PAGEPAGEI寧學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)全套圖紙加V信153893706或扣3346389411輸液泵的設(shè)計(jì)【電控制】所在學(xué)院專業(yè)班級姓名學(xué)號指導(dǎo)老師年月日摘要輸液泵用于醫(yī)療，注塑行業(yè)，由注射器、控制系統(tǒng)和管道輸送裝置，根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)，根據(jù)實(shí)際情況的變化和生產(chǎn)環(huán)境和調(diào)整，適用于醫(yī)療服務(wù)高端精密塑料件的生產(chǎn)。但在實(shí)際生產(chǎn)中是一個(gè)很好的解決無流量脈動，剛性和泵設(shè)計(jì)適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)的要求。輸液泵按結(jié)構(gòu)。輸液泵的特點(diǎn)是穩(wěn)定的流量、壓力脈動小、自吸能力，噪音低，效率高，運(yùn)行可靠，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)；其顯著的是傳輸介質(zhì)，無渦流粘度不平均敏感，可用于輸送高粘度介質(zhì)。本設(shè)計(jì)是根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)對輸液泵的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要包括齒輪箱和參數(shù)的確定，并檢查投影圖，利用泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制裝配圖和零件圖，控制軸的強(qiáng)度。關(guān)鍵詞：輸液泵，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，齒輪AbstractInfusionpumpusedinmedical,injectionmoldingindustry,bythesyringe,controlsystemandpipelinetransportationdevice,accordingtotheproductiontask,accordingtotheactualsituationofchangeandtheproductionenvironmentandadjustment,suitableforhigh-endmedicalservicesofprecisionplasticpartsproduction.Butinactualproductionisagoodsolutiontotheflowpulsation,therigidityandthepumpisdesignedtoadapttomodernproductionrequirements.Accordingtothestructureofinfusionpump.Thecharacteristicsofpumpflow,pressurepulsation,stablesmallselfabsorptioncapacity,lownoise,highefficiency,reliableoperation,longlifeandotheradvantages;thesignificantisthetransmissionmedium,noeddyviscositydoesnotmeansensitivity,andcanbeusedforthetransportofhighviscositymedium.Thisdesignisthedesignofthestructureaccordingtothedesign,thedesignparametersofthepump,todeterminethemaingearboxandparameters,andcheckthemapprojection,thestructuredesignofthepump,assemblydrawingandparts,controlthestrengthoftheshaft.Keywords:structuraldesign,infusionpump,gear目錄摘要 IIAbstract I第1章緒論 11.1輸液泵概念 11.2輸液泵特點(diǎn) 21.3課題的研究意義 21.3.1智能型醫(yī)用輸液設(shè)備的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 31.3.2輸液泵的工作原理 31.4現(xiàn)有輸液泵的比較分析 4第2章輸液泵裝置的設(shè)計(jì)方案 72.1設(shè)計(jì)方案 72.2方案的具體設(shè)計(jì)思路過程 8第3章輸液泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 103.1電機(jī)的選型 103.2整體設(shè)計(jì)思路 103.2.1轉(zhuǎn)輪設(shè)計(jì) 133.2.2上蓋設(shè)計(jì) 173.2.3傳動齒輪設(shè)計(jì) 173.2.4殼體的設(shè)計(jì) 213.3本章小結(jié) 22第4章輸液泵電控設(shè)計(jì) 244.1總體方案論證 244.2方案比較 24第5章硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 285.1總體硬件設(shè)計(jì) 285.2AT89C51單片機(jī)管腳特性及相應(yīng)參數(shù) 285.3傳感器控制檢測 315.4步進(jìn)電機(jī)控制電路 325.5滴數(shù)換算方法 335.6鍵盤和顯示部分 345.7與上位機(jī)的通信 365.8初始化模塊 385.9步進(jìn)電機(jī)控制 39總結(jié) 46參考文獻(xiàn) 47致謝 48第1章緒論1.1輸液泵概念輸液泵通常是機(jī)械或電子的控制裝置，它通過作用于輸液導(dǎo)管達(dá)到控制輸液速度的目的。常用于需要嚴(yán)格控制輸液量和藥量的情況，如在應(yīng)用升壓藥物，抗心律失常藥藥物，嬰幼兒靜脈輸液或靜脈麻醉時(shí)。以下結(jié)合臨床實(shí)際應(yīng)用來談?wù)勢斠罕玫娜粘２僮?、維護(hù)及保存應(yīng)該注意的問題。靜脈輸液是臨床治療中常用的一種給藥方式。根據(jù)藥物性質(zhì)、患者體質(zhì)的不同，靜脈輸液速度也不同。輸液過快、過慢均難以達(dá)到預(yù)期的治療效果，甚至影響護(hù)理安全。目前，臨床上廣泛應(yīng)用的普通輸液器主要依靠液位差壓力向受體輸入液體，依靠護(hù)理人員肉眼觀察、手調(diào)輪夾控制輸液速度。普通輸液器缺少阻塞報(bào)警、氣泡報(bào)警、液體輸畢報(bào)警等功能，增加了臨床護(hù)理負(fù)擔(dān)；而且液瓶易導(dǎo)入外界空氣污染液體。輸液泵輸液泵是一種能夠準(zhǔn)確控制輸液滴數(shù)或輸液流速，保證藥物能夠速度均勻，藥量準(zhǔn)確并且安全地進(jìn)入病人體內(nèi)發(fā)揮作用的一種儀器，同時(shí)是一種智能化的輸液裝置，輸液速度不受人體背壓和操作者影響，輸注準(zhǔn)確可靠，有助于降低臨床護(hù)理工作強(qiáng)度，提高輸注的準(zhǔn)確性、安全性以及護(hù)理質(zhì)量。輸液泵的產(chǎn)品型號多樣，性能各異。按其工作特點(diǎn)可分為蠕動控制式輸液泵，定容控制式輸液泵及針筒微量注射式輸液泵三類。輸液泵系統(tǒng)主要由微機(jī)系統(tǒng)、泵裝置、監(jiān)測裝置、報(bào)警裝置和輸入及顯示裝置組成。輸液泵系統(tǒng)微機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的“大腦”,對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行智能控制和管理,并對檢測信號進(jìn)行處理,一般采用單片機(jī)系統(tǒng)。如輸液泵采用的是高度集成的32位ARMCPU系統(tǒng)對輸液過程實(shí)施全面控制,且采用雙CPU工作,確保了系統(tǒng)的安全。泵裝置是整個(gè)系統(tǒng)的“心臟”,是輸送液體的動力源醫(yī)用輸液泵一般采用的是指狀蠕動泵作為動力源。指狀蠕動泵是利用滾輪轉(zhuǎn)動,使輸液泵管路一定部位受到擠壓,產(chǎn)生蠕動,從而推動液體向前流動。指狀蠕動泵具有體積小,重量輕,定量準(zhǔn)確及輸液管裝卸方便等特點(diǎn),使用最為廣泛。這種泵有一根凸輪軸,凸輪軸上有多個(gè)凸輪,這些凸輪的運(yùn)動規(guī)律相差一定的角度,每個(gè)凸輪與一個(gè)指狀滑塊相連。工作時(shí),由步進(jìn)電機(jī)帶動凸輪軸轉(zhuǎn)動,使滑塊按照一定順序和運(yùn)動規(guī)律上下往復(fù)運(yùn)動,像波一樣依次擠壓靜脈輸液管,使輸液管中的液體以一定的速度定向流動。指狀蠕動泵比較精確,可大范圍控制輸液總量和輸液速度;當(dāng)“手指”的數(shù)目超過8個(gè)時(shí)(一般為12個(gè)),泵的線性度良好,輸液時(shí)不易產(chǎn)生脈動,使輸液泵具有安全性和穩(wěn)定性監(jiān)測裝置主要有多種傳感器組成,輸液泵配有紅外滴數(shù)傳感器、壓力式傳感器和超聲波氣泡傳感器等,它們分別用于液體流速和流量、堵塞壓力及漏液和氣泡的檢測。