1、中文題目：基于單片機(jī)的輸液監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)外文題目：DESIGN OF INFUSION MONITORING SYSTEM BASED ON SINGLE CHIP畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共 69 頁(yè)（其中：外文文獻(xiàn)及譯文23頁(yè)） 圖紙共1張 完成日期 2013年6月 答辯日期 2013年6月 摘要 輸液是醫(yī)院常用的治療手段，傳統(tǒng)輸液過(guò)程中存在著輸液速度不精確、需要人工監(jiān)護(hù)等弊端。本文的目的就是設(shè)計(jì)一種輸液監(jiān)控系統(tǒng)以解決此問(wèn)題。本文設(shè)計(jì)的輸液監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸液速度的檢測(cè)與控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)儲(chǔ)液瓶中液面體積的檢測(cè)報(bào)警，并且動(dòng)態(tài)顯示輸液速度。使用者可以通過(guò)PC設(shè)置輸液速度，系統(tǒng)將自動(dòng)對(duì)輸液速度進(jìn)行控制。此外

2、系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了多機(jī)通信， 即一個(gè)主站控制多個(gè)從站和主從機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)輸液結(jié)束或輸液速度發(fā)生異常時(shí)，從站使用發(fā)光二極管和蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，并將報(bào)警信號(hào)通過(guò)串行口傳送至主站，主站通過(guò)監(jiān)控軟件和蜂鳴器實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警。在整體方案設(shè)計(jì)中，在保證設(shè)計(jì)系統(tǒng)能達(dá)到的使用要求的精度和穩(wěn)定度的前提下，考慮到系統(tǒng)的輕便性、實(shí)用性、可靠性，對(duì)電路系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。 本設(shè)計(jì)基本完成了預(yù)想功能，并指明了以后的研究方向和工作重點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；PID；步進(jìn)電機(jī)；CAN總線(xiàn)；PCAbstract Transfusion commonly used as treatment in hospital，but there wer

3、e some problems，such as inaccurate，need transfusion of artificial guardianship，etcThe goal is to design a transfusion monitoring system in order to solve those problems The infusion monitoring system design by this paper,actualize the infusion rate of test，the control of reservoir fluid bottle volum

4、e detection alarm and dynamic display of transfusion speedUsers can through the PC to control transfusion speed.Besides the system also actualize multi-machine communication，that is，a master station to control multiple machines from a station and the masterslave data transmission betweenWhen the inf

5、usion end or infusion speed abnormal，slave lightemitting diodes and buzzer to alarm，and will alarm signals through serial transmission to the master，stood by monitoring software realization and buzzer sound-light alarm In the overall program design,in ensuring the use of design systems to achieve th

6、e required accuracy and stability of the premise，taking into account the systems portability，practicality，reliability，electrical systems were optimized Finally,the infusion monitoring system design by this paper，and point out future research directions and priorities Keywords：single chip；PID；Stepper

7、 Motor；Can Bus；PC 目錄前言11 概述21.1 本設(shè)計(jì)研究的現(xiàn)狀21.2 本設(shè)計(jì)研究的意義31.3 本設(shè)計(jì)主要工作內(nèi)容42 輸液監(jiān)控系統(tǒng)總體方案52.1 系統(tǒng)需求分析52.2 系統(tǒng)方案論證與比較52.2.1 控制方案比較52.2.2 點(diǎn)滴檢測(cè)方案62.2.3 剩余液體檢測(cè)方案62.2.4速度控制方案72.2.5電機(jī)選擇及控制方案72.2.6主從機(jī)通信方案82.3 系統(tǒng)總體框圖102.4 小結(jié)113 系統(tǒng)從站的硬件設(shè)計(jì)123.1從站系統(tǒng)框圖與核心部分電路圖123.2從站系統(tǒng)各單元設(shè)計(jì)133.2.1點(diǎn)滴信號(hào)檢測(cè)單元133.2.2鍵盤(pán)及顯示單元163.2.3電源單元183.2.4聲光

8、報(bào)警單元193.3通信電路硬件設(shè)計(jì)及其工作原理193.4小結(jié)214 輸液監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)224.1下位機(jī)的軟件系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)224.2下位機(jī)系統(tǒng)各軟件模塊的設(shè)計(jì)234.2.1主模塊234.2.2液滴計(jì)數(shù)模塊234.2.3查詢(xún)液滴有無(wú)及液滴過(guò)慢時(shí)的報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì)244.2.4通信程序模塊程序設(shè)計(jì)255 輸液系統(tǒng)上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)285.1歡迎界面設(shè)計(jì)285.2監(jiān)控/報(bào)警界面設(shè)計(jì)295.3 PC機(jī)通信接口模塊設(shè)計(jì)315.3.1 Mscomm控件屬性及處理315.3.2通信協(xié)議335.3.3本機(jī)的通信模塊設(shè)計(jì)335.3.4 MSComm控件屬性及應(yīng)用345.4小結(jié)366結(jié)論37致謝38參考文獻(xiàn)3

9、9附錄A外文文獻(xiàn)譯文40附錄B 外文文獻(xiàn)原文53附錄C 部分子程序 64前言靜脈輸液是我國(guó)目前臨床治療中最主要的一種輸液方式，在實(shí)踐工作中，醫(yī)護(hù)人員一般是靠經(jīng)驗(yàn)和觀(guān)察通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)輸液器上的滑輪對(duì)滴速進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)的，這種方法經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些異常情況:臨床經(jīng)驗(yàn)不是很豐富的醫(yī)護(hù)人員對(duì)滴速的把握就不會(huì)很準(zhǔn)確，容易造成輸液速度過(guò)快導(dǎo)致患者出現(xiàn)不適或速度過(guò)慢而影響治療效果;若輸液時(shí)間較長(zhǎng)，容易導(dǎo)致醫(yī)護(hù)人員和患者的疏忽，增加醫(yī)療事故隱患。需要隨時(shí)監(jiān)控輸液情況，加大了醫(yī)護(hù)人員的工作任務(wù)。因此提高輸液系統(tǒng)的智能化和自動(dòng)化以及降低輸液過(guò)程中的隱患勢(shì)在必行1。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外各大醫(yī)院對(duì)輸液裝置進(jìn)行了廣泛的研究，生產(chǎn)出許多新型輸

10、液監(jiān)控裝置，但由于價(jià)格過(guò)于昂貴，未能較好的普及。本文設(shè)計(jì)了一種以PC機(jī)為上位機(jī)，以AT89C52單片機(jī)為眾下位機(jī)的RS485/RS232總線(xiàn)智能輸液監(jiān)控系統(tǒng)。上位機(jī)采用Visual C+編程語(yǔ)言，創(chuàng)建了一個(gè)可視化的人機(jī)界面，通過(guò)該界面可以設(shè)定目標(biāo)滴速、設(shè)定報(bào)警形式等信息。下位機(jī)設(shè)計(jì)了具有RS485總線(xiàn)轉(zhuǎn)換接口、吊瓶體積選擇鍵盤(pán)、LCD數(shù)據(jù)顯示、液滴紅外檢測(cè)、步進(jìn)電機(jī)控制、聲光報(bào)警報(bào)警等功能的輸液終端監(jiān)控系統(tǒng)。該智能輸液系統(tǒng)的預(yù)期目標(biāo)是可以對(duì)多床位的輸液情況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，能針對(duì)不同的病人設(shè)定不同的滴速，輸液出現(xiàn)異常情況時(shí)會(huì)產(chǎn)生報(bào)警，液體輸完時(shí)可提醒義務(wù)人員及時(shí)切換至另一瓶。本智能醫(yī)療輸液系統(tǒng)可以

