陳鑫浩畢業(yè)設(shè)計(論文） 《基于單片機的醫(yī)用點滴速度監(jiān)控系統(tǒng)》

1、武昌理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文)題目：基于單片機的醫(yī)用點滴速度監(jiān)控系統(tǒng)學(xué)院： 信息工程學(xué)院專業(yè)： 自動化學(xué)號： 20084224080學(xué)生姓名： 陳鑫浩 指導(dǎo)教師： 唐穗欣二一 一 年 十一 月 一日基于單片機的醫(yī)用點滴速度監(jiān)控系統(tǒng)陳鑫浩摘要本系統(tǒng)是以at89c51單片機為核心，對醫(yī)療注射進行有效監(jiān)控的一種智能型設(shè)備。采用紅外線傳感器對液滴速度和液面進行檢測；利用單片機之間的通信功能，采用rs-485通信方式進行多點對多點的通信，設(shè)計一個主站控制多個從站的有線監(jiān)控系統(tǒng)。主站主要用來控制各個從站并且能對從站的反饋信息進行報警顯示；從站主要是檢測點滴速度和控制點滴速度，同時檢測液面是否到達警戒線，

2、并且能對異?，F(xiàn)象進行報警，這里還采用了8279鍵盤顯示電路用來設(shè)定和顯示滴速，采用步進電機來調(diào)節(jié)點滴速度。利用單片機設(shè)計一個智能化的液體點滴速度監(jiān)測與控制系統(tǒng)。 該系統(tǒng)由水滴速度測試系統(tǒng)、 水速控制系統(tǒng)、顯示裝置、單片機系統(tǒng)、鍵盤和報警等系統(tǒng)組成。應(yīng)用水的壓強隨著高度差的變化而變化的原理，利用控制步進電動機的升降來控制點滴速度。點滴速度可用鍵盤來設(shè)定，同時在水到達警戒線 (2cm 一 3cm ) 以下時能發(fā)出報警信號。關(guān)鍵詞：單片機液體點滴;-485通信;紅外傳感器equipment of liquid droplet monitor controlled by microcontroller

3、chen xin haoabstractthe system is automatic equipment basing on microcontroller at89c51 to control the medical injecting efficiently. adopting infrared sensor to check and measure the speed of liquid droplet and the high of the liquids surface in the droplet bottle. using communication among microco

4、ntroller, i adopt rs-485 as the way of communication to march the communication of sites to sites to design an automatic system of a major site controlling sixteen subordinate sites. the major site mainly controls the sixteen subordinate ones and gives alarm and shows the information that subordinat

5、e sites feedback. the subordinate sites mainly check the speed of liquid droplet and control the speed and also control whether the liquid surface achieves the cordon, moreover, can give alarm if there abnormal phenomenon. i adopt the keyboard indicators circuit of 8279 chip to set and show the spee

6、d of droplet. i also use pm electrical machinery to regulate the speed of droplet.the system uses the mcu to design a monitoring and controlling apparatus of liquid drop speed. the apparatus consists of liquid drop speed testing system, liquid drop speed controlling system, led display system, mcu s

7、ystem, the keyboard and alarming system. and it uses the principle of the waters press transforms when the height of the water transforms, and then to control the working status of the stepping engine. the liquid dropping speed can be set by the keyboard. when the height of water level is decreased

8、to the al arming value (23 cm), it gives the alarm signal at the same time.key words: microcontroller of liquid droplet; rs-485 communication system;nfrared sensor目 錄前言1第1章 緒論21.1 單片機應(yīng)用系統(tǒng)概述21.2 群控系統(tǒng)概述2第2章 總體方案的設(shè)計52.1 技術(shù)要求52.2 系統(tǒng)總體模塊圖52.3 從機各模塊圖的設(shè)計52.3.1 單片機的選擇52.3.2 點滴速度測量52.3.3 液面檢測和報警62.3.4 液體點滴速度

9、的控制62.3.5 控制電機及其驅(qū)動72.3.6 設(shè)定滴速與鍵盤顯示72.4 主從機通信模塊圖設(shè)計8第3章 硬件設(shè)計93.1 從站各模塊的硬件設(shè)計93.1.1 滴速檢測93.1.2 液面檢測和報警103.1.3 點滴速度控制103.1.4 鍵盤顯示113.1.5 聲光報警電路143.2 主從站通信電路的實現(xiàn)14第4章 軟件設(shè)計164.1從站程序設(shè)計164.1.1 從機模塊圖164.1.2 從機主程序流程圖164.1.3 滴速測量程序194.1.4 滴速控制程序214.1.5 鍵盤控制程序214.2通信程序設(shè)計23第5章 實際測試305.1 測試設(shè)備305.2 測試結(jié)果30結(jié)論32致謝33參考文