報(bào)警系統(tǒng)是傳感器感應(yīng)到的信號經(jīng)微機(jī)處理后,得出報(bào)警控制信號,再由報(bào)警裝置響應(yīng),引起人們的注意,同時(shí)進(jìn)行正確的處理。具有光電報(bào)警和聲音報(bào)警功能,對輸液過程中出現(xiàn)斷電、泵門未關(guān)、低溫、輸液完成、電池欠壓、管路阻塞和管路中出現(xiàn)氣泡等異常情況進(jìn)行報(bào)警。輸入及顯示裝置的輸入部分負(fù)責(zé)設(shè)定輸液的各個(gè)參數(shù),如輸液量和輸液速度等。顯示部分負(fù)責(zé)顯示各參數(shù)和當(dāng)前的工作狀態(tài)等。1.2輸液泵特點(diǎn)輸液泵能實(shí)現(xiàn)以下功能特點(diǎn)：(l)可精確測量和控制輸液速度；(2)可精確測定和控制輸液量；(3)能對氣泡、空液、漏液和輸液管阻塞等異常情況進(jìn)行報(bào)替，并自動切斷輸液通路；(4)彩色OLED顯示；(5)實(shí)現(xiàn)智能控制輸液。產(chǎn)品功能涵蓋了市場上流行的很多產(chǎn)品的基本功能，具有一定的潛在市場價(jià)值。技術(shù)應(yīng)用范圍：縱觀現(xiàn)在的人缺乏運(yùn)動抵抗力差容易生病，醫(yī)院里...(查看更多)經(jīng)?？梢钥吹饺松饺撕５拇螯c(diǎn)滴，現(xiàn)在也有好多病人因?yàn)樘厥獾牟“Y需要慢慢的按一定的時(shí)速打點(diǎn)滴，如果光靠護(hù)士盯著，這樣的話，護(hù)士的工作量很大，容易產(chǎn)生人為地誤差，所以需要一種通電就可以按照護(hù)士的意愿運(yùn)行和控制打點(diǎn)滴時(shí)速和時(shí)間的醫(yī)療儀器。生物制藥研制方面和化工方面，比如有些液體藥物原料要按嚴(yán)格的比例來配置，現(xiàn)在最常見的是試管滴管配置的，這種通過人眼來配置的方式弊端很多，誤差很大，對藥物的成份比例都很難把握，所以需要一種可以精確測量輸出液體的儀器.1.3課題的研究意義在輸液過程中，需要一種不利用藥液位差原理進(jìn)行輸液的便于隨身攜帶的設(shè)備，其輸液量和輸液速度都可以精確控制，而且能夠?qū)斠哼^程的安全性進(jìn)行自動監(jiān)測并報(bào)警，以減輕護(hù)理工作的強(qiáng)度，更好的達(dá)到治療效果。設(shè)計(jì)一種便于隨身攜帶，在家庭、野外、戰(zhàn)爭及緊急救護(hù)等條件下輸液時(shí)能夠方便使用，可以精確控制輸液量和輸液速度，并能夠進(jìn)行氣泡檢測，輸液完成檢測，保證輸液過程的安全性和可靠性。1.3.1智能型醫(yī)用輸液設(shè)備的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)智能型用輸液設(shè)備主要由以下幾個(gè)部分組成，如圖1-1所示。圖1-1輸液系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1-1Structureofintelligentmedicaltransfusionsystem（1）控制系統(tǒng)是整個(gè)設(shè)備的“大腦”，對整個(gè)設(shè)備進(jìn)行智能控制和管理，并對檢測信號進(jìn)行處理，一般采用單片機(jī)系統(tǒng)；（2）泵裝置是整個(gè)系統(tǒng)的“心臟”，是輸送液體的動力源，目前有很多種泵裝置，后文將對其原理和應(yīng)用詳細(xì)說明；（3）檢測裝置主要是各種傳感器，如紅外滴數(shù)傳感器(負(fù)責(zé)對液體流速和流量的檢測)、壓力傳感器(負(fù)責(zé)堵塞及漏液的檢測)和超聲波傳感器(負(fù)責(zé)對氣泡的檢測)等，它們可產(chǎn)生相關(guān)的檢測信號，這些信號經(jīng)過放大處理后，送入控制系統(tǒng)進(jìn)行信號處理，并得出控制指令，然后進(jìn)行相應(yīng)的控制操作；（4）報(bào)警裝置檢測裝置產(chǎn)生的信號經(jīng)控制系統(tǒng)處理后，得出報(bào)警控制信號，再由報(bào)警裝置響應(yīng)，引起人們的注意，同時(shí)進(jìn)行正確的操作。主要有光電報(bào)警(發(fā)光二極管)和聲音報(bào)警(揚(yáng)聲器和蜂鳴器)等；（5）輸入及顯示裝置輸入部分負(fù)責(zé)設(shè)定輸液設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，如輸液量和輸液速度等；顯示部分負(fù)責(zé)顯示各參數(shù)和當(dāng)前的工作狀態(tài)等，多采用LED數(shù)碼管顯示和LCD液晶顯示。1.3.2輸液泵的工作原理以蠕動泵為例，介紹輸液泵的工作原理，如圖1-2所示，輸液管被擠壓在一系列均勻間隔的擠壓輪和壓板之間，對壓板施加一定的壓力，保證輸液管完全被擠壓住，這樣在兩個(gè)相鄰擠壓輪的擠壓點(diǎn)之間就形成了一個(gè)密封的空間，輸液泵運(yùn)行時(shí)，中心輪帶動擠壓輪轉(zhuǎn)動，由于擠壓輪的作用，這一密封空間的空氣被推動到輸液管的出口，這樣就在輸液管的入口處形成一部分真空區(qū)，因此藥液在大氣壓力的作用下進(jìn)入到輸液管內(nèi)，直至充滿整個(gè)輸液管，并以一定的速度流動。在輸液管內(nèi)徑一定的情況下，液體流動速度主要與中心輪的轉(zhuǎn)動速度有關(guān)。圖1-2輸液泵工作原理圖Fig.1-2Workingprinciplefigureoftransfusionpump1.4現(xiàn)有輸液泵的比較分析通過第一章的簡單介紹，我們知道常見的能夠精確控制輸液量和輸液速度的醫(yī)用輸液泵主要有：指狀蠕動泵和盤狀蠕動泵，這兩種輸液泵都有各自的應(yīng)用范圍和特點(diǎn)，如表1-1所示。表1-1常見醫(yī)用輸液泵的特點(diǎn)Table2-1Characterofcommonmedicaltransfusionpumps對比之后可以看到，在靜脈輸液應(yīng)用中，指狀蠕動泵在精度等方面都優(yōu)于盤狀蠕動泵，但是它仍然存在以下一些缺點(diǎn)：（1）凸輪軸的設(shè)計(jì)和加工均比較困難；（2）結(jié)構(gòu)仍然比較復(fù)雜，為了減少脈動而增多滑塊將使泵的體積變大；（3）指狀蠕動泵是通過滑塊運(yùn)動徑向垂直擠壓輸液管來進(jìn)行液的，實(shí)驗(yàn)表明，徑向垂直擠壓輸液管的輸液效果不如軸向滾動擠壓的效果好；（4）穩(wěn)定性較差，由于凸輪軸在運(yùn)行時(shí)會發(fā)生彎曲變形，使滑塊不能完全壓緊輸液管，導(dǎo)致藥液自由流動，不能精確控制輸液量和輸液速度；（5）由于指狀蠕動泵的滑塊是徑向垂直擠壓輸液管，當(dāng)滑塊抬起時(shí)，輸液管恢復(fù)變形后會形成瞬時(shí)真空，導(dǎo)致藥液回流，影響控制精度。而目前在醫(yī)用輸液泵中實(shí)際應(yīng)用最多的盤狀蠕動泵雖然是通過擠壓輪軸向滾動擠壓輸液管，其擠壓效果較為理想，但是線性度較低，脈動較大，對人體會產(chǎn)生不良影響。另外，目前應(yīng)用上面兩種輸液泵生產(chǎn)的智能輸液系統(tǒng)，體積都比較大，質(zhì)量也較重（3-5kg），不便于隨身攜帶，需平臺放置，而且價(jià)格昂貴，不適合普遍推廣使用。綜上所述，需要研制出一種新型的輸液泵裝置，適用于普遍使用的一次性輸液管，能有效地提高液流線性度，減小脈動，而且體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，安裝輸液管也很容易。輸液泵裝置的種類很多，類型也多種多樣，由于醫(yī)用輸液泵需要精確控制液體的輸液量和輸液速度，有些類型的泵很難做到這一點(diǎn)，而且考慮到輸液管要安裝方便，藥液不能污染等因素，因此用得最多的主要有以下兩種：（1）指狀蠕動泵又稱線性蠕動泵，這種輸液泵有一根由多個(gè)凸輪組成的凸輪軸，這些凸輪間隔一定的距離，軸線上相差一定的角度，每個(gè)凸輪與一個(gè)“手指”（即滑塊）相連。工作時(shí)，凸輪軸轉(zhuǎn)動，帶動滑塊按照一定順序和運(yùn)動規(guī)律上下往復(fù)運(yùn)動，像波浪一樣依次擠壓輸液管，使輸液管中的液體以一定的速度定向流動，如圖1-3所示。圖1-3指狀蠕動泵（2）盤狀蠕動泵這種輸液泵具有圓弧形內(nèi)周面的泵殼和一個(gè)中心輪，中心輪的邊緣對稱分布安裝著一定數(shù)量的可轉(zhuǎn)動的擠壓輪，輸液管被壓在擠壓輪和泵殼的圓弧形內(nèi)周面之間。工作時(shí)，中心輪轉(zhuǎn)動，帶動其周圍的擠壓輪轉(zhuǎn)動，擠壓輪連續(xù)擠壓輸液管，使液體以一定的方向流動，如圖1-4所示。圖1-4盤狀蠕動泵第2章輸液泵裝置的設(shè)計(jì)方案2.1設(shè)計(jì)方案要適用普遍使用的一次性輸液管及軟袋包裝容器，而且應(yīng)保證輸液時(shí)液流線性度好，脈動小，其結(jié)構(gòu)有利于保證輸液量和輸液速度的精度，泵裝置體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，安裝輸液管方便。因此，根據(jù)上述要求，新型輸液泵仍采用蠕動泵的工作原理，利用擠壓輸液管的方法進(jìn)行輸液。由于軸向滾動擠壓輸液管方式的輸液效果好，新型輸液泵將選用盤狀蠕動泵的結(jié)構(gòu)形式，但這種結(jié)構(gòu)脈動較大，線性度較差。若要減小脈動，應(yīng)減小擠壓輪的尺寸或增加擠壓輪的數(shù)量。減小擠壓輪尺寸雖然能減小脈動，但擠壓輪本身是一個(gè)元件，其尺寸不能過小，否則不易安裝在中心輪上，由于受到擠壓輪尺寸的限制，脈動的改善效果仍不明顯；而增加擠壓輪的數(shù)量無疑會增加輸液泵的尺寸，不能滿足輸液泵體積小的設(shè)計(jì)要求。