11、提高醫(yī)院的服務(wù)水平和服務(wù)質(zhì)量，減少輸液過(guò)程中出現(xiàn)的醫(yī)療事故，增強(qiáng)醫(yī)院市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。1 概述1.1 本設(shè)計(jì)研究的現(xiàn)狀靜脈輸液是臨床醫(yī)學(xué)中的一個(gè)重要的治療手段和醫(yī)學(xué)監(jiān)護(hù)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，在各個(gè)醫(yī)院的醫(yī)療工作中被廣泛應(yīng)用，據(jù)統(tǒng)計(jì)住院輸液率為7080。靜脈輸液不僅是一種重要的給藥途徑，而且還是給患者補(bǔ)充體液、營(yíng)養(yǎng)的重要方法。在輸液過(guò)程中，輸液速度是一個(gè)很重要的參數(shù)，一般要根據(jù)患者年齡、病情和藥物種類(lèi)等因素來(lái)分別確定。同時(shí)，在靜脈輸液過(guò)程中，必須有人陪護(hù)，以防鼓包等事故發(fā)生，尤其對(duì)術(shù)后幾乎需要24小時(shí)不間斷輸液的患者的監(jiān)護(hù)，更是讓護(hù)理者身心憔悴。當(dāng)護(hù)理者發(fā)生困倦時(shí)，極易發(fā)生事故。通過(guò)調(diào)查得知，目前幾乎所有醫(yī)

12、院因種種原因仍沒(méi)有采用輸液監(jiān)控系統(tǒng)，而是采用傳統(tǒng)的輸液方法，即將液體容器掛在一定高度，利用液體靜壓原理與大氣壓的作用使液體下滴，將大量滅菌藥液直接滴入靜脈內(nèi)，從而達(dá)到治療目的。用軟管夾對(duì)軟管夾緊和放松控制滴速，醫(yī)護(hù)人員按藥劑特性對(duì)滴速進(jìn)行控制。由于這種滴速控制是通過(guò)肉眼觀(guān)察進(jìn)行估計(jì)的，需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)調(diào)節(jié)，使得點(diǎn)滴流速不夠準(zhǔn)確，影響了治療效果，以至危害病人健康。當(dāng)液體輸完時(shí)，如床旁無(wú)陪護(hù)或醫(yī)護(hù)人員未及時(shí)換藥或拔針頭，將會(huì)出現(xiàn)回血等情況。為此患者家屬需要陪同病人并且不斷地觀(guān)察輸液情況這樣容易導(dǎo)致交叉感染，患者也得不到良好的休息，影響治療質(zhì)量和患者康復(fù)。同時(shí)，護(hù)士也需要不停地巡視病房，增加工作負(fù)荷，

13、有時(shí)甚至還會(huì)產(chǎn)生醫(yī)療糾紛。基于以上情況，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一種智能輸液監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)治療過(guò)程采用自動(dòng)化監(jiān)控和管理是發(fā)展的必然趨勢(shì)。 國(guó)外對(duì)智能型輸液裝置的研究較早，如日本、美國(guó)和德國(guó)等國(guó)家上世紀(jì)八十年代末就進(jìn)行了智能型輸液裝置的研制。早在幾年前，發(fā)達(dá)國(guó)家許多住院床位就已經(jīng)配備了輸液泵。輸液泵是一種多功能輸液控制器，能夠較為精確地控制輸液速度，并實(shí)現(xiàn)輸液阻塞、氣泡混入和輸液完成報(bào)警。我國(guó)只是在一些大醫(yī)院才有部分配備，且大多是國(guó)外產(chǎn)品，類(lèi)型多樣，性能較好，如日J(rèn)MS株式會(huì)社的OT.601型輸液泵(控制精度為10)和SP-500型注射泵，美國(guó)、德 國(guó)、以色列等國(guó)家也有性能較好的產(chǎn)品。但是價(jià)格普遍比較昂貴，在幾千

14、元人民幣左右，使大部分三級(jí)甲等以下醫(yī)院望塵莫及。國(guó)內(nèi)對(duì)輸液裝置的研制起步較晚，大都在九十年代中期開(kāi)始研究，市場(chǎng)上也有一些國(guó)產(chǎn)輸液裝置，如北京科力豐高科技發(fā)展有限責(zé)任公司的ZNB系列產(chǎn)品。不過(guò)總體來(lái)說(shuō)其功能也只是側(cè)重于精確輸液控制，種類(lèi)較少，性能也需改進(jìn)，加上不菲的價(jià)格，所以也只能是和進(jìn)口輸液泵爭(zhēng)一點(diǎn)市場(chǎng)份額，未能在各醫(yī)院大面積的推廣普及。由于規(guī)范操作下，輸液阻塞、氣泡混入是可以避免的，因此輸液速度的控制和輸液完成報(bào)警成為了人們更為關(guān)心的問(wèn)題。而且輸液完成報(bào)警器的研制也成為近年來(lái)的一個(gè)熱門(mén)項(xiàng)目，根據(jù)前年對(duì)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利信息的查詢(xún)，已有67種輸液完成報(bào)警器專(zhuān)利技術(shù)，但由于各專(zhuān)利技術(shù)或多或少都存

15、在著這樣或那樣的缺陷，諸如安全性、可靠性、成本及可操作性等問(wèn)題，致使真正轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的專(zhuān)利并不多。作為一種醫(yī)療器械，穩(wěn)定性、安全性、可靠性是基礎(chǔ)，作為一種只有普及到每一位輸液病人才有實(shí)際意義的產(chǎn)品，使用方便和足夠低的價(jià)格又是一種基本要求，所以，這種產(chǎn)品即便安全性、可靠性得到了充分保證，但如果沒(méi)有簡(jiǎn)便的操作和足夠低的價(jià)格作支撐，想要順利推廣也是不可能的。 我國(guó)是世界上擁有醫(yī)院最多的國(guó)家，具有龐大的消費(fèi)群體。近幾年來(lái)，由于政府的支持，醫(yī)療器械發(fā)展迅速2。醫(yī)療器械是壁壘較高的行業(yè)，并且屬于國(guó)家重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的行業(yè)。按照原國(guó)家經(jīng)貿(mào)委指定的醫(yī)療器械行業(yè)“十五”發(fā)展規(guī)劃，到2015年我國(guó)醫(yī)療器械總產(chǎn)值將達(dá)到1

16、000億元，在世界醫(yī)療器械市場(chǎng)上的份額將占到5；到2050年這一份額將達(dá)到25，成為世界一流的醫(yī)療器械制造強(qiáng)國(guó)。 目前國(guó)內(nèi)尚未完全解決輸液時(shí)的自動(dòng)監(jiān)控問(wèn)題。因此，將嵌入式系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用于輸液監(jiān)控裝置的研究勢(shì)在必行。1.2 本設(shè)計(jì)研究的意義近年來(lái)，隨著醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理是現(xiàn)代化醫(yī)院的一個(gè)重要標(biāo)志，尤其是在醫(yī)療監(jiān)控領(lǐng)域，提出了多元化、信息化、個(gè)性化的醫(yī)療設(shè)備需求?，F(xiàn)代科技的進(jìn)步和發(fā)展，為醫(yī)學(xué)監(jiān)護(hù)技術(shù)提供了創(chuàng)新條件和新的發(fā)展空間，然而醫(yī)療監(jiān)護(hù)技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展仍不能滿(mǎn)足醫(yī)院、病人、家庭和人身健康各方面提出的要求。因此，網(wǎng)絡(luò)化醫(yī)療監(jiān)控設(shè)備已具有迫切的市場(chǎng)需求和廣闊的市場(chǎng)前景。 靜脈輸液是最常規(guī)

