滴液速度检测系统设计
滴液速度检测系统设计,速度,检测,系统,设计
滴液速度检测系统设计 目录目 录摘 要3ABSTRACT41绪 论52滴液速度监测与控制原理72.1 液体点滴速度检测方案72.2 速度控制方案82.3 液面高度检测方案93方案原理的叙述103.1 监测滴液速度103.2 速度控制原理103.3 液面高度检测原理113.3.1 夹管放置114系统的结构设计124.1系统实物连接示意图134.2 电路的设计方案145 系统电路硬件设计155.1 液滴速度及设计液位监测电路155.1.1 液滴速度检测电路设计155.1.2 液面位置监测报警电路175.2 步进电机驱动电路18第 5.3 显示以及键盘的电路205.3.1 LED 数码显示器结构与原理205.3.2 LED 数码显示电路驱动215.3.3 键盘电路216系统软件设计236.1 软件设计思想236.2 速度计算方法236.3 控制算法236.4 程序设计24结 论26参考文献272滴液速度检测系统设计 摘要滴液速度检测与警报装置摘 要本文详细地介绍了使用红外光电对管检测输液点滴速度以及输液的液面位置,并且为了控制滴液的速度选用了步进电机。整个系统的核心点就是单片微机,并且利用了一些外围电路获得辅助调控的效果,设计了便捷、有效的滴液速度检测设备以及液位警报设备。该装置具有相当全面的功能,可以通过对滴液速度以及液面的检测并与设定值进行对比的步骤,对滴液速度进行反馈和调控,并可以实时的讲当前的滴液速度清晰地显示在屏幕中,对液体的速度调控的范围可以达到0滴/分-100滴/分的范围。每当液面较低到预计的警戒线之后可以自行发出警报。关键词:光电对管、单片机、数码显示电路、步进电机以及驱动电路4滴液速度检测系统设计 ABSTRACT Drip speed detection and alarm deviceABSTRACTThis paper describes the use of infrared photoelectric tube detection level and drip infusion of speed, and thus to control the stepper motor speed drops. Complete systems are microcontroller as the core, and to some of the peripheral circuit further assistance, design a convenient and effective dropping speed detection equipment and level alarm device. This device has a more comprehensive feature can be achieved by dropping speed detection and comparison with the set value of the dropping speed feedback and control, and real-time speaking current drip rate clearly displayed on the screen, liquid speed regulation range up to 0 drops / min -100 drops / min. Whenever a lower level after the warning level can be expected to alert their own. This paper describes the hardware and software design of the device.Key words: Stepper motor ; microcomputer ; photoelectric sensors滴液速度检测系统设计 绪论 1绪 论随着科学技术发展步伐的加快,对于流体的流量或者流动的速度进行精确的控制,在于越来越多的领域之中有着至关重要的地位,例如在化工的相关领域中,对微量的化学元素的检测以及分析常常需要着精确地控制流量的方式。