為了達(dá)到減小脈動的目的，可以考慮去掉擠壓輪，將中心輪直接設(shè)計(jì)成帶有壓頭的轉(zhuǎn)輪形狀，如圖2-1所示，由于壓頭的尺寸B可以小很多，這樣可以明顯地改善液流的線性度，有效的減小脈動，另外中心輪的尺寸也可以相應(yīng)減小，從而使輸液泵的體積減小，滿足設(shè)計(jì)需要。為了精確控制輸液量和輸液速度，需要將壓頭完全擠壓住輸液管，使藥液不能自由流動，這樣才能保證輸液量和輸液速度只與轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速有關(guān)。因此，為了在任何時(shí)刻都有壓頭能夠完全擠壓住輸液管，輸液泵設(shè)計(jì)采用由多個(gè)轉(zhuǎn)輪組成的轉(zhuǎn)輪組結(jié)構(gòu)。2.2方案的具體設(shè)計(jì)思路過程本方案依據(jù)蠕動泵的工作原理，利用帶有壓頭的轉(zhuǎn)輪擠壓輸液管進(jìn)行輸液，取代了傳統(tǒng)的位差方式輸液方法，輸液設(shè)備便于攜帶；采用軸向滾動擠壓方式擠壓輸液管，輸液效果理想；輸液過程無需與藥液接觸，適用于普遍使用的一次性輸液管。用壓頭代替擠壓輪，將中心輪設(shè)計(jì)成尺寸較小的轉(zhuǎn)輪，可以有效地減小脈動，改善液流的線性度，減小輸液泵體積。例如某盤狀蠕動泵的中心輪直徑為2D，擠壓輪數(shù)量為6個(gè)，如圖2-2所示，現(xiàn)在改為帶有壓頭的轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)，假設(shè)轉(zhuǎn)輪的直徑減小一倍，為D，如果壓頭的尺寸b等于擠壓輪直徑d的一半且尺寸c也同時(shí)減半，則雖然轉(zhuǎn)輪直徑減半，但轉(zhuǎn)輪的壓頭數(shù)量仍為6個(gè)，但實(shí)際上壓頭的尺寸b比擠壓輪直徑小得多，尺寸c也可以更小，因此壓頭的數(shù)量將多于6個(gè)，這樣，既減小了壓頭的尺寸，又增加了壓頭的數(shù)量，而且轉(zhuǎn)輪的尺寸也大大減小，從而有效地減小了脈動，提高了液流的線性度，輸液泵體積也減小許多。圖2-2中心輪和轉(zhuǎn)輪尺寸圖Fig.2-2Sizemapofcenterdishandrotarydish為了使輸液泵結(jié)構(gòu)能保證精確控制輸液量和輸液速度，需采取用多個(gè)轉(zhuǎn)輪組成轉(zhuǎn)輪組的方法，這是因?yàn)殡m然理論上使用一個(gè)轉(zhuǎn)輪就能夠有效地減小脈動，而且體積小，但實(shí)際上一旦壓板的內(nèi)表面與轉(zhuǎn)輪定位不準(zhǔn)，產(chǎn)生偏心的話，就使得輸液管不能被完全壓緊，藥液就能自由流動，或者輸液管只在某一位置被一兩個(gè)壓頭完全壓緊，則單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生脈動的次數(shù)就會減少，脈動頻率減小，液流線性度降低。因此應(yīng)增加轉(zhuǎn)輪的數(shù)量確保在任何時(shí)刻輸液管都能被完全擠壓住，從而能夠精確控制輸液量和輸液速度，但轉(zhuǎn)輪數(shù)量增加會導(dǎo)致輸液泵體積增大，因此三個(gè)轉(zhuǎn)輪組成轉(zhuǎn)輪組比較合適。從體積來看，由于轉(zhuǎn)輪直徑是中心輪直徑的一半，需四個(gè)轉(zhuǎn)輪所占空間才與原來中心輪所占空間相等，因此三個(gè)轉(zhuǎn)輪并排放置所占的空間略小于原來的中心輪所占空間。如果保持原來的中心輪尺寸為2D不變，直接將它設(shè)計(jì)成帶有壓頭的大轉(zhuǎn)輪，尺寸b與尺寸c同上例，這時(shí)該轉(zhuǎn)輪的壓頭數(shù)量為16個(gè)，能同時(shí)擠壓輸液管的壓頭數(shù)量為8-9個(gè)，與上例的小轉(zhuǎn)輪組相比雖然能更好的改善脈動現(xiàn)象，但是由于接觸點(diǎn)較多，摩擦力也相對增大，設(shè)每個(gè)壓頭受到的摩擦力為F，則大轉(zhuǎn)輪所受的最大摩擦力為9F，小轉(zhuǎn)輪組的為7F，而轉(zhuǎn)動半徑也為2倍關(guān)系，所以大轉(zhuǎn)輪所受的轉(zhuǎn)矩要大于小轉(zhuǎn)輪組的轉(zhuǎn)矩和，約為第3章輸液泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1電機(jī)的選型假設(shè)主軸從到/s所需時(shí)間為:則：若考慮各部分重心軸的轉(zhuǎn)動慣量及摩擦力矩，則旋轉(zhuǎn)開始時(shí)的啟動轉(zhuǎn)矩可假定為電動機(jī)的功率可按下式估算（3-4）式中：——電動機(jī)功率；——負(fù)載力矩；——負(fù)載轉(zhuǎn)速；——傳動裝置的效率，初步估算取0.9；系數(shù)1.5～2.5為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，取1.5估算后就可選取電機(jī)，使其額定功率滿足下式（3-5）選擇QZD-08串勵(lì)直流電動機(jī)表3-1QZD-08串勵(lì)直流電動機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)功率（W）額定電壓（V）額定電流（A）額定轉(zhuǎn)速（r/min）濾磁方式絕緣等級工作制（min）8002446.21750串勵(lì)B603.2整體設(shè)計(jì)思路由于軸向滾動擠壓輸液管方式的輸液效果好，新型輸液泵將選用盤狀蠕動泵的結(jié)構(gòu)形式，但這種結(jié)構(gòu)脈動較大，線性度較差。若要減小脈動，應(yīng)減小擠壓輪的尺寸或增加擠壓輪的數(shù)量。減小擠壓輪尺寸雖然能減小脈動，但擠壓輪本身是一個(gè)元件，其尺寸不能過小，否則不易安裝在中心輪上，由于受到擠壓輪尺寸的限制，脈動的改善效果仍不明顯；而增加擠壓輪的數(shù)量無疑會增加輸液泵的尺寸，不能滿足輸液泵體積小的設(shè)計(jì)要求。根據(jù)上述方案，考慮到泵裝置的體積及傳動方式，決定用三個(gè)轉(zhuǎn)輪并排放置構(gòu)成轉(zhuǎn)輪組來擠壓輸液管，使藥液流動。轉(zhuǎn)輪組的工作軌跡為兩個(gè)四分之一圓弧與中間一段直線段，因此輸液泵的壓蓋內(nèi)側(cè)應(yīng)符合轉(zhuǎn)輪組的尺寸及相互位置，壓蓋與殼體的定位應(yīng)精準(zhǔn)，安裝和固定也要簡單方便，容易操作。由于齒輪傳動的主要優(yōu)點(diǎn)是傳動效率高、結(jié)構(gòu)緊湊及傳動比穩(wěn)定，因此傳動方式采用齒輪傳動，步進(jìn)電機(jī)通過減速齒輪驅(qū)動中間的轉(zhuǎn)輪，中間的轉(zhuǎn)輪又通過傳動齒輪帶動兩邊的轉(zhuǎn)輪同時(shí)同向同角度轉(zhuǎn)動。泵裝置整體體積應(yīng)盡可能小，便于攜帶。3.2.1轉(zhuǎn)輪設(shè)計(jì)輸液管的尺寸是外直徑為4mm,內(nèi)直徑為3mm，當(dāng)輸液管完全被壓緊之后的形狀的寬度為6mm，厚度為1mm，如圖所2-3示。輸液管是采用高分子材料制造的，具有韌性好、強(qiáng)度高、擠壓后可恢復(fù)變形以及可以隨意彎曲等特點(diǎn)，根據(jù)輸液泵的結(jié)構(gòu)，需要將輸液管彎曲90°，但如果輸液管的彎曲半徑過小，會導(dǎo)致其局部變形，影響藥液的流動，如圖2-4所示。圖2-3輸液管截面示意圖Fig.2-3Sketchmapoftransfusionpipesection圖2-4輸液管局部變形Fig.2-4Thedistortionofpartoftransfusionpipe測量數(shù)據(jù)表明，若將輸液管彎曲90°，當(dāng)其彎曲半徑大于會發(fā)生局部變形，據(jù)此可知轉(zhuǎn)輪的直徑最小直徑應(yīng)為26mm。13mm時(shí)，不當(dāng)轉(zhuǎn)輪尺寸的變小，其壓頭數(shù)目也隨之減少，這是因?yàn)?，?dāng)轉(zhuǎn)輪的尺寸和壓頭大小一定時(shí)，壓頭數(shù)目越多，相鄰兩個(gè)壓頭的擠壓點(diǎn)之間的空隙就越小，若這個(gè)空隙過小，將導(dǎo)致輸液管始終被完全壓緊，使輸液泵無法正常輸液。而且壓頭數(shù)量過少的話，也不能明顯的減小脈動。因此，應(yīng)合理設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)輪的尺寸、壓頭大小和壓頭數(shù)量，以保證泵裝置符合設(shè)計(jì)要求。對于給定的輸液管，由于其外徑D一定，則作用于該輸液管的轉(zhuǎn)輪的相鄰兩個(gè)壓頭擠壓點(diǎn)之間的空間（由A和C決定）是一定的。當(dāng)D一定時(shí)，A的值應(yīng)滿足A≥D，若A<D，則在相鄰兩個(gè)壓頭擠壓點(diǎn)之間的輸液管會被轉(zhuǎn)輪的凹處擠壓，影響輸液效果。輸液管的外徑為4mm，則尺寸A應(yīng)滿足A≥4mm，取A=4mm。由于輸液管有一定的強(qiáng)度和韌性，當(dāng)壓頭擠壓輸液管時(shí)，在擠壓點(diǎn)兩邊的管壁也會隨之變形，若C值過小會導(dǎo)致輸液管始終被完全壓緊，C值過大相當(dāng)于減少了壓頭的數(shù)量，導(dǎo)致脈動增大。因此，若轉(zhuǎn)輪尺寸一定，根據(jù)達(dá)到最多的壓頭數(shù)量，同時(shí)又保證輸液管不被始終壓緊的原則，可以得到C值的最小值。經(jīng)測量，當(dāng)相鄰兩個(gè)壓頭的擠壓點(diǎn)距離大于6mm時(shí)，擠壓點(diǎn)之間的輸液管最大外徑仍為4mm，即該段輸液管的中間部分未受到兩邊壓頭擠壓的影響，沒有發(fā)生變形，則尺寸C的最小值為6mm。