17、和最重要的醫(yī)療手段。但是，現(xiàn)行的醫(yī)院點(diǎn)滴輸液方法中，輸液速度難以準(zhǔn)確限制，醫(yī)師和護(hù)士只能依據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)控制莫氏管的輪夾，而不能依據(jù)患者的病情精確控制藥液的速度和流量，這種輸液速度控制的方法顯然是不方便的，并且可能對(duì)患者造成不必要的傷害。所以如果有液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置，必將深受醫(yī)務(wù)人員和病人的歡迎。目前的輸液監(jiān)控報(bào)警器笨重、體積大、價(jià)格太高，增加醫(yī)院和病人的費(fèi)用。針對(duì)這種情況，本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種由單片機(jī)控制的液滴速度監(jiān)控和液位報(bào)警裝置。該裝置可為臨床醫(yī)師提供可靠的數(shù)據(jù)，對(duì)患者的搶救及治療提供一些幫助。該系統(tǒng)包括紅外光電發(fā)送接收裝置、AT89C52單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、LCD顯示屏等。其中紅外發(fā)送接收裝置

18、用于將液滴滴下一滴的信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳入單片機(jī)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)計(jì)算其滴液速度，在下位機(jī)的LCD顯示屏上顯示，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)達(dá)到控速的目的。在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，還將該系統(tǒng)分為各床位輸液監(jiān)控裝置(從站)及監(jiān)控中心(主站)兩部分，以便對(duì)多床位進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。監(jiān)控中心PC顯示各床位的輸液情況。當(dāng)輸液結(jié)束或出現(xiàn)異常情況時(shí)，各床位(從站)的監(jiān)控儀進(jìn)行聲光報(bào)警，并向主站發(fā)送報(bào)警信號(hào)，等待護(hù)士前來(lái)處理。整個(gè)裝置簡(jiǎn)單實(shí)用，可應(yīng)用于門(mén)診輸液系統(tǒng)中。因?yàn)樗性S多的優(yōu)點(diǎn)，如：操作簡(jiǎn)單、安裝方便、成本低、可以用按鍵準(zhǔn)確控制速度和抗干擾能力強(qiáng)等。所以這種液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)是十分有意義的。 1.3 本設(shè)計(jì)主要工作內(nèi)容本文設(shè)計(jì)與

19、實(shí)現(xiàn)一套基于AT89C52單片機(jī)的智能輸液監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)綜合運(yùn)用嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、單片機(jī)控制技術(shù)、光電檢測(cè)技術(shù)、通信技術(shù)、步進(jìn)電機(jī)控制等技術(shù)，其主要功能有：(1)設(shè)定點(diǎn)滴速度；(2)自動(dòng)控制液體速度，并實(shí)時(shí)顯示：(3)當(dāng)輸液結(jié)束時(shí)或出現(xiàn)輸液異常時(shí)自動(dòng)報(bào)警；(4)分布式主從站設(shè)計(jì)，通過(guò)CAN總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)輸液遠(yuǎn)程監(jiān)控。系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：(1)采用步進(jìn)電機(jī)，定位精確；(2)硬件采用脈沖調(diào)制技術(shù)提高紅外對(duì)管的抗干擾能力；(3)軟件利用數(shù)字濾波技術(shù)提高系統(tǒng)程序的穩(wěn)定性；(4)合理的人機(jī)交互設(shè)計(jì)，操作簡(jiǎn)單，顯示直觀(guān)；(5)多路報(bào)警信號(hào)。 2 輸液監(jiān)控系統(tǒng)總體方案2.1 系統(tǒng)需求分析系統(tǒng)需求分析是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前進(jìn)

20、行收集系統(tǒng)有效信息的階段，這一階段的任務(wù)通常分兩步來(lái)完成：首先，從項(xiàng)目來(lái)源收集系統(tǒng)的需求信息；其次，對(duì)需求進(jìn)行提煉，以得到系統(tǒng)的規(guī)格說(shuō)明，這些規(guī)格說(shuō)明里包含了系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需的足夠信息。為了使系統(tǒng)正常運(yùn)行，就必須合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，在系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)時(shí)，首先要說(shuō)明輸液監(jiān)控系統(tǒng)軟、硬件功能分配，即確定哪些功能由軟件完成，哪些功能由硬件完成，其次要說(shuō)明各部分的工作原理，以及工作中各部分之間的關(guān)系等問(wèn)題。 通過(guò)調(diào)研和討論，分布式輸液監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)適合以下條件：多臺(tái)監(jiān)控儀由PC進(jìn)行統(tǒng)一管理；PC和輸液監(jiān)控儀在同一樓層使用，綜合考慮布線(xiàn)等因素，可靠距離應(yīng)當(dāng)在百米以上；輸液監(jiān)控儀對(duì)輸液速度進(jìn)行監(jiān)視，如果不在設(shè)定

21、范圍內(nèi)就在監(jiān)控儀和PC上同時(shí)進(jìn)行報(bào)警；系統(tǒng)管理軟件應(yīng)該能夠?qū)Ω鬏斠罕O(jiān)控儀進(jìn)行監(jiān)控；系統(tǒng)應(yīng)該操作簡(jiǎn)單，易于使用；系統(tǒng)成本應(yīng)該控制在合理的價(jià)格之內(nèi)。按照需求分析，系統(tǒng)可分為軟件和硬件兩大部分，硬件主要有PC、總線(xiàn)適配器和輸液監(jiān)控儀，軟件主要為輸液監(jiān)控管理系統(tǒng)。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的角度來(lái)說(shuō)， 本系統(tǒng)主要由總線(xiàn)適配器、輸液監(jiān)控儀和監(jiān)控軟件管理系統(tǒng)三個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成。 其中本文著重討論輸液監(jiān)控儀的軟硬件設(shè)計(jì)、PC和輸液監(jiān)控儀之間的通信協(xié)議和PC輸液監(jiān)控管理軟件系統(tǒng)?？偩€(xiàn)適配器方面的設(shè)計(jì)包括：總線(xiàn)類(lèi)型的論證比較、總線(xiàn)電路設(shè)計(jì)、通信協(xié)議設(shè)計(jì)等。輸液監(jiān)控管理軟件系統(tǒng)的組成模塊主要包括：歡迎界面模塊、輸液監(jiān)控模塊和數(shù)據(jù)信息