10、獻34附錄35附錄a 從站電路圖 35附錄b 主站電路圖 36附錄c 程序清單 37前 言目前醫(yī)院使用的點滴輸液裝置是將液體容器掛在一定的高度上，利用勢差將液體輸入到病人體內(nèi)，通過軟管夾對膠管口徑的壓緊和放松來控制滴速。這就需要根據(jù)所輸藥劑的特性對滴速進行嚴格控制，但這對于一般病人來說難以自助，所以就需要一種自動的可以定時檢測的智能型液體點滴速度監(jiān)控裝置。單片機液體點滴速度監(jiān)控裝置就是單片機在液體點滴速度控制上應(yīng)用的一個實例，此系統(tǒng)是以單片機為核心，設(shè)計出一個液體點滴速度監(jiān)測與控制裝置，能檢測點滴速度，控制點滴速度，并能發(fā)出報警信號。系統(tǒng)采用主站控制從站的有線監(jiān)控系統(tǒng)方式實現(xiàn)醫(yī)療輸液過程的群控

11、。設(shè)計的主要內(nèi)容是完成群控系統(tǒng)控制裝置的軟、硬件設(shè)計及調(diào)試。包括：1、單片機的選擇；2、總體方案的確定；3、各模塊電路的設(shè)計；4、軟件設(shè)計；5、各模塊調(diào)試；6、編寫設(shè)計說明書等。在液體點滴速度監(jiān)控裝置中，廣泛應(yīng)用8051兼容單片機系統(tǒng)控制，以期實現(xiàn)價格低廉、應(yīng)用靈活的特點。檢測液體點滴速度可用光電耦合傳感器或者紅外線傳感器。液面檢測可用紅外線傳感器或電容式傳感器均可達到課題的要求。鍵盤顯示部分采用普通的按鍵鍵盤和七段led數(shù)碼顯示管，也有采用簡單液晶顯示器。驅(qū)動部分大多數(shù)進行步進電機驅(qū)動，也有少數(shù)采用交流異步電機驅(qū)動，如果采用步進電機在控制部分加一控制電路部分或程序，使其能夠在停止運行時自動閉

12、鎖或者在機械部分采用渦輪蝸桿機構(gòu)，防止電機因點滴瓶的重力拽下來。通訊方式可以采用rs232或rs485的方式。報警器一般采用蜂鳴器或者報警燈或者兩者兼有之。本文共分五章。第一章為單片機應(yīng)用系統(tǒng)及群控系統(tǒng)的有關(guān)內(nèi)容；第二章是對總體方案的確定；第三章是對具體的每個模塊的硬件設(shè)計；第四章是對每個硬件模塊的軟件設(shè)計；第五章是實際測量部分。最后附有結(jié)束語、致謝、參考文獻及附錄。 第1章 緒論1.1單片機應(yīng)用系統(tǒng)概述一塊單片機芯片就是一臺計算機。由于單片機的這種特殊結(jié)構(gòu)形式，在某些應(yīng)用領(lǐng)域中，它承擔(dān)了大中型計算機和通用的微型計算機無法完成的一些工作。使起具有很多顯著的優(yōu)點和特點，因此在各個領(lǐng)域中都得到的迅

13、猛的發(fā)展。單片機的特點可歸納為以下幾個方面：（1）性能價格比高；（2）控制功能強；（3）低電壓、低功耗；（4）集成度及可靠性高。單片機通常由cpu、存儲器（包括ram和rom）、i/o接口、定時/計數(shù)器、中斷控制功能等均集成在一塊芯片上，片內(nèi)各功能部件通過內(nèi)部總線相互連接起來。ramrom時鐘osccpu定時/計數(shù)器中斷各種i/o圖1.1 單片機典型結(jié)構(gòu)框圖1.2 群控系統(tǒng)概述隨著多微機系統(tǒng)的應(yīng)用和微機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，通信功能越來越顯得重要。這里所說的通信是指計算機與外界的信息交換。因此，通信既包括計算機與外部設(shè)備之間，也包括計算機與計算機的信息交換。串行通信是在一根傳輸線上一位一位的傳送信息，這

14、根線既作數(shù)據(jù)線又作為聯(lián)絡(luò)線。串行接口所直接面向的并不是某個具體的通信設(shè)備，而是一種串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn)。串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過使用和發(fā)展，目前以有幾種，如：rs-232，rs-485，rs-422a等。rs-232接口標(biāo)準(zhǔn)適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在02000b/s范圍內(nèi)的通信。這個標(biāo)準(zhǔn)對串行通信接口的有關(guān)問題，如信號線功能、電氣特性都作了明確的規(guī)定。由于通信設(shè)備廠商都生產(chǎn)與rs-232制式兼容的通信設(shè)備，因此，它作為一種標(biāo)準(zhǔn)，目前已在微機串行通信接口中廣泛采用。遠距離與近距離通信時，所使用的信號線是不同的。所謂近距離是指傳輸距離小于15米的通信。在15米以上的遠距離通信時，一般要加調(diào)制解調(diào)器modem。