為避免壓頭損傷輸液管的表面，尺寸B值不應(yīng)過小，其最小值為3mm為宜。壓頭的個(gè)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，設(shè)計(jì)起來較為方便，則其個(gè)數(shù)可取6、8和10（4個(gè)較少不易改善脈動現(xiàn)象，12個(gè)較多使尺寸變大），由于輸液泵的結(jié)構(gòu)為三個(gè)轉(zhuǎn)輪并排放置，其兩邊轉(zhuǎn)輪的工作軌道為四分之一圓弧，因此在此工作軌道內(nèi)，6個(gè)壓頭的轉(zhuǎn)輪只有2個(gè)壓頭在同時(shí)擠壓輸液管，8個(gè)和10個(gè)壓頭的轉(zhuǎn)輪都有3個(gè)，而8個(gè)壓頭的轉(zhuǎn)輪雖然有3個(gè)，但其中兩個(gè)都處于圓弧面的邊緣，為了保證有更多的壓頭能完全擠壓住輸液管，經(jīng)過綜合考慮，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)輪的壓頭數(shù)量為10個(gè)，使輸液泵裝置的結(jié)構(gòu)有利于精確控制輸液量和輸液速度。而通過輸液管彎曲半徑最小值確定的轉(zhuǎn)輪直徑為26mm，因此轉(zhuǎn)輪的最小直徑為28.7mm，考慮到更好的避免輸液管發(fā)生局部變形，則適當(dāng)?shù)脑黾愚D(zhuǎn)輪直徑，取31.2mm（見第5章內(nèi)容）轉(zhuǎn)輪的厚度應(yīng)不小于輸液管被完全擠壓后的寬度（6mm），取6mm。由于輸液泵是齒輪傳動，因此在轉(zhuǎn)輪上應(yīng)加上齒輪，把轉(zhuǎn)輪和齒輪設(shè)計(jì)成一體的，通過軸定位到輸液泵殼體上，需要注意的是轉(zhuǎn)輪的直徑是相對的兩個(gè)壓頭頂端的距離，因此要考慮到齒輪的齒頂圓直徑不能超過轉(zhuǎn)輪的直徑最小處（凹處）。3.2.2上蓋設(shè)計(jì)根據(jù)輸液泵的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)輪組的工作軌道應(yīng)為兩個(gè)四分之一圓弧以及中間一條直線段，則與之相配合的壓蓋內(nèi)側(cè)應(yīng)有具有相同的曲面，為了防止輸液管隨著轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動而移動，在壓蓋內(nèi)側(cè)設(shè)計(jì)一個(gè)U型槽，其尺寸應(yīng)能滿足輸液管完全被擠壓后的寬度（6mm），設(shè)計(jì)U型槽尺寸為7×5mm。由于壓蓋通過U型槽與轉(zhuǎn)輪組相配合，致使壓板只能從垂直于殼體上表面的方向安裝和取下，而且壓板與殼體的緊固的操作也應(yīng)以簡便為主，能夠很容易的安裝輸液管，據(jù)此，將壓板與泵殼體的連接與緊固方式設(shè)計(jì)為一端通過一個(gè)卡扣與殼體卡緊，另一端通過一個(gè)擰緊旋鈕與固定在殼體上的螺栓連接，因此實(shí)際操作時(shí)，只需將壓板垂直于殼體放好，將卡扣卡緊后擰緊旋鈕即可，簡單方便。3.2.3傳動齒輪設(shè)計(jì)輸液泵裝置采用齒輪傳動，裝置內(nèi)一共有三種齒輪，分別是和轉(zhuǎn)輪設(shè)計(jì)成一體的轉(zhuǎn)輪齒輪Ⅰ（三個(gè)）、用于相鄰兩個(gè)轉(zhuǎn)輪傳動的齒輪Ⅱ（兩個(gè)），以及步進(jìn)電機(jī)軸上用來驅(qū)動中間轉(zhuǎn)輪的齒輪Ⅲ（一個(gè)），它們均采用漸開線圓柱齒輪的形式。齒輪Ⅰ由于轉(zhuǎn)輪直徑為31.2mm，尺寸A=4mm，則齒輪Ⅰ的齒頂圓直徑不能超過da=31.2-2×4=23.2mm。按設(shè)計(jì)計(jì)算公式1選擇齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)。1）根據(jù)傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動。2）運(yùn)輸機(jī)為一般機(jī)器，速度不高，選用7級精度3）材料選擇由表(10-1)選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，二者硬度差為40HBS。4）初選小齒輪的齒數(shù)，選2按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)公式（注:腳標(biāo)t表示試選或試算值,下同.）（1）確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值1）試選載荷系數(shù)2）計(jì)算小齒輪轉(zhuǎn)矩3）由表10-7選取齒寬系數(shù)（非對稱布置）4）由表10-6查取材料彈—性-影-響-系-數(shù)5）由圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度6）由式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（j為齒輪轉(zhuǎn)一圈，同一齒面嚙合次數(shù)；為工作壽命）7）由圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)8）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1%，安全系數(shù)為S=1，由式10-12得（2）計(jì)算1）試算小齒輪分度圓直徑，代入較小值由計(jì)算式得，mm2）計(jì)算圓周速度3）計(jì)算齒輪b4)計(jì)算齒寬與齒高比模數(shù)齒輪高齒高比5）計(jì)算載荷系數(shù)K根據(jù)，7級精度，由圖10-8查得動載系數(shù)由表10-2查得由表10-4用插值法，7級精度,小齒輪相對軸承為非對稱布置查得由查圖10-13得故載荷系數(shù)=1.5626）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算分度圓直徑，由式（10-10a）得7）計(jì)算模數(shù)3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式（10-5）（1）確定計(jì)算參數(shù)1)圖10-20C查得小齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限為由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)3)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)由公式(10-12)得4)算載荷系數(shù)=5)取齒形系數(shù)，應(yīng)力校正系數(shù)由表10-5查得6)比較大小齒輪的大小大齒輪的數(shù)值大（2）設(shè)計(jì)計(jì)算對比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，終合考慮，滿足兩方面，對模數(shù)就近取整，則m=0.54幾何尺寸計(jì)算（1）計(jì)算中心距=15mm(2)分度圓直徑齒輪Z1Z2齒數(shù)2040模數(shù)0.50.5分度圓直徑1020齒頂圓直徑1121齒根圓直徑8.7518.75所有齒輪的結(jié)構(gòu)及相互定位如圖3-8所示。圖3-8齒輪定位示意圖3.2.4殼體的設(shè)計(jì)殼體分為前后兩個(gè)部分，如圖2-9所示，前部分的外側(cè)有用于和壓蓋卡扣相配合的凸起部分，后部分的外側(cè)固定有用于和擰緊旋鈕連接的螺栓。殼體兩部分內(nèi)壁的對應(yīng)位置都有用于齒輪軸向定位的凸臺，凸臺上有用于定位軸的孔。殼體下端鉆有螺紋孔，零件安裝完成后，用螺栓將兩部分連接在一起形成完整的殼體。為了精確定位壓蓋與殼體的相互位置，殼體后部分的左右兩端設(shè)置了銷，防止壓蓋與殼體位置存在偏差影響轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動。另外殼體與壓蓋接觸的表面粘有厚度為1mm的橡膠墊，目的是使壓蓋能通過后部分兩側(cè)的殼壁上設(shè)計(jì)了缺口，目的是使輸液管能更自然的放置，以免彎曲半徑過小發(fā)生局部變形。殼體后壁上留有能使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸及驅(qū)動齒輪通過的孔，孔的位置由齒輪Ⅰ和齒輪Ⅲ的尺寸和相對位置決定。殼體的壁厚為5mm，由于前后殼體在兩側(cè)和下端有螺栓連接，設(shè)計(jì)此處壁厚為10mm。圖2-11輸液泵的裝配示意圖Fig.2-11Sketchmapoftransfusionpumpassemblage3.3本章小結(jié)通過對目前常見的醫(yī)用輸液泵的優(yōu)缺點(diǎn)及影響蠕動泵脈動大小主要因素的分析，提出了一種新型輸液泵的設(shè)計(jì)方案，通過對方案的可行性驗(yàn)證，證明采用轉(zhuǎn)輪組結(jié)構(gòu)運(yùn)行的輸液泵能夠有效地減小脈動，而且能保證精確控制輸液量和輸液速度，泵裝置結(jié)構(gòu)簡單，體積很小，符合設(shè)計(jì)要求。并計(jì)算出了泵裝置所有元件的尺寸及參數(shù)，用solidworks繪圖軟件畫出了所有元件的結(jié)構(gòu)圖。第4章輸液泵電控設(shè)計(jì)4.1總體方案論證在詳細(xì)的了解了設(shè)計(jì)要求后，通過資料的查閱，對各部分功能的掌握以及以往輸液器成品的了解，在反復(fù)比較和計(jì)算的前提下，建立了總體方案的框圖。