22、管理模塊等。 2.2 系統(tǒng)方案論證與比較2.2.1 控制方案比較方案一：此方案是傳統(tǒng)的兩位模擬控制方案，其優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。但模擬方式難以把精度做的很高，難以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)需求中的動(dòng)態(tài)顯示滴速及遠(yuǎn)程通信的功能。 方案二：此方案采用AT89C52單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，可用軟件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的算法和控制。這種方案方便地實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)需求中的鍵盤(pán)設(shè)定和動(dòng)態(tài)顯示滴速等功能，并且可以實(shí)現(xiàn)主站與從站之間的通信。本人通過(guò)大學(xué)期間學(xué)習(xí)對(duì)單片機(jī)有了一定了解，且單片機(jī)價(jià)格便宜，功能較多。 綜上考慮，采用方案二。2.2.2 點(diǎn)滴檢測(cè)方案方案一:用壓力傳感器進(jìn)行測(cè)量的方法。在輸液瓶的下面加一個(gè)壓力傳感器，通過(guò)感知壓力的大小來(lái)判斷

23、是否有液滴滴下，從而進(jìn)行滴速測(cè)量，但單獨(dú)液滴質(zhì)量較小，且在輸液中易發(fā)生晃動(dòng)影響測(cè)量。方案二:用可見(jiàn)光二極管與光敏三極管組成的傳感器來(lái)測(cè)量，由于外界光線(xiàn)對(duì)光敏三極管影響較大，一旦外界光線(xiàn)改變，對(duì)滴速測(cè)量的準(zhǔn)確度會(huì)有所影響。如果采用大功率發(fā)光管可見(jiàn)小影響，但是這樣功率損耗會(huì)很大。方案三:采用紅外檢測(cè)技術(shù)，在莫氏滴管處對(duì)輸液速度進(jìn)行測(cè)量。紅外發(fā)光二極管發(fā)光后，光線(xiàn)透過(guò)滴斗照射到紅外光敏接收二極管，接收二極管將照射到它上面的光線(xiàn)變成電流信號(hào)進(jìn)行輸出。如果此時(shí)滴斗中沒(méi)有液滴滴下，光線(xiàn)的衰減就比較小，照射到光電三極管上的電流就比較強(qiáng);如果此時(shí)滴斗中有藥液落下時(shí)，由于藥液擋了一下光線(xiàn)，藥液對(duì)光線(xiàn)具有吸收和散

24、射的作用，這樣就使光敏二極管接收到比較弱的光信號(hào)。將光敏二極管輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，通過(guò)檢測(cè)輸出端電壓信號(hào)的強(qiáng)弱就可以檢測(cè)出有無(wú)藥液滴下。把檢測(cè)到的信號(hào)經(jīng)過(guò)整形后送入單片機(jī)進(jìn)行處理，就可以計(jì)算出輸液的點(diǎn)滴速度3。綜合考慮上述各種方案，方案三成本低、電路易實(shí)現(xiàn)且不受外界光源干擾，故采用方案三。 2.2.3 剩余液體檢測(cè)方案方案一:采用紅外對(duì)管實(shí)現(xiàn)，跟點(diǎn)滴檢測(cè)模塊一樣。讓紅外發(fā)射和光電接收管分別放在滴管兩側(cè)，根據(jù)接收信號(hào)強(qiáng)弱不同，當(dāng)液面處于警戒線(xiàn)以上時(shí)液體對(duì)光線(xiàn)有反射和吸收作用，接收的信號(hào)較弱;當(dāng)液面處于警戒線(xiàn)以下時(shí)，接收的信號(hào)就較強(qiáng)，此時(shí)單片機(jī)就發(fā)出報(bào)警信號(hào)。方案二:通過(guò)設(shè)定輸液總量和點(diǎn)

25、滴計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在使用的一次性輸液器的滴系數(shù)一般為20滴/ml、15滴/m1、10滴/m1、。點(diǎn)滴系數(shù)是指靜脈輸液時(shí)每毫升液體的滴數(shù)。目前輸液瓶的容量有500ml、250ml、100ml三種，通過(guò)按鍵選擇輸液瓶的容量和輸液器的型號(hào)。根據(jù)輸液瓶的容量、點(diǎn)滴系數(shù)、點(diǎn)滴計(jì)數(shù)值我們就可以計(jì)算出剩余液量。比如輸液瓶容量為25Oml，滴系數(shù)為15滴/ml，點(diǎn)滴計(jì)數(shù)值為n，這樣通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)公式就可算出余液的多少。設(shè)定余量20ml為輸液快完，此時(shí)可以通知單片機(jī)輸出報(bào)警信號(hào)。本系統(tǒng)我們采用第二種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣可以簡(jiǎn)化硬件電路的設(shè)計(jì)，減少I(mǎi)O口的使用，降低成本。液滴檢測(cè)后的信號(hào)送單片機(jī)經(jīng)處理后通過(guò)RS48

26、5/RS232總線(xiàn)上傳上位機(jī)。 2.2.4速度控制方案方案一:通過(guò)改變滴管的高度來(lái)控制輸液滴速。由電機(jī)帶動(dòng)輸液瓶使輸液瓶上升或者下降，以改變滴管的高度從而調(diào)節(jié)滴速。當(dāng)實(shí)際滴速大于設(shè)定滴速時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)降低輸液瓶的高度，反之反轉(zhuǎn)升高輸液瓶的高度。經(jīng)驗(yàn)證此方案實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難，一方面是由于高度與滴速之間屬于非線(xiàn)性關(guān)系，難以精確調(diào)節(jié)滴速;另一方面，經(jīng)試驗(yàn)得出輸液瓶在一米高的時(shí)候，滴速大致為100滴/min，而一般輸液速度不會(huì)大于100滴/min，高度只能在一米以下調(diào)節(jié)，而病床的高度一般都高于一米，輸液瓶的高度低于床位才能實(shí)現(xiàn)所要求的滴速;并且在輸液中，液面也在不斷下降，這相當(dāng)于降低了輸液瓶高度，這樣不太

27、合理，由此得出這種方案不可取。方案二:通過(guò)設(shè)計(jì)機(jī)械裝置來(lái)夾緊或放松莫氏管來(lái)控制輸液滴速。利用步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)控制機(jī)械裝置，使機(jī)械裝置來(lái)夾緊或放松莫氏管，以達(dá)到降低或提高滴速的目的。本系統(tǒng)我們采用第二種方案。保留原來(lái)輸液管上的手動(dòng)滑輪，以便病人家屬可以使用。2.2.5電機(jī)選擇及控制方案方案一:采用直流電機(jī)。直流電機(jī)上電后就開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，掉電后由于慣性還會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度才能停下來(lái)，難以實(shí)現(xiàn)精確控制,極易造成不必要傷害。方案二:采用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角位移與輸入脈沖成線(xiàn)性關(guān)系，具有良好的跟隨性，沒(méi)有累計(jì)誤差。易于啟停、正反轉(zhuǎn)及變速，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快?？刂凭容^高。方案三:采用伺服電機(jī)。伺服電機(jī)在低慣量

28、、高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、大轉(zhuǎn)矩的系統(tǒng)中經(jīng)常使用?？紤]到上述各種電機(jī)的性能和特點(diǎn)，使用步進(jìn)電機(jī)可以較好滿(mǎn)足本系統(tǒng)的功能要對(duì)以上兩種方案進(jìn)行比較之后，我們決定選擇第二種方案，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的精確控制。2.2.6主從機(jī)通信方案方案一：采用無(wú)線(xiàn)方式。 常用的無(wú)線(xiàn)方式有紅外、藍(lán)牙、Zigbee、無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊等。紅外方式的傳輸距離非常有限，而且易受障礙物的干擾，因此不能應(yīng)用在本系統(tǒng)當(dāng)中。藍(lán)牙技術(shù)比較復(fù)雜，功耗也比較大。無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊RF905、NRF2401a價(jià)格雖然能夠接受，但是這種無(wú)線(xiàn)模塊并不是非常適合運(yùn)用在樓宇當(dāng)中，經(jīng)過(guò)測(cè)試，在空曠場(chǎng)地上200m范圍內(nèi)沒(méi)有問(wèn)題，但是現(xiàn)代樓宇普遍采用鋼筋水泥結(jié)構(gòu)，對(duì)電磁波衰減作用非