药液的流量与流速有时候也需要精确的控制,也投入到了医疗保健的领域中。静脉输液是最常见的一种临床治疗方法,临床方面上,静脉输血需要护士根据所使用的药物的不同种类,以及病患不同的个人状况,采取不同且适当的打点滴速度。如果给病人输液的速度比所需的速度过快,会导致被输液者体现药物中毒的症状,如果状况严重的话,会出现患者休克、器官水肿的现象;相反的,如果病人输液速度太慢,可能会出现使用的药物数量不够的状况,给病患带了不必要的麻烦,也同时增加了护士的工作量。在日常的输液中,大多数医院所采取的是悬挂点滴瓶的利用液体重力的原理进行输液的方式。一般在该过程中,护士须不断的在病人周边,以便及时的观察药物的输液状况,然后根据自己的判断手动改变夹子的位置来改变输液的速度。这对于护士来说,并不是非常的严谨的工作方式。关于重大疾病,例如癌症、病危的病人,他们的抢救刻不容缓,此刻他们的输液就需要严谨的步骤,即以一定的速度向人体注射相关药物。为了达到化疗的良好效果,同时最大化地降低药物对人体的副作用,需要将化疗所需的药液匀速输送到人体血管直至各大器官。糖尿病人往往遭受着病痛的折磨,此刻需要以相对恒定的速度给他们注射定量的胰岛素药物。基本上,往常的做法是一次性注射较大剂量的胰岛素,这不单单会造成巨大的浪费,而且药效作用的时间也相对较短,因此,医学上急需一种可以持续输送药液的装置,该装置对于药液的流量和流速都能控制的,以此输送少量的药物并精确地控制其输送流量和速度。对儿童、老人和体制较弱者输送某些特殊的药物,如麻醉药、降压药硝普钠等时,为了避免对人体造成不必要的损害,在输液环节中的药液的量的控制需要非常的精准。血液是非常地容易凝固的,输血的时候很容易阻塞住输液管。为了进行顺利的输血环节,需要保证血流速度大于某一固定值。另外,不论是输液还是输血,对于普通输液器在输液完毕和输液过程中偶然出现的故障,例如气泡、血管阻塞状况等都不能自动的实施报警,从而产生不良的后果,应该及时处理,以避免血液倒流火以及其他后果。本文是本人利用大学所学专业知识设计出来的一款针对输液过程当中的安全问题进行监测的装置。单片机的全程是:单片微型计算机,又被人们成为微控制器。单片机将中央处理器、存储设备、定时器以及计时器、分类广泛的各式输入接口输出接口都集中在一起,这汇集了众多端口的集成电路芯片的微型计算机就属于单片机。从上世纪80年代初期开始,4位单片机开始进入人们的视野,进而8位单片机也进入生产,随着科技进步,现在以及普及了32位的300M的高速单片机。现今,单片机具有体积较小,输出输入的接口简单等优点。然而其较低的功能,微小的存储量还有待提高。然而它低廉的成本以及可以存放于仪表内部的特质让更多的领域选择使用单片机。就目前而言,单片机的运用范围已经涉及到了我们的日常生活中的每个角落。几乎在每个方面都留有单片机存在的痕迹。例如巡航导弹上装备的导航装置、智能车间中机械手车床等的实时控制以及对于数据的处理、智能IC卡的广泛投入使用、豪华游轮中安全保障系统的设计、市场上全自动智能化的洗衣机的控制等,现阶段都已经离不开单片机的使用。然而在我们的日常生活中,医院中陈旧的医疗设备以及方式需要得到一智能化的改良。本文致力于研究如何在输液的过程中对患者生命安全实施一个有效的保障为题,简而有力地介绍了一种能够对于在输液环境中对于药物流速检控的装置并清晰地阐述了该装置的设计理念。该设计将步进电机、光电传感器、单片机等现代技术融会贯通,以电路辅助,全面地设计出了一种实现对病人一对一智能化检控患者输液安全的系统,为患者以及医院工作人员带来了福音。