圖1.1總體上確立了由AT89C51為控制芯片，通過擴(kuò)展片8255連接鍵盤，并由液滴監(jiān)控電路、氣泡檢測電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路和RS-232與上位機(jī)連接形成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。利用紅外傳感器檢測液滴流速，將采集到的數(shù)據(jù)送與AT89C51；CPU則控制步進(jìn)電機(jī)蠕動角度和速度，將步進(jìn)電機(jī)的角度轉(zhuǎn)動量轉(zhuǎn)化為直線進(jìn)給，并反復(fù)計(jì)算得出在一段時(shí)間內(nèi)電機(jī)控制下的實(shí)際滴數(shù)其與預(yù)設(shè)值相比，保證在系統(tǒng)允許誤差范圍內(nèi)正常工作。保持系統(tǒng)穩(wěn)定、精確的工作。4.2方案比較方案一：利用紅外管發(fā)出紅外光，受到莫菲氏管內(nèi)液滴的阻擋，變成斷續(xù)的液滴信號，紅外受光管將受到的斷續(xù)得信號整形、放大成脈沖信號。這個(gè)信號經(jīng)接口電路送入微機(jī)處理器，處理器根據(jù)原設(shè)定的醫(yī)學(xué)要求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并送往輸出接口電路，再由電機(jī)驅(qū)動電路驅(qū)動直流電機(jī)，直流電機(jī)帶動氣泵往藥液瓶內(nèi)送氣，使瓶內(nèi)產(chǎn)生一定的壓力，以控制液滴的滴注速度，使之達(dá)到臨床輸液要求?？傮w結(jié)構(gòu)如圖1.2所示。紅外線發(fā)光管紅外線發(fā)光管紅外線受光管信號發(fā)射處理輸入接口電路微處理器輸出接口電路電機(jī)驅(qū)動電源直流步進(jìn)電機(jī)擠壓泵鍵盤輸入液晶顯示器PC上位機(jī)圖1.2具體使用方法如下：