29、常嚴(yán)重。雖然能夠外加功放以使功率提升至30dbm，但是這樣增加了成本，同時(shí)擅自增大RF輻射功率不僅會(huì)對(duì)人身健康產(chǎn)生不利影響，而且可能會(huì)面臨法律上的問(wèn)題，因此也不宜使用。基于以上原因，否決了無(wú)線(xiàn)傳輸模式，因此只能選擇有線(xiàn)傳輸模式。 方案二：采用有線(xiàn)方式。 常用的有線(xiàn)方式可分為有并行通信和串行通信。并行通信一般在實(shí)際當(dāng)中用得較少，其特點(diǎn)是傳輸速度快，但是占用單片機(jī)I/D口較多，需要的傳輸線(xiàn)也很多，不適合遠(yuǎn)距離通信，因此棄用而采用串行通信方式。 串行通信又可分為同步傳輸和異步傳輸，同步傳輸一般用于傳輸信息量大，傳輸速度要求較高(可達(dá)800kb/s)的場(chǎng)合。因?yàn)樗笥蓵r(shí)鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)接收與發(fā)送之間的嚴(yán)格同

30、步，對(duì)時(shí)鐘信號(hào)相位的一致性要求非常嚴(yán)格，導(dǎo)致其硬件設(shè)備復(fù)雜，成本高，不宜使用，所以采取異步串行通信方式。 異步串行通信有多種總線(xiàn)形式可供選擇，如RS232、RS485、CAN總線(xiàn)等。結(jié)合AT89C52本身，其內(nèi)部有一個(gè)全雙工串行口，共有4種工作方式。方式0并不用于通信，而是通過(guò)外接移位寄存器芯片實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展I/0口的功能；方式1為8位異步通信接口，用于雙機(jī)通信，在距離小于15m時(shí)可直接相接利用單片機(jī)本身的m電平直接傳輸信息，為增加通信距離，減少通信及電源干擾，一般采用RS232C標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通信；方式2、方式3均為9位異步通信接口，其區(qū)別僅在于波特率不同，主要用于多機(jī)通信，也可用于雙機(jī)通信。在多機(jī)系統(tǒng)

31、中，通常采用RS422、RS485串行標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。RS485在以1Mbit/s高速率傳輸時(shí)最大傳輸距離不超過(guò)lOOm，而以最低速率傳輸時(shí)傳輸距離理論上也只有1219m左右(無(wú)中繼)，即便加上中繼最多也只能增加八個(gè)，最大傳輸距離在理論上也只有96km左右，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中顯然是達(dá)不到這個(gè)數(shù)值的，如果真需要長(zhǎng)距離傳輸，可以采用光纖為傳播介質(zhì)，收發(fā)兩端各加一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器，多模光纖的傳輸距離是5lOkm，這使系統(tǒng)復(fù)雜程度及成本都大大提高，還為系統(tǒng)的后期維護(hù)增大了難度。而且RS485還有一些與生俱來(lái)的缺點(diǎn)，如數(shù)據(jù)傳輸率低、抗干擾能力較弱、網(wǎng)絡(luò)調(diào)試?yán)щy、通信失敗率高等。 同時(shí)RS485使用的是單主

32、從結(jié)構(gòu)，就是一個(gè)總線(xiàn)上只能有一臺(tái)主機(jī)，通訊都由它發(fā)起的，它沒(méi)有下命令，下面的節(jié)點(diǎn)不能發(fā)送，而且要發(fā)完即答，受到答復(fù)后，主機(jī)才向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)詢(xún)問(wèn)，這樣是為了防止多個(gè)節(jié)點(diǎn)向總線(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)而造成數(shù)據(jù)錯(cuò)亂，但導(dǎo)致其總線(xiàn)利用率也是很低的。最為重要的是RS一485的網(wǎng)絡(luò)特性為單組節(jié)點(diǎn)，即只能構(gòu)成主從式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，一個(gè)主站對(duì)從站的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，通信方式也只能以主站輪詢(xún)的方式進(jìn)行，在這種網(wǎng)絡(luò)中如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性較差。也就是說(shuō)，在錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制方面，RS485只規(guī)定了物理層，而沒(méi)有數(shù)據(jù)鏈路層，所以它對(duì)錯(cuò)誤是無(wú)法識(shí)別的，除非一些短路等物理錯(cuò)誤。這樣容易造成一個(gè)節(jié)點(diǎn)破壞了，拼命向總

33、線(xiàn)發(fā)數(shù)據(jù)(比如一直發(fā)1)，這樣造成整個(gè)總線(xiàn)癱瘓。所以RS485一旦有一個(gè)節(jié)點(diǎn)損壞，整個(gè)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)都會(huì)癱瘓。作為一個(gè)醫(yī)療系統(tǒng)，可靠性顯然是其第一要?jiǎng)?wù)，故而不使用RS485串口通信的方案。2C串行總線(xiàn)方式只要兩條線(xiàn)即可實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信，但一般單片機(jī)都沒(méi)有其接口，用軟件模擬的話(huà)非常復(fù)雜，增加了開(kāi)發(fā)周期。，2C數(shù)據(jù)傳送率可高達(dá)每秒十萬(wàn)位，高速方式時(shí)在每秒四十萬(wàn)位以上，如今主要在服務(wù)器管理中使用，其中包括單個(gè)組件狀態(tài)的通信。但是其總線(xiàn)長(zhǎng)度一般不高于25英尺，折合標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度單位僅為762m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足本項(xiàng)目的要求，故而棄用。CAN，全稱(chēng)為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，是國(guó)際

34、上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)之一。CAN總線(xiàn)在以5Kbit/s進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，其傳輸距離在理論上距離可達(dá)lOkm，而在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中有效距離也達(dá)到45km，應(yīng)該能夠滿(mǎn)足現(xiàn)實(shí)生活中醫(yī)院的需求。在總線(xiàn)利用率方面，由于CANbus是多主從結(jié)構(gòu)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有CAN控制器，多個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)，以發(fā)送的ID號(hào)自動(dòng)進(jìn)行仲裁，這樣就可以實(shí)現(xiàn)總線(xiàn)數(shù)據(jù)不錯(cuò)亂，而且一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)完，另一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以探測(cè)到總線(xiàn)空閑，而馬上發(fā)送，這樣省去了主機(jī)的詢(xún)問(wèn)，提高了總線(xiàn)利用率，增強(qiáng)了快速性。在網(wǎng)絡(luò)特性方面，CAN為多組節(jié)點(diǎn)，CAN控制器可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)(成組)及全局廣播中方式傳送和接受數(shù)據(jù)，各節(jié)點(diǎn)都可根據(jù)總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)優(yōu)先權(quán)(取決于報(bào)文標(biāo)識(shí)符)