15、故所使用的信號線較多。此時，若在通信雙方的modem之間采用專用電話線進行通信，則只要使用28號信號線進行聯(lián)絡(luò)與控制，如圖1.1所示。若在雙方modem之間采用普通電話交換線進行通信，則還要增加ri（22號線）和dtr（20號線）兩個信號線進行聯(lián)絡(luò)。調(diào)制解調(diào)器2 接8 口ctsrtsrxdtxd調(diào)制解調(diào)器ctsrtsrxdtxd接 2口 8計算機dsrdsr專用電話線sgdcdsgsg dcdsgdcd 圖1.1 采用modem時rs-232信號線的使用近距離通信時，不采用調(diào)制解調(diào)器modem，通信方式可以直接連接，這種情況下，只需使用少數(shù)幾根信號線。最簡單的情況，在通信中根本不要rs-232

16、的控制聯(lián)絡(luò)信號，只需使用3根線（發(fā)送線txd、接受線rxd、信號地線sg）便可實現(xiàn)全雙工異步串行通信。rs-422a接口標(biāo)準(zhǔn)是一種平衡方式傳輸。所謂平衡方式，是指雙端發(fā)送和雙端接收，所以傳送信號要用兩條線aa和bb，發(fā)送端和接收端分別采用平衡發(fā)送器和差動接收器，如下圖1.2所示。平衡發(fā)送器 差動接收器 a rs-422電平 a mc3487 mc3486 b b 圖1.2 rs-422標(biāo)準(zhǔn)傳輸線連接這個標(biāo)準(zhǔn)的電氣特性對邏輯電平的定義是根據(jù)兩條傳輸線之間的電位差值來決定，當(dāng)aa線的電平比bb線的電平高于200mv時表示邏輯“1”；當(dāng)aa線的電平比bb線的電平低于200mv時表示邏輯“0”。很明顯

17、，這種方式和rs-232采用單端接收器和單端發(fā)送器，只用一條信號線傳送信息，并且根據(jù)該信號線上電平相對于公共的信號地電平的大小來決定邏輯“1”和“0”是不相同的。rs-232接口標(biāo)準(zhǔn)的電路由發(fā)送器、平衡連接電纜、電纜終端負載和接收器組成。它通過平衡發(fā)送器把邏輯電平變換成電位差，完成始端的信息傳送；通過差動接收器，把電位差變成邏輯電平，實現(xiàn)終端的信息接受。rs-422標(biāo)準(zhǔn)由于用了雙線傳輸，大大增強了抗共模干擾的能力。因此最大傳輸速率可達10mb/s（傳送15米時）。若傳輸速率降到90kb/s時，最大距離可達1200米。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電路中只許有1個發(fā)送器，可有多個接收器該標(biāo)準(zhǔn)允許驅(qū)動器輸出為2-6v

18、，接收器輸入電平可以低到200mv。rs-485和rs-422標(biāo)準(zhǔn)一樣，也是一種平衡傳輸方式的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，它和rs-422兼容，并且擴展了rs-422的功能。兩者主要差別是，rs-422標(biāo)準(zhǔn)只許電路中有一個發(fā)送器而rs-485標(biāo)準(zhǔn)允許在電路中可有多個發(fā)送器，因此，它是一種多發(fā)送器的標(biāo)準(zhǔn)。所以它可以實現(xiàn)多點對多點的通信。本課題屬于一種群控系統(tǒng)，群控系統(tǒng)的概念出現(xiàn)在很多領(lǐng)域中，如電梯群控、溫度控制的群控等，群控顧名思義就是一種群體控制，這個群體就是要通過一定的總線連接，選取一定的總線通訊芯片，再加上一定的軟件算法來達到有計劃有規(guī)律的群體控制。題目要求設(shè)計并制作一個由主站控制16個從站的有線監(jiān)控系

19、統(tǒng)，這就要求主站與16個從站之間要采用某種方式，從而實現(xiàn)主站對16個從站的群控，而群控的具體做法就是對通訊方式的選擇以及具體的軟件編程，這里我們通訊方式采用抗干擾能力較強的rs-485通信協(xié)議。它在很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，它可以多點之間或者使用公用線通信，它傳輸距離遠、速度快。由于可以多點對多點通信，故能實現(xiàn)題目要求的主站對多個從站的群控，從而滿足題目的要求。第2章 總體方案的設(shè)計2.1 技術(shù)要求對本課題設(shè)計中，利用單片機設(shè)計一個智能化的醫(yī)用點滴速度監(jiān)控和控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由液滴速度測試系統(tǒng)、液滴控制系統(tǒng)、顯示裝置、單片機系統(tǒng)、鍵盤和報警等系統(tǒng)組成。另外可實現(xiàn)多機通信，即一個主機站控制多個從機

20、站和主、從機之間的數(shù)據(jù)傳輸。應(yīng)用水的壓強隨著高度差的變化而變化的原理，利用步進電機的升降來改變高度差來控制液滴的速度。點滴的速度可以由鍵盤來設(shè)定，同時當(dāng)瓶內(nèi)的水位低于警戒線（2cm3cm）以下時系統(tǒng)能自動報警。2.2系統(tǒng)總體模塊圖 根據(jù)題目的要求，我們可將液體點滴速度監(jiān)控裝置的主要功能歸納為以下幾個方面：滴速檢測與控制，液面檢測與報警以及主從機的通信等，具體模塊如圖2.1所示：主 機從機1 鍵盤顯示控制滴速滴速檢測與報警從機16液面檢測與報警圖2.1 總體模2.3 從機各模塊圖的設(shè)計2.3.1 單片機的選擇本系統(tǒng)主從兩站均采用at89c51單片機進行控制，此單片機特點是性價比高。2.3.2 點