a.準(zhǔn)備好藥液，將輸液瓶卡入支架內(nèi)，并將氣泵嘴插入氣管口內(nèi)，將莫非氏管卡入莫非氏支架內(nèi)。

b.將電源開關(guān)置于ON，儀器顯示01：23：45，此時(shí)按一下設(shè)置，儀器顯示500ml，根據(jù)實(shí)際藥液量，用++鍵、+鍵或-鍵，設(shè)置好輸液總量。

c.再按設(shè)置鍵，儀器顯示40滴，根據(jù)病情用++鍵、+鍵、-鍵設(shè)置輸液速度（滴/分）。

d.斷續(xù)按動NC鍵，使輸液管排氣，當(dāng)空氣排凈后使液滴正常滴注。

e.常規(guī)消毒后，將輸液針頭插入靜脈，固定好，按行動鍵，自動輸液開始。

f.當(dāng)藥液剩余量為30ml時(shí)，儀器蜂鳴報(bào)警，待輸液結(jié)束，取出針頭、藥瓶，將電源開關(guān)置于off。

g.需要充電時(shí)，將充電器輸出插頭插入儀器充電插座內(nèi)，充電器指示燈亮，當(dāng)指示燈熄滅，充電結(jié)束。

方案二：采用AT89C51芯片，通過光電傳感器監(jiān)測液滴信號，經(jīng)脈沖整形電路送芯片（當(dāng)無液滴落下時(shí)，光電傳感器輸出低電平；當(dāng)液滴經(jīng)過傳感器，傳感器感測到光線變化，輸出脈沖信號，送與芯片的電平為高電平），單片機(jī)芯片根據(jù)接收到的脈沖的頻率就可以計(jì)算出當(dāng)時(shí)的輸液速度，并控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速以精確控制流量和流速。

一、本方案的液滴檢測部分采用的是直射式紅外光電傳感器ST150

該傳感器特點(diǎn)如下：

1．采用高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成。

2．采用非接觸檢測方式。

3．光縫寬度（分辨率）有0.8mm、0.4mm兩種

該光電傳感器外形尺寸小巧，靈敏度高且價(jià)格便宜，能滿足本設(shè)計(jì)輸液器的各項(xiàng)性能要求指標(biāo)。

二、步進(jìn)電機(jī)部分采用四相步進(jìn)電機(jī)35by48bh10驅(qū)動電壓為12v。采用ULN2003芯片對其驅(qū)動，驅(qū)動電壓為5v，該電壓小于12v，因此要外加電壓直到12v從而為電機(jī)提供足夠的能量。

三、顯示部分

采用數(shù)碼管顯示方式，比起液晶顯示器數(shù)碼管能實(shí)現(xiàn)相同的功能且價(jià)格低廉，所以選擇74LS48數(shù)碼管顯示較為合理。

四、步進(jìn)電機(jī)控制液滴—流速

為力求得到準(zhǔn)確的、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，并且控制液滴數(shù)和預(yù)設(shè)值的起始誤差在3%的范圍內(nèi)。由于具有步進(jìn)電機(jī)進(jìn)給的非線性數(shù)據(jù)，所以只能經(jīng)過幾次的電機(jī)進(jìn)給角度得到一段時(shí)間內(nèi)實(shí)際的滴數(shù)，再和預(yù)設(shè)值相比較，控制在誤差范圍內(nèi)。具體分析過程如下：測得電機(jī)轉(zhuǎn)角最大值和最小值的滴數(shù)。根據(jù)病人的實(shí)際情況設(shè)定預(yù)設(shè)值，假如起始值輸入每分鐘100滴，設(shè)定測試時(shí)間的范圍為30秒，如果實(shí)際得到只有60滴，而此時(shí)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角為30度，那么加大步進(jìn)電機(jī)的進(jìn)給角度為60度，得出實(shí)際的滴數(shù)，假如得到110滴，那么逐漸減小角度，若得到90滴，就再加大進(jìn)給角度，經(jīng)過多次的調(diào)試，得到再測試時(shí)間范圍內(nèi)的穩(wěn)定實(shí)際數(shù)值在和預(yù)設(shè)值的允許誤差范圍內(nèi)，則此方案可行。因?yàn)闇y試時(shí)間較短，一個(gè)儲液瓶滴完大概要一個(gè)小時(shí)左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于裝置的測試時(shí)間，一點(diǎn)不影響正常病人藥液的輸入，故可以忽略。此計(jì)算方法簡單明了，容易實(shí)施。