35、采用無(wú)損結(jié)構(gòu)的逐位仲裁的方式競(jìng)爭(zhēng)向總線(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)，這可使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數(shù)據(jù)。在通信失敗率方面，CAN總線(xiàn)通過(guò)CAN總線(xiàn)控制器接口芯片的兩個(gè)輸出端CANH和CANL與物理總線(xiàn)相連，而CANH端得狀態(tài)只能是高電平或懸浮狀態(tài)，CANL端只能是低電平或懸浮狀態(tài)。當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)主動(dòng)停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可不受影響繼續(xù)傳輸，有效避免了總線(xiàn)沖突。在節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤對(duì)系統(tǒng)的影響方面，由于CAN節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，以使總線(xiàn)上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響，因而對(duì)節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤CAN總線(xiàn)型系統(tǒng)基本無(wú)影響。在抗干擾方面，CAN的每幀數(shù)據(jù)都有CRC校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施

36、，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃?，適于在高干擾環(huán)境中使用，這點(diǎn)對(duì)醫(yī)療系統(tǒng)的可靠性起到非常重要的作用。此外CAN總線(xiàn)還有數(shù)據(jù)傳輸率高、網(wǎng)絡(luò)調(diào)試容易、后期維護(hù)成本低等寶貴特點(diǎn)。 基于上述原因，最終選定上位機(jī)與下位機(jī)之間采取基于CAN總線(xiàn)的有線(xiàn)異步串行傳輸通信方式。 2.3 系統(tǒng)總體框圖根據(jù)前面的系統(tǒng)分析，本文研究的基于AT89C52的輸液監(jiān)控系統(tǒng)主要有三大部分組成，它們分別是由PC機(jī)構(gòu)成的主站、由AT89C52單片機(jī)為核心的各個(gè)從站以及主從站之間的數(shù)據(jù)通信線(xiàn)路。根據(jù)前面的方案論證，從站電路主要包含以下幾個(gè)模塊：輸液信號(hào)采集單元、脈沖整形和A/D轉(zhuǎn)換單元、液滴顯示單元、聲光報(bào)警單元、數(shù)據(jù)通信單元和單片機(jī)外

37、圍電路等。其中輸液信號(hào)采集單元完成輸液信號(hào)的采集工作，脈沖整形和A/D轉(zhuǎn)換單元把采集到的模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)以便單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)處理完畢后一方面顯示輸液速度等信息，另一方面根據(jù)設(shè)定的輸液速度對(duì)輸液速度進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)通過(guò)CAN總線(xiàn)將信息傳送至PC上位機(jī)。而在PC上位機(jī)中可以通過(guò)設(shè)計(jì)的監(jiān)控軟件對(duì)各從站的輸液情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。為簡(jiǎn)化起見(jiàn)電源擴(kuò)展未畫(huà)，整體系統(tǒng)框圖如圖2-1所示。 圖2-1 整體系統(tǒng)框圖Fig .2-1 Diagram of the system2.4 小結(jié)本章簡(jiǎn)單的分析了輸液監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)需求，并根據(jù)系統(tǒng)需求提出了系統(tǒng)構(gòu)成，再對(duì)各子模塊進(jìn)行方案論證后，建立了總體系統(tǒng)框圖。 3

38、系統(tǒng)從站的硬件設(shè)計(jì)3.1從站系統(tǒng)框圖與核心部分電路圖 根據(jù)從站系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能，為從站系統(tǒng)設(shè)計(jì)出以下系統(tǒng)框圖CANH RXDCANL TXD 驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)AT89C52聲光報(bào)警 鍵盤(pán)及顯示電路EEPROM 檢測(cè)電路圖3-1從站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖Fig.3-1 From the station system structure diagram從站用AT89C52作為微處理器，蜂鳴器和發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，ULN2001A用于驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)采用四相八拍進(jìn)行控制。 AT89C52單片機(jī)是Ateml公司出品的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Ate

39、ml公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C5l產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位，I/0口線(xiàn)，看門(mén)狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89C52可降至0HZ靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器計(jì)數(shù)器、串口、

40、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。因?yàn)槠鋬r(jià)格便宜，內(nèi)置軟件看門(mén)狗可免除外接看門(mén)狗芯片降低成本，又與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容便于掌握，片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程使用靈活方便，故而選擇AT89C52作為下位機(jī)的微處理器45。 圖3-2 從站系統(tǒng)電路圖Fig.3-2 From the station system circuit diagram3.2從站系統(tǒng)各單元設(shè)計(jì)由于從站系統(tǒng)子模塊較多，因此在上圖并沒(méi)有給出十分詳細(xì)的各單元模塊電路，下面將對(duì)各單元模塊電路分別進(jìn)行介紹6。 3.2.1點(diǎn)滴信號(hào)檢測(cè)

41、單元滴速檢測(cè)電路是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中重要的部分之一，能否準(zhǔn)確的對(duì)滴速測(cè)量是對(duì)滴速進(jìn)行控制的關(guān)鍵。圖3-3 滴速檢測(cè)原理圖Fig.3-3 Drip speed detection principle diagram滴速檢測(cè)采用紅外檢測(cè)技術(shù)，在滴管處對(duì)輸液速度進(jìn)行測(cè)量。紅外發(fā)射器發(fā)出紅外光后，光線(xiàn)穿透滴斗后照射到接收二極管，接收二極管將照射到它上的光線(xiàn)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)進(jìn)行輸出。如果此時(shí)滴斗中沒(méi)有液滴滴下，光線(xiàn)衰減就比較小，照射到光電二極管電流比較強(qiáng)；如果此時(shí)滴斗有液體滴下，由于液滴擋了一下光線(xiàn)，藥液對(duì)光線(xiàn)具有吸收和散射作用，這樣光電二極管接收到比較弱的光信號(hào)。將光敏二極管輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，把檢

42、測(cè)的信號(hào)進(jìn)行整形后送入單片機(jī)處理，就可以計(jì)算出液滴的速度7。如圖3-4所示。 圖3-4 點(diǎn)滴檢測(cè)及信號(hào)整形電路 Fig.3-4 Spot detection and signal shaping circuit在檢測(cè)過(guò)程中，將滴管放在檢測(cè)光線(xiàn)的中間，由于外部光線(xiàn)的影響以及液滴的表面是曲面狀的，使其測(cè)量產(chǎn)生的波形不穩(wěn)定，干擾較大。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確度，需要使用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器對(duì)輸出波形進(jìn)行整形。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。經(jīng)過(guò)觸發(fā)信號(hào)的作用電路由穩(wěn)態(tài)變到暫穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)是一個(gè)暫時(shí)的狀態(tài)，由于RC電路延時(shí)的作用，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后又自動(dòng)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)，并且在輸出端可以獲得一個(gè)脈沖寬度一致

43、的矩形波。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路中，輸出的矩形脈沖寬度其實(shí)就是暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間，它的長(zhǎng)短取決于電路的參數(shù)值。這里我們采用555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。由于正常輸液速度為40-100滴/分，以最快速度計(jì)算，每分100滴，則每一滴液滴通過(guò)的最短時(shí)間大約為0.6秒，取R6=100K，C=luF可由公式（3.1）得暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間為:tw=RCln3=1.110-4秒 (3.1)twTmin可以有效避免兩個(gè)液滴間的干擾。555單穩(wěn)電路可以很好的整形。波形示意圖如3-5所示。液滴檢測(cè)電路得到的波形為A圖，由于555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是下降沿觸發(fā)，所以經(jīng)過(guò)反相器后輸出B波形圖，信號(hào)B的下降沿觸發(fā)單穩(wěn)電路使其進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)(DIS波形