21、滴速度測量對點滴速度的檢測大致原理是記錄在一段時間內(nèi)滴下的野地數(shù)量，用單片機定時器計時，這樣關(guān)鍵是要對落下的野地準(zhǔn)確計數(shù)。采用紅外發(fā)射-接收管作為傳感器來檢測點滴。采用斷續(xù)式工作方式，在點滴落下時阻擋了接收管接收紅外線，產(chǎn)生高電平的脈沖信號。由于紅外對管的發(fā)射口直徑較小，單光束發(fā)射，液體相對紅外裝置正交落下時，產(chǎn)生的信號很強，很容易檢測處理。考慮到環(huán)境光干擾主要是直流分量，如果采用帶有交流分量的調(diào)制信號，則可以大幅度減少外界干擾。同時，紅外傳感器有很多優(yōu)點：尺寸小，質(zhì)量輕，安裝在滴斗上較簡單，對輔助電路要求少，在近距離可以直接用直流發(fā)射，電路簡單，性能穩(wěn)定。這個方案有效簡單，容易實現(xiàn)。采用脈沖

22、調(diào)制的紅外對管發(fā)射接收來檢測滴速。2.3.3 液面檢測和報警題目要求當(dāng)瓶內(nèi)液面降到23cm時，能發(fā)出報警信號。這里關(guān)鍵是如何檢測到液面高度，而發(fā)出報警信號則較容易實現(xiàn)。采用全反射式紅外線傳感器檢測。紅外線從液體射到空氣的界面時，如果入射角大于臨界角會發(fā)生全反射現(xiàn)象，利用這一原理，通過一組在同一直線上的紅外發(fā)射接收管，在保持紅外發(fā)射管發(fā)射光光強不變和紅外發(fā)射接收管相對角度大于100度并保持相對位置不變的情況下，檢測紅外接收管接收紅外線強度，如圖2.4示： 圖1 圖2圖2.4 全反射式紅外傳感器檢測示意圖當(dāng)液面高度高于設(shè)定高度時，大部分全反射光線不能到達紅外接收管，接收管接收到的紅外線強度較小如（

23、圖1）；當(dāng)液面高度到達設(shè)定高度時，大部分全反射光線可到達紅外接收管，接收管接收到的紅外線強度較大，如（圖2）所示。通過轉(zhuǎn)換電路將紅外線接收光強轉(zhuǎn)換為電壓信號，用比較器與門限電平比較，則可實現(xiàn)液面控制報警。2.3.4 液體點滴速度的控制通過電機驅(qū)動控制儲液瓶升高或降低（改變h2）,來調(diào)節(jié)點滴的滴速，通過改變出口與儲液瓶處的壓強。這種方法簡單易實現(xiàn)。2.3.5 控制電機及其驅(qū)動用步進電機牽引儲液瓶，保證儲液瓶和滴斗之間的相對距離不變，設(shè)定最初的高度，檢測當(dāng)前滴速，根據(jù)經(jīng)驗公式，即高度與滴速之間的關(guān)系控制電機的轉(zhuǎn)數(shù)，達到合適的高度。由于步進電機的轉(zhuǎn)數(shù)很容易控制，測出轉(zhuǎn)軸直徑就可以知道瓶子經(jīng)過的距離，

24、多次調(diào)節(jié)即可達到設(shè)定的滴速。2.3.6 設(shè)定滴速與鍵盤顯示在這里，鍵盤顯示用8279可編程的接口芯片。設(shè)定點滴速度用44鍵盤，用于主站設(shè)定要查詢的從站數(shù)量、從站號和滴速；用于從站設(shè)定點滴速度和從站號。顯示部分用led數(shù)碼管，用于主站顯示從站號和該從站的點滴速度；用于從站顯示該從站的從站號和點滴速度。主站鍵盤布局如下圖： 圖2.5 主站鍵盤布局數(shù)碼管顯示： 8_led_dpy1234567abcdefg8dp1234567l0l1l2l3l4l5l68l7圖2.6 數(shù)碼管顯示說明：4*4鍵盤中，數(shù)字鍵用于設(shè)定從站號、點滴速度、從站數(shù)量，設(shè)定時采用分頻顯示。按下設(shè)定鍵，便可以開始設(shè)置，用最左邊的兩

25、個數(shù)碼管顯示16個從站號（顯示范圍：015），中間的三個數(shù)碼管顯示設(shè)定點滴速度，右邊的三個數(shù)碼管顯示測量點滴速度（顯示范圍：20150，十進制），設(shè)置完成后按確認鍵；按定點檢測開始對設(shè)定的從站進行定點檢測；按巡回檢測鍵，將循環(huán)檢測設(shè)定的各個從站的點滴速度，同時顯示從站號；取消鍵用于取消輸入及解除報警；統(tǒng)計鍵用于檢測所設(shè)定的從站數(shù)。從站鍵盤布局如下圖： 7 8 9 set 4 5 6 speed set 1 2 3 enter 0 修改鍵 cancel 圖2.7 從站鍵盤布局按鍵功能說明：1） 09為數(shù)字鍵，該數(shù)字鍵表示從站號或者速度；2） speed set鍵的功能：設(shè)置點滴速度的功能鍵；3）

