，而五相为0.72度的步进角。
35H2P2803A4 混合式步进电机被选作步进电机是由于其体积小、步距角小、功率大、性能好，如表1所示。我们选择使用35H2P2803A4步进电机来控制软管的面积。
若使步进电机的扭矩输出足以驱动负载，我们必须加上步进电机驱动电路。驱动电路是绝对必要的步进电机应用，这是影响表现性能和可靠运行的最重要因素之一。从表1看出，检查流经35H2P2803A4步进电机的相电流为300mA 。单电源驱动步进电机驱动电路的应用显示如图3中所示。在驱动电路中，过去常常使用L298N芯片驱动步进电机。
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表1 35H2P2803A4步进电机参数
图3 驱动步进电机的电路
该L298N是SGS公司的产品，包含4通道逻辑驱动电路内。它可以很轻松的驱动两个直流电动机，或一个两相步进电机。该 L298N可以接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS范围为4.5 ~7 V电压。还可以接受4-pin的电源电压VS，VS电压范围VIR2.5 ~ 46 V。输出电流可达2.5 A，并可以驱动感性负载。在图3中，去离子D0 ~ D8起到续流保护作用。电源是直流VS ，值为+12 V。
4 实验结果分析
可以看出形式如图1所示，整个系统的准确性由液滴的速度测试装置E1、液体的速度控制装置E2、数据误差处理E3和量化误差E4共同来决定。
在一般情况下，液体的速度测试设备的误差不大于1±2％，将液体的速度控制装置的误差控制在1±3 ~ 5％的范围内。通常数据处理和量化误差的误差可以控制到不超过0.5％ 。错误分布和合成理论项目的误差主要是受整个测量精度、速度控制装置误差的影响。查表1，35 H2P2803A4步进电机的步距角为1.8°。步进误差（1.8 - 360）×3 ~ 5％ ，计算2.5％的最大步误差。以这种方式，整个误差E如下所示：
经过大量的实验运行，液体滴速监控系统运行正常、可靠的控制、远程监控的理想实验数据见表2
表2 控制精度
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