44、圖)，同時(shí)使輸出P3.2變?yōu)楦唠娖?暫穩(wěn)時(shí)間到了后，使輸出P3.2又變?yōu)榈碗娖?。如此重?fù)作用就形成了穩(wěn)定的輸出波形。P3.2 圖3-5信號(hào)檢測(cè)波形Fig.3-5 Waveform signal detection3.2.2鍵盤(pán)及顯示單元鍵盤(pán)是由一組規(guī)則排列的按鍵組成，一個(gè)按鍵實(shí)際上是一個(gè)開(kāi)關(guān)元件，也就是說(shuō)鍵盤(pán)是一組規(guī)則排列的開(kāi)關(guān)。按鍵按照結(jié)構(gòu)原理可分為兩類(lèi)，一類(lèi)是觸點(diǎn)式開(kāi)關(guān)按鍵，如機(jī)械式開(kāi)關(guān)、導(dǎo)電橡膠式開(kāi)關(guān)等；另一類(lèi)是無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)按鍵，如電氣式按鍵，磁感應(yīng)按鍵等。前者造價(jià)低后者壽命長(zhǎng)。因此，微機(jī)系統(tǒng)中最常見(jiàn)的是觸點(diǎn)式開(kāi)關(guān)按鍵元件，本設(shè)計(jì)也不例外。按鍵按照接口原理可分為編碼鍵盤(pán)與非編碼鍵盤(pán)兩類(lèi)，這

45、兩類(lèi)鍵盤(pán)的主要區(qū)別是識(shí)別鍵符及給出相應(yīng)鍵碼的方法。編碼鍵盤(pán)主要是用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵的識(shí)別，非編碼鍵盤(pán)主要是由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)的定義與識(shí)別。全編碼鍵盤(pán)能夠由硬件邏輯自動(dòng)提供與鍵對(duì)應(yīng)的編碼，此外，一般還具有去抖動(dòng)和多鍵、竄鍵保護(hù)電路，這種鍵盤(pán)使用方便，但需要較多的硬件，價(jià)格較貴，一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)較少采用。本設(shè)計(jì)使用的是機(jī)械觸點(diǎn)式按鍵開(kāi)關(guān)，其主要功能是把機(jī)械上的通斷轉(zhuǎn)換成為電氣上的邏輯關(guān)系。也就是說(shuō)，它能提供標(biāo)準(zhǔn)的TTL邏輯電平，以便與通用數(shù)字系統(tǒng)的邏輯電平相容。機(jī)械式按鍵再按下或釋放時(shí)，由于機(jī)械彈性作用的影響，通常伴隨有一定時(shí)間的觸點(diǎn)機(jī)械抖動(dòng)，然后其觸點(diǎn)才穩(wěn)定下來(lái)。(1)檢測(cè)有無(wú)按鍵按下，并采取硬

46、件或軟件措施，消除鍵盤(pán)按鍵機(jī)械觸點(diǎn)抖動(dòng)的影響。(2)有可靠的邏輯處理辦法。每次只處理一個(gè)按鍵，其間對(duì)任何按鍵的操作對(duì)系統(tǒng)不產(chǎn)生影響，且無(wú)論一次按鍵時(shí)間有多長(zhǎng)，系統(tǒng)僅執(zhí)行一次按鍵功能程序。(3)準(zhǔn)確輸出按鍵值(或鍵號(hào))，以滿(mǎn)足跳轉(zhuǎn)指令要求8。 本設(shè)計(jì)對(duì)按鍵進(jìn)行功能定義：S1：按下一次，表示對(duì)吊瓶液體體積進(jìn)行選擇,選擇完畢后再次按下S1確認(rèn)；連續(xù)按下兩次表示對(duì)輸液管型號(hào)即輸液系數(shù)進(jìn)行選擇，選擇完畢再次按下S1表示確認(rèn)。S2：選擇500ml；選擇20滴/mlS3: 選擇250ml；選擇15滴/mlS4：選擇100ml；選擇10滴/ml圖3-6鍵盤(pán)電路Fig.3-6 The keyboard circ

47、uit顯示單元采用LCD，LCD有以下顯著特點(diǎn)：（1）低壓微功耗：工作電壓只有35V，工作電流只有幾個(gè)微安。因此它成為便攜式和手持儀器儀表的顯示屏幕。（2）平板型結(jié)構(gòu)：LCD內(nèi)由兩片平行玻璃組成的夾層盒，面積可大可小，且適合于大批量生產(chǎn)，安裝時(shí)占用體積小，減小了設(shè)備的體積。（3）被動(dòng)顯示：液晶本身不發(fā)光，而是靠調(diào)制外界光進(jìn)行顯示。因此適合人的視覺(jué)習(xí)慣，不會(huì)使人的眼睛疲勞。（4）顯示信息量大：LCD的像素可以做得很小，相同面積上可容納更多信息。（5）沒(méi)有電磁輻射：在其現(xiàn)實(shí)期間不會(huì)產(chǎn)生電磁輻射，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，有利于人體健康。壽命長(zhǎng)：LCD器件本身無(wú)老化問(wèn)題，壽命極長(zhǎng)。圖3-7 LCD顯示模塊Fig

48、.3-7 LCD display module3.2.3電源單元任何電氣設(shè)備的使用均離不開(kāi)供電系統(tǒng)，在整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，電源的設(shè)計(jì)是必須要考慮的。電源的設(shè)計(jì)取決于系統(tǒng)所要求的供電方式，如是采用單電源方案，還是多電源方案，系統(tǒng)的功耗有無(wú)特殊規(guī)定等。在本設(shè)計(jì)中由于系統(tǒng)所選用的單片機(jī)是AT89C52，它的標(biāo)準(zhǔn)工作電壓為+5V，采集所用的紅外發(fā)光二極管和接受三極管以及通訊所用的CAN總線(xiàn)適配器等電路它們的工作電壓都是+5V，因此在本設(shè)計(jì)中采用單電源方案，單電源方案的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)單、工作可靠。此外由于設(shè)計(jì)到對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制，步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路由UN2001N驅(qū)動(dòng)，需要+5V電壓。因此我們的目標(biāo)是設(shè)計(jì)

49、出一個(gè)能夠提供+5V的電源，其電路如圖3-8所示。 圖3-8 電源電路Fig.3-8 power supply circuit3.2.4聲光報(bào)警單元 本設(shè)計(jì)采用一個(gè)蜂鳴器與一個(gè)發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警。當(dāng)單片機(jī)通過(guò)對(duì)液滴計(jì)數(shù)計(jì)算出剩余液體體積達(dá)到預(yù)設(shè)值或傳感器檢測(cè)不到有液滴下落時(shí)，從站單片機(jī)控制蜂鳴器和報(bào)警燈工作，在發(fā)出聲光報(bào)警的同時(shí)向PC主站發(fā)出報(bào)警信息，在PC機(jī)上的主操作頁(yè)面上，用紅色代表報(bào)警。 為了不影響別的病人發(fā)出報(bào)警聲后可斷開(kāi)S5鍵取消蜂鳴器使系統(tǒng)更加人性化。 圖3-9報(bào)警電路Fig.3-9 warning circuit3.3通信電路硬件設(shè)計(jì)及其工作原理目前，在許多單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，