比較以上兩種方案，前一種控制復(fù)雜，系統(tǒng)造價(jià)較高且精度不好，利用空氣壓力控制流速會對外界條件的要求很苛刻，對輸液瓶的結(jié)構(gòu)要求也很高，不適合使用在經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)的醫(yī)療機(jī)構(gòu)或站地醫(yī)療之中。而方案二控制原理簡單，實(shí)現(xiàn)的功能俱全，且整體造價(jià)經(jīng)濟(jì)，易于操作，對外界環(huán)境要求不高，是總體性價(jià)比較高的方案，故選擇第二套方案。第5章硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1總體硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)的基本思路是實(shí)用、可靠以及小型化。為此選用了美國ATMEL公司AT89C51單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。氣泡檢測電路由紅外傳感器及放大器組成。傳感器采用ST150,當(dāng)有氣泡通過時(shí),發(fā)射管發(fā)射出的光信號由于氣泡的影響而改變了強(qiáng)度,造成接收管電壓的改變,經(jīng)放大器LM324放大后給89C51發(fā)出一個(gè)低電平信號。阻塞檢測電路由一個(gè)橡膠導(dǎo)管及微動開關(guān)組成,當(dāng)出現(xiàn)輸液阻塞現(xiàn)象時(shí),藥液流入橡膠導(dǎo)管,觸動微動開關(guān),微動開關(guān)發(fā)給89C51一個(gè)低電平號,89C51接到低電平信號后,控制報(bào)警蜂鳴器及故障報(bào)警燈進(jìn)行聲光報(bào)警,步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)動,進(jìn)行故障處理。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路采用ULN2003芯片,89C51通過驅(qū)動電路來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī),步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速與輸液速度成正比?？刂齐姍C(jī)的轉(zhuǎn)速即可改變輸液的速度。輸液容量與步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的步數(shù)以及輸液泵系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量(即步進(jìn)電機(jī)每運(yùn)行一步輸液泵輸出藥液的體積)成正比。不同的輸液管對應(yīng)的脈沖當(dāng)量不同?？刂撇竭M(jìn)電機(jī)運(yùn)行的步數(shù)即可控制輸液量。5.2AT89C51單片機(jī)管腳特性及相應(yīng)參數(shù)AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。5.1.1主要特性·與MCS-51兼容·4K字節(jié)可編程閃爍存儲器·壽命：1000寫/擦循環(huán)·數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz·三級程序存儲器鎖定·128×8位內(nèi)部RAM·32可編程I/O線·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器·5個(gè)中斷源·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路5.1.2VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳備選功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5T1（記時(shí)器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。圖5.1振蕩器特性:XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對外部時(shí)鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。5.3傳感器控制檢測氣泡檢測電路由紅外傳感器及放大器組成。傳感器采用ST150紅外對管,當(dāng)有氣泡通過時(shí),發(fā)射管發(fā)射出的光信號由于氣泡的影響而改變了強(qiáng)度,造成接收管電壓的改變經(jīng)放大器LM324放大后給AT89C51發(fā)出一個(gè)低電平信號。阻塞檢測電路由一個(gè)橡膠導(dǎo)管及微動開關(guān)組成,當(dāng)出現(xiàn)輸液阻塞現(xiàn)象時(shí),藥液流入橡膠導(dǎo)管,觸動微動開關(guān),微動開關(guān)發(fā)給AT89C51一個(gè)低電平信號,AT89C51接到低電平信號后,控制報(bào)警蜂鳴器及故障報(bào)警燈進(jìn)行聲光報(bào)警,步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)動,進(jìn)行故障處理。輸液完畢與此同理。本方案的液滴檢測部分采用的是直射式紅外光電傳感器ST150

特點(diǎn)：

1．采用高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成。

2．采用非接觸檢測方式。

3．光縫寬度（分辨率）有0.8mm、0.4mm兩種

該光電傳感器外形尺寸小巧，靈敏度高且價(jià)格便宜，能滿足本設(shè)計(jì)輸液器各項(xiàng)性能要求指標(biāo)。LM324系列器件為價(jià)格便宜的帶有真差動輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運(yùn)算放大器可用圖1所示的符號來表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列下圖。圖5.25.4步進(jìn)電機(jī)控制電路在這里采用ULN2003芯片來對四相步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動。下面介紹用AT89C51單片機(jī)驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的方法。

這款步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電壓12V步進(jìn)角為7.5度一圈360度,需要48個(gè)脈沖完成。該步進(jìn)電機(jī)有6根引線，排列次序如下：1:紅色、2:紅色、3:橙色、4:棕色、5:黃色、6:黑色。采用51驅(qū)動ULN2003的方法進(jìn)行驅(qū)動。硬件連接如下圖。

圖3.3ULN2003的驅(qū)動直接用單片機(jī)系統(tǒng)的5V電壓，可能力矩不是很大，可自行加大驅(qū)動電壓到12V。;A組線圈對應(yīng)P2.4