26、 enter鍵功能：確認鍵。4） cancel鍵功能：刪除當(dāng)前所設(shè)置的數(shù)值。2.4主從機通信采用rs-485進行通訊。rs-485串行通信協(xié)議采用平衡信號差電路傳輸高速信號，噪聲低，又可以多點之間或使用公用線通信，它比rs-232傳輸距離長、速度快，在傳輸距離為120 m時傳輸速率可達到1mbps；如果采用較低的傳輸速率，如9600bps，最大傳輸距離可達1200米，效果較好。至此，我們可設(shè)計出該系統(tǒng)的整體框圖如下圖：電動機儲液瓶紅外傳感器報警從站報警滴斗鍵盤顯示紅外傳感器其他從站主站 rs-4853.1 從站各模塊的硬件設(shè)計3.1.1 滴速檢測利用紅外線在液體和空氣中對紅外線折射的不同，通過

27、一組在同一直線上的紅外發(fā)射接收管，在保持紅外發(fā)射管發(fā)射光光強不變的情況下，檢測紅外接收管接收紅外線的強度。當(dāng)液滴通過時，紅外接收管接收到紅外線光強應(yīng)大于當(dāng)無液滴通過時紅外接收管接收到的紅外線光強。通過脈沖整形電路得到具體液滴滴速檢測，電路圖如下：321u1alm324r4r1r2r3vccoutout圖3.2 脈沖整形電路 當(dāng)發(fā)射管和接收管之間有液滴通過時，接收管導(dǎo)通，vin輸出的脈沖信號加在運算放大器lm324的反相輸入端，lm324的正相輸入端輸入門限電壓vg，將脈沖信號整形后，產(chǎn)生vout，為一串規(guī)則的方波脈沖，脈沖數(shù)與液滴滴速一一對應(yīng)，vin、vg和vout工作波形如下圖3.3所示。發(fā)

28、射管限流電阻r4去200歐，電流約為20ma，調(diào)節(jié)電位器w2可調(diào)整門限電壓，以抑制干擾。vinvoutvg圖3.3 整形后的脈沖波形3.1.2 液面檢測及報警紅外線從液體射到空氣的截面時如果入射角大于臨界角會發(fā)生全反射現(xiàn)象，利用這一原理，通過一組在同一直線上的紅外發(fā)射接收管，在保持紅外發(fā)射管發(fā)射光光強不變和紅外發(fā)射接收管相對角度大于100度并保持相對位置不變的情況下，檢測紅外接收管接收紅外線的強度。如圖1所示，當(dāng)液面高度高于設(shè)定高度時，大部分全反射光線不能到達紅外接收管，接收管接收到的紅外線強度較?。蝗鐖D2所示，當(dāng)液面高度到達設(shè)定高度時，大部分全反射光線可到達紅外接收管，接收管接收到的紅外線強

29、度較大。在此裝置中，紅外接收管輸出的是電平信號而不是脈沖信號，可通過一運算放大器lm324送單片機中斷處理，電路圖與滴速檢測的轉(zhuǎn)換電路類似。321u1alm324r4r1r2r3vccoutout圖3.4 電平放大電路這樣可以準(zhǔn)確檢測到液面下降到警戒線時的情況，由單片機志向中斷程序，發(fā)出報警信號。3.1.3 點滴滴速控制電機控制采用四相五線永磁步進電機，以四相八拍方式工作。單片機的p2口分別接電機的a、b、c和d相，步進電機的驅(qū)動電路如下圖所示：123u1a75451456u1b75451r1d1bf1+12vp2.08910u1c75451111213u1d75451r2d2bf2+12vp

30、2.1123u2a75451456u2b75451r3d3bf3+12vp2.28910u2c75451111213u2d75451r4d4bf4+12vp2.3圖3.5 步進電機工作方式按a ab b bc c cd d da次序通電為正轉(zhuǎn)，帶動儲液瓶升高；按d dc c cb b baaad次序通電為反轉(zhuǎn)，帶動儲液瓶下降。75451為oc門，單個oc門的吸收電流為500ma，每相采用一對oc門驅(qū)動，吸收電流可達1a。當(dāng)控制a相的p2。0輸入低電平時，a相導(dǎo)通，步進電機轉(zhuǎn)到a相，依此類推，其他相工作原理與此相同；當(dāng)電路中兩相同時輸入低電平時，步進電機轉(zhuǎn)到兩相之間。此方式工作需要換相8次，轉(zhuǎn)子