50、上、下位機(jī)分工明確，作為下位機(jī)核心的器件的單片機(jī)往往只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和通信，而上位機(jī)通常以基于圖形界面的Windows系統(tǒng)作為操作平臺(tái)?，F(xiàn)階段，這種應(yīng)用的核心便是數(shù)據(jù)通信，它包括單片機(jī)和上位機(jī)之間、客戶(hù)端和服務(wù)器之間以及客戶(hù)端和客戶(hù)端之間的通信，而單片機(jī)和上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信則是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。單片機(jī)和PC通信是通過(guò)單片機(jī)的串口和PC機(jī)串口之間的硬件連接實(shí)現(xiàn)的9。RS485半雙工異步通信總線(xiàn)是一種被廣泛使用的數(shù)據(jù)通信總線(xiàn)。它具有通信距離遠(yuǎn)、通信速率、成本低等特點(diǎn)。它可以采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)形或星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以很容易實(shí)現(xiàn)串行口通信。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一臺(tái)單片機(jī)對(duì)于一臺(tái)PC，根據(jù)單片機(jī)接口的通信協(xié)議，在P

51、C上編寫(xiě)通信軟件即可實(shí)現(xiàn)通信。星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一臺(tái)PC對(duì)應(yīng)多臺(tái)單片機(jī)。在本設(shè)計(jì)中業(yè)就是利用了上面的通信電路在單片機(jī)和PC機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。在本系統(tǒng)中主要是用于對(duì)一遠(yuǎn)程輸液系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，這就需要一個(gè)通信電路把遠(yuǎn)程的監(jiān)控對(duì)象數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的采集傳送給上位監(jiān)控系統(tǒng)(PC機(jī))。在設(shè)計(jì)中通過(guò)RS-485把下位機(jī)的檢測(cè)系統(tǒng)與上位機(jī)(PC機(jī))連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)正確的數(shù)據(jù)交換，可以從根本上提高檢測(cè)系統(tǒng)的執(zhí)行效率。而下位機(jī)和PC機(jī)的連接，直接體現(xiàn)在DNC(Direct Numerical Control or Distributed Numerical Control)用一個(gè)上位機(jī)(PC機(jī))對(duì)多臺(tái)下位機(jī)進(jìn)行控制，完成

52、單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)。在本設(shè)計(jì)中將RS-485串口通信與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)。利用RS232口與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)一臺(tái)系統(tǒng)主機(jī)控制多臺(tái)檢測(cè)系統(tǒng)。 圖3-10輸液監(jiān)控CAN總線(xiàn)通信系統(tǒng)Fig.3-10Transfusion monitoring CAN bus communication system上位機(jī)(PC機(jī))的RS232串行口通過(guò)RS232/RS485轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為RS485總線(xiàn)，各下位機(jī)通過(guò)MAX485芯片連接到總線(xiàn)上。各個(gè)下位機(jī)設(shè)有自己唯一的地址，且下位機(jī)之間不能通訊，一切通訊受上位機(jī)(PC機(jī))控制開(kāi)始時(shí)，下位機(jī)都處于監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)，等待上位機(jī)發(fā)出指令。當(dāng)上位

53、機(jī)發(fā)出指令時(shí)，所有下位機(jī)都接收并且將其中的地址幀與自己的地址比較，如果相同則繼續(xù)解釋后面的指令或數(shù)據(jù)，若不同則不予理睬。在本設(shè)計(jì)中的通信電路的硬件電路設(shè)計(jì)主要就是通信節(jié)點(diǎn)電路的設(shè)計(jì)，通信結(jié)點(diǎn)電路由RS485/232接口電路、單片機(jī)和電源電路組成。RS485/RS232接口電路的主要作用是實(shí)現(xiàn)RS485電平和RS232電路之間的轉(zhuǎn)換，其電路圖如圖3-11所示 圖3-11 RS485/RS232轉(zhuǎn)換電路Fig.3-11 The RS485/RS232 conversion circuit3.4小結(jié)本章主要是介紹基于AT89C52輸液遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。首先介紹了系統(tǒng)硬件的總體框圖。然后具體介紹

54、了每個(gè)單元的硬件設(shè)計(jì)原理和依據(jù)。4 輸液監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)4.1下位機(jī)的軟件系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)輸液遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)的核心是單片機(jī)，而軟件是單片機(jī)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)和可靠性在很大程度上決定于軟件。本系統(tǒng)的下位機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于:INTO中斷處理程序，主要是用于對(duì)紅外光電傳感器轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)的液滴信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù);4S定時(shí)判斷和現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警程序，主要是用于對(duì)是否有液滴滴下和液滴過(guò)慢時(shí)的報(bào)警;基于RS485的通信接口程序，關(guān)鍵是軟件握手信號(hào)的處理10。 圖4-1從站軟件流程圖Fig.4-1 The software flow chart4.2下位機(jī)系統(tǒng)各軟件模塊的設(shè)計(jì)整個(gè)下位機(jī)監(jiān)控

55、系統(tǒng)程序由三個(gè)子程序模塊和一個(gè)主控程序模塊構(gòu)成。主模塊核心，管理其他3個(gè)子模塊，這4個(gè)模塊均為實(shí)模塊。4.2.1主模塊主模塊是核心，它主要是管理各子模塊，以及對(duì)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)以及串口部分的初始化。本設(shè)計(jì)的初始化部分包括以下功能;串口初始化，串口使用工作方式1，波特率通過(guò)定時(shí)器T1溢出率設(shè)為1200bit/s，容許接收，系統(tǒng)使用的晶振頻率為11.0592MHz，必將定時(shí)器1的初值設(shè)為248(OE8)。串行口數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收都是通過(guò)中斷方式完成的，因此還需要設(shè)置串行口的中斷方式。(沒(méi)有完)。外部中斷0設(shè)置。系統(tǒng)中，當(dāng)有液滴滴下時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字脈沖，就會(huì)在單片機(jī)系統(tǒng)中產(chǎn)生一個(gè)外部中斷O，系統(tǒng)在該中斷計(jì)

56、數(shù)時(shí)，需要開(kāi)啟外部中斷O，并將其模式設(shè)置為電平觸發(fā)模式，以及用于計(jì)數(shù)的R4寄存器的請(qǐng)O。定時(shí)中斷O設(shè)置。這就要把定時(shí)/計(jì)數(shù)器O設(shè)置在定時(shí)的功能。4.2.2液滴計(jì)數(shù)模塊在這個(gè)模塊中主要利用單片機(jī)的邊緣檢測(cè)功能對(duì)前面由光電傳感器采集經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行負(fù)邊緣檢測(cè)，當(dāng)有液滴滴下時(shí)，光電傳感器都會(huì)檢測(cè)到液滴信號(hào)，再形成一個(gè)不規(guī)則的低電平脈沖，這個(gè)脈沖信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入到單片機(jī)的工INTO中，利用單片機(jī)的邊緣檢測(cè)功能對(duì)液滴信號(hào)進(jìn)行邊緣檢測(cè)計(jì)數(shù)，當(dāng)沒(méi)有液滴時(shí)就為高電平不能形成檢測(cè)信號(hào)，因此，也就不能形成計(jì)數(shù)中斷。這樣，只要對(duì)由工INTO傳來(lái)的中斷個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)就相當(dāng)于對(duì)液滴的滴數(shù)計(jì)數(shù)。在這個(gè)模塊中它只是涉及到一個(gè)寄存器R4(它主要是用于計(jì)數(shù)