;B組線圈對應(yīng)P2.5

;C組線圈對應(yīng)P2.6

;D組線圈對應(yīng)P2.7

;正轉(zhuǎn)次序:AB組--BC組--CD組--DA組(即一個(gè)脈沖,正轉(zhuǎn)7.5度)。5.5滴數(shù)換算方法測得電機(jī)轉(zhuǎn)角最大值和最小值的滴數(shù)。根據(jù)病人的實(shí)際情況設(shè)定預(yù)設(shè)值，假如起始值輸入每分鐘100滴，設(shè)定測試時(shí)間的范圍為30秒，如果實(shí)際得到只有60滴，而此時(shí)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角為30度，那么加大步進(jìn)電機(jī)的進(jìn)給角度為60度，得出實(shí)際的滴數(shù)，假如得到110滴，那么逐漸減小角度，若得到90滴，就再加大進(jìn)給角度，經(jīng)過多次的調(diào)試，得到再測試時(shí)間范圍內(nèi)的穩(wěn)定實(shí)際數(shù)值在和預(yù)設(shè)值的允許誤差范圍內(nèi)，則此方案可行。因?yàn)闇y試時(shí)間較短，一個(gè)儲液瓶滴完大概要一個(gè)小時(shí)左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于裝置的測試時(shí)間，一點(diǎn)不影響正常病人藥液的輸入，故可以忽略。此計(jì)算方法簡單明了，容易實(shí)施。5.6鍵盤和顯示部分鍵盤的主要功能是隨時(shí)設(shè)定輸液速度，本設(shè)計(jì)的鍵盤部分設(shè)計(jì)十分簡單，按鍵“++”的的功能是加大輸液輸液速度按鍵的輸入值設(shè)為F，按鍵“——”的功能是減小輸液速度按鍵的輸入值暫定為E，按鍵“啟?！钡墓δ苁窃O(shè)定輸液速度后按一下這是輸液開始，再按一下輸液停止按鍵設(shè)為D。輸液速度和輸液時(shí)間都可以通過輸入數(shù)字值設(shè)定。在這里采用8255芯片與單片機(jī)連接做鍵盤的設(shè)計(jì)。8255芯片結(jié)構(gòu)特點(diǎn)介紹8255是Intel公司生產(chǎn)的可編程并行I/O接口芯片，有3個(gè)8位并行I/O口。具有3個(gè)通道3種工作方式的可編程并行接口芯片（40引腳）。其各口功能可由軟件選擇，使用靈活，通用性強(qiáng)。8255可作為單片機(jī)與多種外設(shè)連接時(shí)的中間接口電路。8255作為主機(jī)與外設(shè)的連接芯片，必須提供與主機(jī)相連的3個(gè)總線接口，即數(shù)據(jù)線、地址線、控制線接口。同時(shí)必須具有與外設(shè)連接的接口A、B、C口。由于8255可編程,所以必須具有邏輯控制部分，因而8255內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為3個(gè)部分：與CPU連接部分、與外設(shè)連接部分、控制部分。引腳功能介紹如下；RESET:復(fù)位輸入線，當(dāng)該輸入端處于高電平時(shí)，所有內(nèi)部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成輸入方式。CS:芯片選擇信號線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí),即/CS=0時(shí),表示芯片被選中，允許8255與CPU進(jìn)行通訊;/CS=1時(shí),8255無法與CPU做數(shù)據(jù)傳輸.RD:讀信號線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí),即/RD=0且/CS=0時(shí),允許8255通過數(shù)據(jù)總線向CPU發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，即CPU從8255讀取信息或數(shù)據(jù)。WR:寫入信號，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí),即/WR=0且/CS=0時(shí),允許CPU將數(shù)據(jù)或控制字寫入8255。D0～D7:三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線，8255與CPU數(shù)據(jù)傳送的通道，當(dāng)CPU執(zhí)行輸入輸出指令時(shí)，通過它實(shí)現(xiàn)8位數(shù)據(jù)的讀/寫操作，控制字和狀態(tài)信息也通過數(shù)據(jù)總線傳送。PA0～PA7:端口A輸入輸出線，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。PB0～PB7:端口B輸入輸出線，一個(gè)8位的I/O鎖存器，一個(gè)8位的輸入輸出緩沖器。PC0～PC7:端口C輸入輸出線，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。端口C可以通過工作方式設(shè)定而分成2個(gè)4位的端口，每個(gè)4位的端口包含一個(gè)4位的鎖存器，分別與端口A和端口B配合使用，可作為控制信號輸出或狀態(tài)信號輸入端口。'A0,A1:地址選擇線,用來選擇8255的PA口,PB口,PC口和控制寄存器.當(dāng)A0=0,A1=0時(shí),PA口被選擇;當(dāng)A0=0,A1=1時(shí),PB口被選擇;當(dāng)A0=1,A1=0時(shí),PC口被選擇;當(dāng)A0=1.A1=1時(shí),控制寄存器被選擇本設(shè)計(jì)所需的按鍵比較少所以我們將其設(shè)計(jì)為4*4鍵盤，多出的按鍵可以為以后擴(kuò)展功能備用。圖5.4本設(shè)計(jì)的顯示部分的主要是功能是顯示輸液的速度值和輸液的時(shí)間，便于觀察和更改適當(dāng)?shù)妮斠核俣?。硬件考慮到節(jié)約成本采用的是74LS48數(shù)碼管而不是液晶顯示。由于精度要在-+%3因此四位顯示足夠本設(shè)計(jì)的要求。硬件連接如下圖3.5所示。圖3.55.7與上位機(jī)的通信本設(shè)計(jì)與上位機(jī)進(jìn)行通信的主要目的，是在輸液完畢和輸液泵阻塞的時(shí)候能夠向遠(yuǎn)處護(hù)理人員發(fā)出報(bào)警信號，使之盡快的解決問題。通信方式采用串行通信。串行通信是指通信的發(fā)送方和接收方之間的數(shù)據(jù)信息的傳輸是在單根數(shù)據(jù)線，以每次一個(gè)二進(jìn)制位移動的他的好處是只需一對傳輸線進(jìn)行傳送信息，因此其成本低，適用于遠(yuǎn)距離通信，他的缺點(diǎn)是傳送速度低，串行通信有異步通行和同步通信兩種基本通信方式，同步通信適用于傳送速度高的情況，其硬件復(fù)雜，而異步通信應(yīng)用于傳送速度在50-19200波特之間，是比較常用的傳送方式，在異步通信中，數(shù)據(jù)是一幀一幀傳送的，每一串行幀的數(shù)據(jù)格式由1位起始位，5-8位的數(shù)據(jù)位，1位的奇偶校驗(yàn)位（可省略）和1位停止位4部分組成，在串行通信前，發(fā)送方和接收方要約定具體的數(shù)據(jù)格式和波特率（通信協(xié)議）。RS232C是一種電壓型總線標(biāo)準(zhǔn)，可用于設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)接口和終端或外設(shè)之間的連接，以不同的極性的電壓表示邏輯值。-3～-25V表示邏輯"1"。+3～+25V表示邏輯"0"。其電平和TTL和CMOS電平是不同的，所以在通信時(shí)必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。MAXIM公司的MAX232/MAX232A接收/發(fā)送器是MAXIM公司特別為EIA/TEA2232E的標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)的，他們在EIA/TIA2232E標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口中日益得到廣泛的應(yīng)用，他們具有功耗低、工作電源為單電源、外接電容僅為0.1μF或1μF，采用雙列直插封裝形式、接收器輸出為三態(tài)TTL/CMOS等優(yōu)越性，為雙組RS232接收發(fā)送器，工作電源為+5V，波特率高，僅需外接0.1μF或1μF的電容，其價(jià)格低，可在一般需要串行通信的系統(tǒng)中使用，MAX232外圍需要4個(gè)電解電容，是內(nèi)部電源轉(zhuǎn)換所需電容，其取值均為1μF/25V宜選用鉭電容并且應(yīng)盡量靠近芯片。該電路連接原理如圖3.6所示。圖5.6軟件是硬件的支撐,也是硬件整體性能發(fā)揮的杠桿與上面的硬件相對應(yīng),把軟件采用功能模塊的方法進(jìn)行編寫,會增強(qiáng)系統(tǒng)整體可移植性。系統(tǒng)軟件需要的功能模塊主要有鍵盤模塊與顯示模塊,測量信號模塊與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動控制模塊,通訊模塊,報(bào)警模塊。這樣分類也和硬件的設(shè)置相對應(yīng)。軟件各模塊的相互連接需要主控模塊對它們進(jìn)行控制。按照主控模塊的執(zhí)行順序來工作。這就是整個(gè)系統(tǒng)的軟件構(gòu)建方案?？刂频拿}沖頻率就可以控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速,設(shè)定好工作速度后,根據(jù)這一數(shù)值查表對應(yīng)某一值,利用這一數(shù)值在這基礎(chǔ)上系統(tǒng)進(jìn)行加速或減速,當(dāng)測量蔽值和設(shè)定小于規(guī)定的數(shù)時(shí)記錄這個(gè)脈沖率并停止調(diào)速這就是步進(jìn)電機(jī)控制軟件流程的主要思想,如果氣泡中斷信號來臨,發(fā)生中斷,中斷中將停止步進(jìn)電機(jī)。整個(gè)輸液的過程如下圖4.1所示蜂鳴器報(bào)警開始輸液參數(shù)設(shè)定參數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)換驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)阻塞故障氣泡故障輸液累積量顯示蜂鳴器報(bào)警開始輸液參數(shù)設(shè)定參數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)換驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)阻塞故障氣泡故障輸液累積量顯示氣泡檢測監(jiān)控子程序輸液結(jié)束停止暫停處理顯示燈報(bào)警圖5.75.8初始化模塊在軟件設(shè)計(jì)過程中初始化就是把變量賦為默認(rèn)值，把控件設(shè)為默認(rèn)狀態(tài)，把沒準(zhǔn)備的準(zhǔn)備好。在這個(gè)過程中輸液速度，報(bào)警裝置，和時(shí)間都會被清零，電機(jī)回到初始位置。實(shí)現(xiàn)該功能的軟件流程圖如下。上電上電顯示為0輸液參數(shù)設(shè)定電機(jī)在初始位置單片機(jī)復(fù)位YYNN5.9步進(jìn)電機(jī)控制由于受步進(jìn)電機(jī)本身特性的限制,在電機(jī)啟、停及運(yùn)行速度突變時(shí),往往會出現(xiàn)失步現(xiàn)象,從而影響輸液泵系統(tǒng)的精度。為解決這一問題,本系統(tǒng)采用了軟件實(shí)現(xiàn)自動升、降速的方法。步進(jìn)電機(jī)控制速度圖如圖4.2所示。圖中加、減速段近似于指數(shù)曲線,啟動時(shí)速度逐漸加大可以避免沖擊,加速到一定頻率后恒速運(yùn)行,快到終點(diǎn)時(shí)速度緩慢減小,直到走完規(guī)定的步數(shù)后停機(jī),這樣可以避免失步現(xiàn)象。誤差寄存器存數(shù)N清零，零寄存器B清零延時(shí)誤差寄存器存數(shù)N清零，零寄存器B清零延時(shí)累加脈沖到？B←B+N有進(jìn)位溢出？發(fā)出進(jìn)給脈沖N←N+1B←B+1指令脈沖到？發(fā)指令脈沖N←N+1返回返回NNNYY（a）主程序流程計(jì)數(shù)器置初值計(jì)數(shù)器置初值計(jì)數(shù)器減1計(jì)數(shù)到發(fā)脈沖（b）累加脈沖產(chǎn)生流程圖圖4.4步進(jìn)電機(jī)啟停調(diào)速程序#include<AT89X51.h>staticunsignedintcount;//計(jì)數(shù)

staticintstep_index;//步進(jìn)索引數(shù)，值為0－7staticbitturn;//步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動方向

staticbitstop_flag;//步進(jìn)電機(jī)停止標(biāo)志

staticintspeedlevel;//步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)，數(shù)值越大速度越慢，最小值為1，速度最快

staticintspcount;//步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)計(jì)數(shù)

voiddelay(unsignedintendcount);//延時(shí)函數(shù)，延時(shí)為endcount*0.5毫秒

voidgorun();//步進(jìn)電機(jī)控制步進(jìn)函數(shù)voidmain(void)

{

count=0;

step_index=0;

spcount=0;

stop_flag=0;P1_0=0;

P1_1=0;

P1_2=0;

P1_3=0;EA=1;//允許CPU中斷

TM