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液体点滴速度监控器的设计

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液体点滴速度监控器的设计 (毕业设计50页、21370字)

摘要:本设计综合运用单片机技术、光电传感技术、自动控制技术以及数字显示技术,并以单片机AT89S51为核心,辅以必要的外部电路,实现了液体点滴速度的监测和控制。设计以键盘及红外对管为输入系统,以数码管、声光报警电路及步进电机为输出系统。
红外对管的功能是监测点滴滴下的速度以及储液瓶中的液面高度。点滴速度控制是应用水的压强随着高度差的变化而变化的原理,利用单片机控制步进电动机的升降来控制的。步进电机具有转速可控功率大及输入脉冲不变时可保持大力矩等优点,这样就可以自如控制吊瓶的上、下缓慢移动以达到智能控制的目的。此外点滴速度可用键盘来设定,设定范围为20~150(滴/min)。系统能同时显示设定的点滴速度和实测的点滴速度,并能准确测试液位,在液位下降到警戒线处时立即报警,可以通过手动按键来响应报警。

关键词:89S51单片机;滴速监控;红外对管;步进电机

 

The Design of Supervisory for Liquid Drop Speed

Abstract: The design where Micro-Controller-Unit (MCU) technology, light-electricity sensor of measuring technology, automatic control technology and digital demonstration technology are used, can monitor and control the liquid drop speed. It uses AT89S51 for core and is supplemented by the necessary external circuit. This design uses keyboard and infrared tube as the input systems, and uses digital tube, sound-light alarm circuit and the stepping engine as the output systems.
Infrared tube can monitor and control the liquid drip speed and the height of liquid’s level. It uses the principle of the water’s press transforms when the height of the water change, and then to control the working status of the stepping engine. Moreover the liquid drop speed can be set by the keyboard. The extent is between 20-150 drop/min. The system can simultaneously demonstrate the liquid drop speed that has been set up and the actual liquid drop speed and it can accurately measure the position of liquid’s level, and promptly begins to alarm when the liquid reached the security value place, and can give response to the alarm manually.

Keywords: 89S51MCU,  the Drops monitor,  Infrared double tube,  Stepping engine

 

目    录

第1章 绪论 1
    1.1 引言 1
    1.2 国内外点滴输液监控系统的研究现状 1
1.3 课题目的和意义 2
    1.4 主要设计内容 2
第2章 设计方案比较与论证 3
    2.1 液体点滴检测方案 4
    2.2 速度测量方案 4
2.3 滴速检测的软件设计方法 5
2.4 警戒液面检测方案 5
2.5 键盘方案 6
2.6 显示方案的选择 6
    2.7 液体点滴速度控制方案 6
    2.8 电机的选择 7
第3章 系统电路设计 8
    3.1 单片机最小应用系统设计 8
3.2 键盘显示电路 9
    3.2.1 键盘工作原理 10
    3.2.2 七段LED数码显示器 11
3.3 数据采集电路设计 11
    3.3.1 滴速检测电路 11
    3.3.2 液位检测电路 14
3.4 驱动控制电路 15
    3.4.1 步进电机的单片机控制 15
    3.4.2 步进电机的驱动 16
3.5 报警部分设计与实现 17
3.6 电源电路的设计 17
3.7 部分元器件说明 18
    3.7.1 AT89S51引脚说明 18
    3.7.2 集成电压比较器LM324 20
    3.7.3 移位寄存器74164 21
第4章 系统软件设计 22
    4.1 主控制模块 22
    4.2 滴速检测程序设计 23
    4.3 液位检测和报警程序设计 24
    4.4 键处理子程序的设计与实现 25
    4.5 显示子程序 26
    4.6 步进电机控制点滴速度程序 27
第5章 系统的调试及结果 29
5.1 系统调试环境 29
5.2 硬件调试 30
        5.2.1 单片机系统电路调试 30
        5.2.2 数据采集电路的调试 30
        5.2.3 键盘显示电路调试 30
5.3 软件调试 31
5.4 调试及测试仪器 31
结论 32
致谢 33
参考文献 34
附录1液体点滴速度监控器总体程序 35
附录2系统原理图 45
附录3实物照片 46
 