6滴液速度检测系统设计 滴液速度检测与控制原理 2 滴液速度监测与控制原理2.1 液体点滴速度检测方案依据多次试验发现,要有效并且准确地监控液体速度,需要在莫菲氏滴管处监控滴液速度,而且一般的情况下的药水为透明的液体,对于检测来说造成了很大的限制性。为了监控液体,需要测量到第N滴液体和第N+1滴液体的时间差。为了使该值更加的精准,微型单片机对于每一滴液体的检测都必须精准的显示出来。为了达到这个目的,本设计考虑了以下两种方案:方案一:选取超声波传感器在莫菲氏滴管上安置一对超声波的发射接收装置并且对称地稳固在滴管的两侧,接收端与发射端正对着放置,该装置采用39.8KHz的脉冲调制进发射。在实验中,当液体下落时会经过上述超声波装置并且作为障碍介质对装置的超声波接收起到了一个阻碍作用。而此状态会导致一个低电平脉冲信号的产生,由接收端进行捕获该信号并且解调。同时,接收端具有的施密特触发器加以检验该信号的产出,之后单片机接收到之后会形成一次记录。通过这一步骤。属于电脉冲数目与液体数目的相对于关系也建立了起来,实现了我们所需要的计算点滴的数值。然而超声波装置的调试流程相当的繁琐,并且莫菲氏滴管壁对于声波发射面比较大,因此超声波接收头能够检测到的波也是很微弱的,对后续检测来说有一定难度,所以此方案不可接收。方案二:红外光电对管的使用在墨菲氏滴管的两侧安置一对红外光电对管设备,调整朝向,使二者以正对面的方式固定。众所周知,液体对于光线有着反射、折射等作用、这对于光线来说是一种变相地的削弱,而本设计正是抓住了这以特性。当液体在下落的过程中,经过红外线的那一瞬间,会对红外光线产生一定的削弱,明显地,接收端所采集到的信号会在这一刻相比之前较为衰弱。这一现象,通过整个后续设计的电路的出路,可以显示出一定形状的脉冲波形。本设计采用的红外光电对管发射端口径小,并且但光束发射,有利于将液体对光束的折射反射作用明显化。对于前一方案而言,加以比较。显而易见选取红外光电对管这一方案比较直白地达到我们研究的目的。另外,红外传感器具有体积小,安装简便,使用起来方便可靠,稳定性好等优点。总结:对比两种方案。选择利用红外光电对管以检测滴液速度。滴液速度检测装置图如图2.1图 2.1 滴定速度检测装置原理图2.2 速度控制方案为了控制滴液速度,可以考虑两种方案。一种是通过电机升降输液瓶的高度来控制;第二种是通过挤压输液软管改变松紧程度。以下,则是对于两种方案的可行性的实验证明以及比较:方案一:改变输液瓶的高度来改变点滴速度。传统的输液,依靠的是液体在重力的作用下,做自由落体的运动。然而液体的滴速与其所在的海拔高度有着一定的联系。相关资料证明,想要进行安全的输液,输液瓶所在的高度范围必须是1.0米到1.8米。当改变输液瓶的高度的时候,瓶内空气压强也会改变,这直接导致了对于液体自由落体速度的影响。本方案考虑到以此为原理,改变输液瓶的高度则改变了滴液速度。为了使输液瓶高度可以自由改变,采用的使步进电机以及滑轮的组合。然而在此设备改变高度的同时,液面的晃动无法避免,这在一定程度上对于之后设计中液面报警位置的监测有着严重的不利影响。并且1.0米到1.8米这狭隘的调控范围,难以对滴液速度达到百分百的调节。方案二:改变输液软管的受力程度输液过程中,人体与输液瓶相连是通过输液软管。在一定理论上,改变了该软管的横截面积,就改变了空气对液体的压强,从而对滴液速度产生了直观的影响。本方案利用这一原理,书写单片机程序控制步进电机的螺杆旋转改变对输液软管的受力大小,从而对输液速度进行一个大范围的控制。并且,在这一方案为前提的大背景下,成功的避免的液面晃动,减少了对液面监控的误差。总结:两者相比较还是采用方案二较为方便可靠。2.3 液面高度检测方案结合了实际情况,护士对于患者是否已经完成静脉注射的判断标准是滴液瓶中液面位置是否已经接近底部,此刻液面到底部大致使2cm-3cm。所以本设计中,在液面下降至2cm-3cm的时候,警报器就会作用。