31、才轉(zhuǎn)動一個齒距角，所以步進電機的精度比較高，通過調(diào)整脈沖周期可控制步進電機轉(zhuǎn)速。圖中二極管和電阻構(gòu)成泄放電路，以保護oc門不會因步進電機突然停止時在電路中產(chǎn)生過高電壓而損壞。在電機調(diào)速的過程中，如果設(shè)定的點滴速度過快，可能會使輸液瓶上升到支架頂部，則可能拉倒支架，造成危險，因此，在支架的頂部也安裝一個紅外傳感器，當(dāng)輸液瓶上升到極限時，就發(fā)出報警信號，通知單片機控制電機停轉(zhuǎn)。3.1.4 鍵盤顯示按照題目要求，主從兩站需分別設(shè)置鍵盤及顯示器，這里均采用4*4鍵盤和八位led顯示器。主站的鍵盤顯示主要用于定點檢測和巡回檢測，定點檢測就是在巡回檢測的過程中可隨意在主站的鍵盤上設(shè)定所要檢測的從站號和該從

32、站的點滴速度以及所要檢測的從站數(shù)量；顯示器主要顯示從站號和該從站的點滴速度。從站主要是通過鍵盤來設(shè)置本從站的點滴速度和從站號，顯示器主要用于顯示從站號和所測量的點滴速度。主要通過可編程鍵盤顯示器接口8259來驅(qū)動。在鍵盤顯示工作方式中，sl0sl3輸出鍵盤列掃描和動態(tài)顯示的位掃描信號。當(dāng)選擇內(nèi)部譯碼方式時，sl0sl3直接作鍵盤列（行）掃描線和顯示四位掃描線，sl0sl7輸入鍵盤行（列）線信號，顯示器字行碼有outa03、outb03輸出，此時，8279可接4位8段顯示器和4*8的鍵盤。 當(dāng)選擇外部譯碼方式時，鍵盤列（行）掃描線由sl0sl2通過3-8譯碼器譯碼提供（因輸入數(shù)據(jù)格式中只安排了3

33、位表示列 （行）號，故只取sl0sl2三位譯碼 ），rl0rl7輸入鍵盤行（列）線信號，故此時8279可接一個8*8的鍵盤。顯示位掃描線可由sl0sl3通過4-16譯碼器譯碼提供，顯示器字形碼由oouta03、outb03輸出。此時，8279可接16位顯示器，這是8279顯示器的最大配置。 cnntl、shift可接兩個單獨的開關(guān)鍵。shift作為上下檔控制鍵。當(dāng)shift線對地接一個按鍵時，可與8*8的鍵盤配合，使各鍵具有上下檔功能。這樣，鍵盤可擴充到128鍵。cntl與其他鍵連用，作為特殊命令鍵。cntl線對地接一鍵作為控制鍵時，可將鍵盤擴充到256鍵。cntl、shift線也可不用，不用

34、時可直接接地（因片內(nèi)集成有上拉電阻）。bd信號線可用來控制譯碼器，實現(xiàn)顯示器的消隱。8279的數(shù)據(jù)線、wr、rd信號線與8031單片機直接連接。cs、a0接8031地址線，時鐘信號clk可與ale直接連接，由8279設(shè)置適當(dāng)?shù)姆诸l系數(shù)，將其分頻至100khz。本設(shè)計用到4*4鍵盤和八位顯示器，具體電路圖如下：outa027outb031outa126outb130outa225outb229outa324outb328db012bd23db113db214sl032db315sl133db416sl234db517sl335db618db719rl038rl139irq4rl21rl32cs2

35、2rl45rd10rl56wr11rl67a021rl78clk3shift36reset9cntl/s37u582798279rdwra00123456789101112131415a1b2c3g2a4g2b5g16y77y69y510y411y312y213y114y015u?1388708bic8708bic+5vled0led1led2led3led4led5led6led7abcdefgdpgndc?20ufr?2kgnd+5v8_led_dpy1234567abcdefg8dp1234567l0l1l2l3l4l5l68l7圖3.6 8279鍵盤顯示器電路8279是一種可編程鍵盤顯

36、示器接口芯片，它主要由鍵盤輸入和顯示輸出以及相應(yīng)的寄存器和i/o口控制電路及數(shù)據(jù)緩沖器等組成。8279采用40引腳封裝，其中：（1）與cpu的引腳有：d0-d7雙向、三態(tài)數(shù)據(jù)總線；reset復(fù)位信號，輸入線，當(dāng)reset=1時，8279復(fù)位；rd/、wr/ 讀、寫選通信號，輸入線，低電平有效；cs/片選；ao：輸入線，區(qū)分信息特性，為1表示寫入命令或讀出8279狀態(tài)；為0時表示傳送的是數(shù)據(jù)；irq中斷請求輸出線，高電平有效；clk系統(tǒng)時鐘輸入線；（2）與鍵盤接口的引腳有：rl0-rl7回復(fù)輸入線；sl0-sl7用于鍵盤的行掃描輸出線；shift移位信號輸入線，高電平有效；cntl/stb控制/