第1章  绪  论
1.1 引言
    随着科技的发展,越来越多的领域需要对液体的流量进行精确控制,如化工领域里对微量化学元素的检测和分析常需精确控制流量,医疗保健领域中药液的输液量与输液速度也需要精确的控制以达到更好治疗效果。
    液体点滴速度监控器在生活中主要就是应用于静脉输液。随着医院管理系统趋向于电子化、网络化,如何利用计算机与现代控制技术提高医疗器械的自动化成为目前主要应用方向之一[1]。
    由于新医药品不断的出现,在治疗疾病的过程中,采用静点输液治疗方法已越来越普遍[2]。然而,在输液过程中,不同药液均有其不同的最佳滴速要求。滴速过快、过慢均会影响疗效。目前,在临床输液过程中,对病人输液速度的控制基本采用“边看手表的秒针,边查读滴数”的原始方法,由护士人工计数约10~15s,然后换算成1分钟的滴数[3],显然这种靠肉眼观察计数的输液点滴速度难以精确计量控制,同时在护理人员为病人输液时调节起来浪费时间。随着病房条件的不断改善,每个房间病员人数越来越少,输液结束或换瓶时仍靠病人自己或家属呼叫护理人员换药或拔针,极易造成忽略而出现危险。当然,目前市场上的输液泵能够较好地解决这一问题,但输液泵每只上万元,国产也在几千元[4],一般三级甲等以上医院至少20~80张床位,需投资几十万元,甚至上百万元,即使效益好的医院也难以承受。针对这种情况,此论文介绍了利用非接触式光电检测技术和单片机技术设计的液体点滴速度监控器,能够对每个病人输液的速度进行简单监控。同时可以在输液结束时发出报警信号呼叫护理人员。该装置独立用于每个病床时成本不过百元,价格低廉、使用简单。
1.2 国内外点滴输液监控系统的研究现状
    国外对点滴输液监控装置的研制较早,如日本、美国和德国等国家上世纪80年代末就进行了这方面的研制,现在市场上流行的大多是国外产品,类型多样,性能较好,如日本JMS株式会社的OT-601型输液泵(控制精度为10%)和SP-500型注射泵、还有TOP型输液器,美国IMED公司Gemini PC-2TX 型输液器可实现四路控制,还有德国贝朗(B|BRAUN)公司的Multifuse型、Perfusor Compact型(控制精度可达到2%)、Infusomat P型和Infusomat fmS型,以色列也有相应的产品,型号众多,性能较好[5]。但是这些产品在国内只有一些大型医院引进,因其价格昂贵主要用于危重病人。
国内对输液装置的研制起步较晚,大都在90年代中期开始研究,市场上也有一些国产输液装置,如北京科力丰高科技发展有限责任公司的ZNB系列产品,深圳康福特公司也有输液装置产品。不过总体来说,种类较少,性能也需改进。我国的点滴输液自动化程度得到普及,还需要很长的路要走[6]。
1.3 课题目的和意义
目前大小医院中所使用的静脉输液器都是悬挂在病人的头上才能输液,液体点滴速度难以准确限制,这对特护病人和对输液速度有较严格要求的病人是不方便的。现有的输液监控器价格又太高,会增加医院和病人的费用。此设计中的液体点滴速度监控器可以用按键准确控制速度,能精确控制药液的输液量和输液速度,能对输液过程中出现的异常情况进行监测报警,防止输液事故的发生。液体点滴速度监控器的应用有助于减轻医护人员的工作强度,提高安全性、精确性和工作效率。该设备可广泛应用于医院的各种科室和手术室,尤其适用于ICU和CCU病房的输液治疗。设备结构简单,费用低,所以对液体点滴速度监控器的研究设计十分有意义。
该题目接近生活,实用性强,并且与单片机很好的结合,可以通过该题目进一步学习单片机原理以及其应用,从而在电路理论和实践能力的结合上得到进一步锻炼,达到本科阶段综合能力的培养和提高。目前单片机的应用越来越得到广泛,作为工科电子类的大学生也应该具备这方面的知识和一定的应用能力,才能更好的满足社会需求,进一步向工程师发展。同时此课题也具有民用开发前景。
1.4 主要设计内容
设计并制作了一个液体点滴速度监测与控制装置,设计内容及实现功能有:
(1)采用51系列单片机作为控制核心电路;
(2)可以在滴斗处检测点滴速度,并制作了一个数显装置,能动态显示点滴速度(滴/min);
(3)通过改变储液瓶的高度控制点滴速度,也可以通过控制输液软管夹头的松紧等其它方式来控制点滴速度。点滴速度可用键盘设定并显示,设定范围为20~150(滴/min);
(4)当液面降到危险液位时,能发出报警信号。
 

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