基于單片機(jī)的液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置設(shè)計

叢德輝

摘 要：文章介紹了一種液滴速度監(jiān)控裝置的設(shè)計，鍵盤輸入，數(shù)碼管顯示器，滴液檢測，聲光報警功能。實(shí)踐證明，此設(shè)計在醫(yī)用輸液自動監(jiān)控領(lǐng)域可以很好的運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；液體點(diǎn)滴；流速檢測

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 芯片模塊

AT89S51 是一個低功率、高性能CMOS8位微控制器，片內(nèi)含4k BytesISP（In-system programmable）的可反復(fù)擦寫1000次的 Flash只讀程序存儲器，采用ATMEL公司的高密度非易失性存儲器，制造技術(shù)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)兼容，80針C51的結(jié)構(gòu)裝置，芯片8位通用CPU和ISPFlash存儲單元，AT89S51已廣泛應(yīng)用在許多嵌入式的控制應(yīng)用程序。

89S51是89C51的升級版本，89SXX可以向下兼容89CXX等51系列芯片。其區(qū)別如下：

（1）89S51制作的過程中運(yùn)用了0.35的新技術(shù)、降低成本，并將功能效果提升、提高競爭力。

（2）新增加很多功能，性能有了較大提升。

（3）在線編程功能，這種優(yōu)勢是重寫程序功能的單芯片內(nèi)存芯片內(nèi)，不需要剝離的工作環(huán)境。速度更快、穩(wěn)定性更好，編程電壓也只需要4～5V就可以。

（4）最大工作頻率為33MHz，24M工作頻率是極限。

（5）89s51具有雙工UART串行通道。

（6）單片機(jī)內(nèi)部集成看門狗計時器，即不再需要為單片機(jī)外部看門狗定時器單元電路。

（7）89s51帶有雙數(shù)據(jù)指示器。

（8）89s51帶有電源關(guān)閉標(biāo)識。

（9）有新的89S51加密算法，這使得89S51被破解變得不可能，保密程序大大加強(qiáng)，因此可以有效的保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)。

（10）電源范圍：89S5*功率范圍為4～5.5v和895*系列是時一般不會低于4.8v和比5.3V更高的工作。

（11）燒寫壽命更長：89S5*標(biāo)稱的1000倍，實(shí)際上至少在1000倍到10000倍，所以更有利初學(xué)者反復(fù)燃燒，降低學(xué)習(xí)成本。

1.2 數(shù)據(jù)輸入按鍵模塊

在設(shè)備上，系統(tǒng)的輸入設(shè)備可以使用鍵盤，鍵盤可以通過系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置以控制檢測范圍。按程序設(shè)置數(shù)字鍵或按鍵，設(shè)備能自動完成設(shè)置功能鍵的程序。通過鍵盤模塊中，閱讀的時間信號可以穩(wěn)定地和有效地控制轉(zhuǎn)速信號的輸入信號，報警控制。（注意：在設(shè)計過程中鍵盤輸入設(shè)備的按鍵消除抖動過程，必須考慮到，程序運(yùn)用delay函數(shù)控制延時，以達(dá)到消除抖動的效果。

1.3 數(shù)據(jù)輸出顯示模塊

液滴的數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置實(shí)時顯示的是由三個8位數(shù)碼管顯示模塊的實(shí)現(xiàn)。本模塊中使用8位數(shù)碼管顯示模塊，該模塊可以顯示數(shù)字（因?yàn)榭梢燥@示小數(shù)，所以使讀數(shù)變得更為精確）。該設(shè)備采用動態(tài)方式顯示液滴的速度信息，即當(dāng)外部信號傳輸不到MCU時，間隔5秒更新一次滴液速率（滴/min）。芯片接收到更新的外部信號后，就要設(shè)置相應(yīng)的點(diǎn)滴率（滴/min）。