37、選通輸入線，高電平有效；（3）與顯示器接口的引腳：outa0-outa3 a組顯示數(shù)據(jù)的段碼輸出線；outb0-outb3 b組顯示數(shù)據(jù)的段碼輸出線；bd/ 顯示器熄滅輸出線，低電平有效。圖中8708為驅(qū)動器。3.1.5 聲光報警電路本設(shè)計采用聲報警與光報警相結(jié)合的報警電路，其中光報警電路接單片機p1.7口，聲報警電路接單片機的p1.6口，當(dāng)?shù)嗡俜闯；蛘咭好嫦陆档皆O(shè)定警戒線時，將由紅外傳感器收集的信號經(jīng)放大器送單片機申請中斷，從而單片機將發(fā)出命令送報警電路。具體電路如圖3.9所示： r光報警vccp1.7led 圖3.9聲光報警電路圖3.2 主從站的通信電路的實現(xiàn)本系統(tǒng)采用主站控制多個從站的有

38、線控制方式，這里主要采用rs-485通信方式。rs-485標(biāo)準(zhǔn)是一種多發(fā)送器的標(biāo)準(zhǔn)，他允許在電路中可有多個發(fā)送器。rs-485允許一個發(fā)送器驅(qū)動多個負載設(shè)備，負載設(shè)備可以是驅(qū)動發(fā)送器、接收器或收發(fā)器組合單元。rs-485的共線電路結(jié)構(gòu)是在一對平衡傳輸線的兩端都配置終端電阻，其發(fā)送器、接收器、組合收發(fā)器可掛在平衡傳輸線上的任何位置，實現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸中多個驅(qū)動器和接收器共用一傳輸線的多點應(yīng)用，配置如下圖：圖3.7 通信電路結(jié)構(gòu)圖rs-485標(biāo)準(zhǔn)的特點有：a、由于rs-485標(biāo)準(zhǔn)采用差動發(fā)送/接收，所以共模抑制比高，抗干擾能力強；b、傳輸速率高，他允許的最大傳輸速率可達10mb/s（傳送15m）。傳輸

39、信號的擺幅小（200mv）；c、傳送距離遠（指無modem的直接傳輸），采用雙絞線，在不用modem的情況下，當(dāng)100kb/s的傳輸速率時，可傳送的距離為1.2km，若傳輸速率下降，則傳送距離又更遠;d、能實現(xiàn)多點對多點通信，rs-485允許平衡電纜上連接32個發(fā)送器/接收器對。rs-485標(biāo)準(zhǔn)目前已在許多方面得到應(yīng)用，尤其是在多點通信系統(tǒng)中，如工業(yè)集散分布系統(tǒng)、商業(yè)pos收款機和考勤機的聯(lián)網(wǎng)中用的較多，是一個很有發(fā)展前途的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)。主從機之間的接口結(jié)構(gòu)圖為：rs-485主站從站16從站1 圖3.8 主從機接口結(jié)構(gòu)圖第4章 軟件設(shè)計4.1 從站程序設(shè)計 我們知道，每個完整的系統(tǒng)都是由硬

40、件和軟件想結(jié)合而產(chǎn)生的。有了硬件而無軟件，那么這個硬件只是一個軀殼，如果沒有硬件的支撐，更談不上什么軟件。所以說，軟硬件是相輔相成的，在硬件的基礎(chǔ)上來設(shè)計軟件可以完成系統(tǒng)的要求，從而構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)。4.1.1 從站模塊圖 在硬件設(shè)計中，我們把從站分成了幾個小模塊，在軟件的設(shè)計中，同樣也應(yīng)如此。從站的軟件設(shè)計由幾個模塊組成，首先是從站的主程序的設(shè)計，這個程序是從機用來調(diào)用各個小模塊，從而達到控制各模塊的作用；所調(diào)用的小模塊中，主要有滴速測量程序、滴速控制程序、鍵盤控制程序和液面檢測與報警程序等，這些小的模塊可以在執(zhí)行主程序時被調(diào)用。從站模塊圖如圖4.1所示：從機主程序 液面檢測與報警鍵盤顯示

41、程序滴速控制程序滴速測量程序 圖4.1 從站模塊圖4.1.2 從站流程圖（1）資源分配表如下：89c51的中斷和定時器資源配置如下表所示:資源名稱功能外部中斷int0（下降沿觸發(fā)）水滴檢測定時器t0測脈寬定時器t1電動機轉(zhuǎn)向控制定時器t2通信波特率存儲單元分配表：作用定義名稱分配單元給定滴數(shù)rrr30h檢測滴數(shù)fff31h從站號no32h顯示緩沖區(qū)（8個）dsi70h77h位單元分配表：作用位瓶內(nèi)液體用完報警p1.6滴速異常報警p1.7步進電機驅(qū)動p2.0p2.3（2）從機主程序： 在系統(tǒng)剛開始啟動時，首先是準(zhǔn)備狀態(tài)，包括一些清零程序等；然后就將設(shè)定點滴速度和從站號，那么此時需要按下一個設(shè)定鍵