1.4 電源模塊

在單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計中，電源設(shè)計是需要考慮的，這就決定了系統(tǒng)采用單電源方案還是電源方案，系統(tǒng)的功耗有無特別的規(guī)定，供電方案取決于不同的選擇和整個系統(tǒng)的過程中選擇。在本設(shè)計中由于系統(tǒng)所選用的單片機(jī)是AT89S51，此單片機(jī)的工作電壓是在2.7V-6V之間，設(shè)計中采集所用的光電二極管和比較電路中所用的比較電壓比較芯片（既可單電源也可雙電源工作），他們的工作電壓都可以是+5V，因此在本設(shè)計中采用單電源方案，單電源方案的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡單，工作可靠，在設(shè)計中我們采用所有元件的適中電壓為+5V，它可以通過帶有USB的設(shè)備（例如：計算機(jī)、筆記本電腦、智能手機(jī)（OTG功能）、移動電源）得到，這樣既簡單又便于攜帶。

1.5 流速檢測模塊[1]

流量檢測模塊使用紅外傳感器技術(shù)來檢測泄漏的靜脈滴注。紅外發(fā)射裝置基本實(shí)現(xiàn)方法：555定時器用來產(chǎn)生高頻脈沖，然后三極管放大處理后，進(jìn)行紅外管驅(qū)動時，其具有高頻率的脈沖功率的優(yōu)點(diǎn)，并且長傳輸距離。滴速檢測電路原理：門系統(tǒng)比較器的閾值電壓為可調(diào)電壓，使用跟隨的比較，可以適應(yīng)不同的環(huán)境。當(dāng)紅外傳感器區(qū)域內(nèi)沒有點(diǎn)滴經(jīng)過時，接收管導(dǎo)通，一個電壓比較器的反相輸入端VI輸入底電平，低于比較器的同向端電壓V+，V1輸出低電平。同向端的輸入信號是對反向端的輸入信號取了平均值。當(dāng)點(diǎn)滴經(jīng)過感應(yīng)區(qū)時，紅外發(fā)射管發(fā)出的光線在短暫的時間內(nèi)被滴液阻擋，接收管出現(xiàn)一個短暫的截止，Vi輸出電平產(chǎn)生一個上升沿，高于比較器的同向端電壓V-，比較器輸出一個高電平脈沖給單片機(jī)，觸發(fā)單片機(jī)計數(shù)，達(dá)到了單位時間內(nèi)計數(shù)的目的。

由紅外發(fā)射被檢測出的貯液瓶高度的接收管中的液位。當(dāng)液體上方的行的高度，接收器關(guān)閉V2的輸出線；當(dāng)?shù)温┑母叨染渚€以下，接收器打開，輸出低電平。電壓比較器和二極管的電容放電的輸入端的作用是快速的，因而可以避免因儲液瓶晃動所產(chǎn)生的誤報警。

1.6 聲光報警模塊

利用紅外發(fā)射接收管液位檢測儲瓶。當(dāng)儲液的高度高于警戒線時，接收管截止，V2輸出高電平；當(dāng)儲液的高度低于警戒線時，接收管導(dǎo)通，V2輸出低電平。其中電壓比較器（LM3324）同向輸入端中二極管的作用，達(dá)到對電容進(jìn)行快速放電，從而可以避免因?yàn)閮σ浩炕蝿赢a(chǎn)生假信號，避免誤報警情況發(fā)生。

當(dāng)報警單元異常情況發(fā)生時，作為報警模塊中的兩個的主要部分——紅色發(fā)光二極管和蜂鳴器將產(chǎn)生報警。輸送速度檢測，如果有異常情況，例如：超出滴漏邊距或者鍵盤設(shè)置的誤差范圍，蜂鳴器就會產(chǎn)生報警聲音，在同一時間，也控制LED閃爍不斷（二極管產(chǎn)生的紅光容易引起注意），以達(dá)到報警的目的。

2 結(jié)束語

本文的主要內(nèi)容是對藥物輸注速度監(jiān)控系統(tǒng)的原理進(jìn)行研究，該設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)對滴液速度的自動檢測，以及對異常情況進(jìn)行報警和對測量的參數(shù)進(jìn)行顯示，這是基于醫(yī)用輸液過程的特殊要求所設(shè)計的。本設(shè)計實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)硬件的開發(fā)，包括選擇的51芯片和系統(tǒng)的鍵盤數(shù)據(jù)輸入模塊，顯示模塊，滴液體流量測量模塊，聲光報警模塊的工作特性和生產(chǎn)。通過實(shí)驗(yàn)，該設(shè)備可以良好的應(yīng)用在醫(yī)用輸液智能控制當(dāng)中。

參考文獻(xiàn)

[1]吳今哲.機(jī)械與電子.2010，25.endprint