42、向單片機申請中斷用來來說明將開始設(shè)定數(shù)據(jù)，如果沒有鍵按下，則繼續(xù)等待按鍵，設(shè)置完畢后將按確認鍵說明設(shè)置完畢；液面報警是最優(yōu)先級的報警，因此在設(shè)置完成后，一方面看液面是否報警，另一方面看實際點滴速度是否符合設(shè)定點滴速度，如果反常，將進行點滴速度報警；然后將實際滴速和設(shè)定滴速，通過比較兩滴速的大小來調(diào)節(jié)步進電機的轉(zhuǎn)向，如果滴速小于給定值則電機正轉(zhuǎn)，拉動點滴瓶上升，加快滴速；如果滴速大于給定值，則電機反轉(zhuǎn)，帶動點滴瓶下降，減慢滴速；如果滴速正好等于給定滴速，則電機保持不動；若需修改點滴速度，則按下修改鍵重新設(shè)定。具體流程圖如圖4.2所示：圖4.2 從機主程序流程圖y nyy開 始顯示ready有鍵按

43、下設(shè)定鍵?n是否有報警 ？y 確認鍵？顯示當(dāng)前滴速和給定的點滴速判斷工作方式滴速小于給定值滴速大于給定值滴速等于給定值電機正轉(zhuǎn)電機反轉(zhuǎn)電機不動作nn判斷有無修改鍵按下ny4.1.3 滴速測量程序 滴速的測量是通過紅外線傳感器所接收到的點滴信號，通過脈沖轉(zhuǎn)換電路把脈沖送單片機的int0口進行中斷。用定時器t0來定時，用狀態(tài)字寄存器標(biāo)志位psw.5來控制t0的關(guān)開，這里我們設(shè)置psw.5=0時開t0，psw.5=1時關(guān)to。當(dāng)有一滴點滴滴下時，設(shè)置psw.5=1，則開t0，此時to開始定時，同時把psw.5設(shè)置成0；當(dāng)?shù)诙吸c滴滴下時，此時psw.5=0，所以關(guān)to，此時，可以測出定時器所定出的時

44、間，即為兩點滴之間的間隔時間，這里需要查看t0溢出次數(shù)，如果to溢出次數(shù)在06h和2dh之間，則進行滴速處理程序，從而計算出點滴的速度；如果大于2dh則滴速作20滴/分鐘，如果小于06h，則滴速做150滴/分鐘，這些都是異?，F(xiàn)象。其中2dh和06h可以這樣計算，以2dh為例：我們知道，定時器的溢出次數(shù)是指當(dāng)定時器從所設(shè)定的數(shù)值開始每一微秒就會減1，直到減到0為止，此時，我們說定時器響應(yīng)一次中斷，即溢出一次，并在每次響應(yīng)中斷時，將分配單片機里面的一個單元將自動加1來計數(shù)，從而計出溢出的次數(shù)。這里我們設(shè)定t0初值為ffffh，那么減到0000h時所用的時間為ffffus，化成十進制是0.06553

45、5s，即溢出一次需要0.065535s，那么當(dāng)點滴速度為20滴/分鐘時，每滴將是3s的時間，則會溢出2dh次，同理，做150滴/分鐘時也如此。具體流程圖如圖4.3所示：中斷程序y判斷psw.5 = 1？n開t0關(guān)t0psw.5 = 0返 回查看t0溢出次數(shù)小于06h大于2dh作20滴處理作150滴處理滴速處理程序置th0=00,tl0=00h置psw.5=1圖4.3 滴速測量程序流程圖4.1.4 滴速控制程序（步進電機的轉(zhuǎn)向控制） 滴速的控制是通過控制步進電機的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)的，通過改變步進電機的轉(zhuǎn)向從而改變點滴瓶的高度，即可改變點滴速度步進電機的轉(zhuǎn)向如果按給定的工作方式正序通電換相，步進電機就

46、正轉(zhuǎn)；如果按反序通電換相，步進電機就反轉(zhuǎn)。按照給定的通電換相順序，通過單片機的i/o口向驅(qū)動電路發(fā)出控制脈沖。這里的步進電機工作在四相八拍方式，p2.0p2.3這四條i/o線，向四相步進電動機傳送控制信號。按a ab b bc c cd d da次序通電為正轉(zhuǎn)，按d dc c cb b baaad次序通電為反轉(zhuǎn)，p2口輸出的信號中，0代表使繞組通電，1代表使繞組斷電，則可用8個控制字來對應(yīng)這8個通電狀態(tài)。如下表所示： 四相八拍工作方式的控制字通電狀態(tài) p2.3 p2.2 p2.1 p2.0 控制字 a 1 1 1 0 fehab 1 1 0 0 fchb 1 1 0 1 fdhbc 1 0 0 1 f9hc 1 0 1 1 fbhcd 0 0 1 1 f3hd 0 1 1 1 f7hda 0 1 1 0 f6h在程序中只要依次將這8個控制字送到p2口，步進電機就會轉(zhuǎn)動一個齒距角。每送一個控制字，就完成一拍，步進電機就轉(zhuǎn)過一個齒距角。程序如附錄c的程序清單。4.1.5 鍵盤控制程序由于有現(xiàn)成的鍵盤顯示接口芯片，所以這里采用8279鍵盤顯示電路。（1）確定鍵值輸入方式。鍵盤的掃描由8279中硬件電路自動完成，不需要用軟件實現(xiàn)掃描。鍵值輸入可采用查詢方式，亦可采用中斷方式。采用查詢方式時，