这一环节的关键所在就是监测液面所在的高度。在本设计中,根据在液滴速度环节中所阐述的原理依然选取了红外光电传感器作为监测装置。红外光电对管传感器的安装方式以及工作原理与2.1液体点滴速度检测方案大致相同,所涉及到的原理依旧是液体对于光束具有一定程度的减弱。发射管以及接收管正对面地在输液瓶的两端固定,接受端所接收的光信号有着强度方面的区别。区别所在于,电路上会安装一个滤波电容,该装置会对液面即将到达警戒线的时候所产生的较大电压放大化处理,以此判断液面是否真正到达安全警戒液面。并且使单片机运算促使蜂鸣器发出警报。9滴液速度检测系统设计 方案原理的叙述3方案原理的叙述3.1 监测滴液速度检测滴液速度方案中提及,采用的是红外光电传感器装置。详细地,本设计选取了ST168红外光电对管。该型号传感器是可以发射单光束的反射式传感器,它具有着相对全面的性能。拥有71mm的最佳距离,此距离与传感器在固定于滴管壁时的位置,以及液滴低落轴线距离大致吻合。而且,ST168所具有的光电接收管灵敏度较高,对实验中单片机所需的波形的形成有着深远的影响。如图 2.1 所示,将一对光电管的发射管和接受管分别放置在莫菲氏滴管的两端且正对,当没有液体低落时,接收管接收到的光较强,而当液体低落时,液滴对光有衰减、反射、折射的作用,所以接收管接收到具有很大变化的光信号,并完成电信号的转化。通过此方法就可以很便捷的测出液体低落的信号。3.2 速度控制原理控制示意图如图 2.2 所示。首先设定一个恒定的安全滴液速度,当检测到的速度高于该安全值的时候,单片机就会协调步进电机正向地旋转一定的角度,螺杆则会缩小输液软管的横截面积,降低滴液的速度。反之亦成立。图 2.2 步进电机控制滴定速度原理图103.3 液面高度检测原理将一对光电管的发射管和接受管分别放置在输液瓶的两端且正对,当液面未到达警戒液面时,液体对光有衰减、反射、折射的作用,接收管接收到的光较弱,而当液面降低到警戒液面时,红外光束不再受到液体的光衰作用,所以接收管接收到具有很大变化的光信号,并完成电信号的转化。通过此方法就可以很便捷的测出液体到达警戒液面的信号。图 2.3 液面高度的检测原理装配图3.3.1 夹管放置针对于夹子所夹的位置的不同,依据下面的数据进行简单的比较:11表2.1 夹子夹在莫菲氏滴管下端的点滴速度测量记录所设定的滴液速度(滴/分)213242526888108128138148所测的滴液速度(滴/分)202938476180100115120136误差率(%)591010109810138平均的误差率(%)9.2表2.2夹子夹在莫菲氏滴管上端的点滴速度测量记录设定的点滴速度(滴/分)213242526888108128138148测到的点滴速度(滴/分)213141506483100118126135误差率(%)0334668899平均误差率(%)5.7根据上述两张表格所反映的数据来看,夹子位于墨菲氏滴管上端时的误差率为5.7%,而夹子位于下端的时候的误差率是9.2%,几乎是上端误差率的两倍。显而易见地,为了减少误差,保证该设计对人体的安全考虑,选取的是将夹子安置于莫非氏滴管上端位置的方案。12滴液速度检测系统设计 系统的结构设计4系统的结构设计4.1 系统实物连接示意图在墨菲氏滴管的两侧安置一对红外光电对管设备,调整朝向,使二者以正对面的方式固定。众所周知,液体对于光线有着反射、折射等作用、这对于光线来说是一种变相地的削弱,而本设计正是抓住了这以特性。当液体在下落的过程中,经过红外线的那一瞬间,会对红外光线产生一定的削弱,明显地,接收端所采集到的信号会在这一刻相比之前较为衰弱。在滴液瓶的两侧按同样的原理同样的方式安放一对光电传感器用以检测液面高度变化以及到达警报液面的同时可以确保发出蜂鸣警报。而在图上夹管装置中是驱动步进电机改变软管横截面积控制流速的装置。完整的实物连接示意图如图 3.1 所示。图 3.1 系统实物结构图4.2 电路的设计方案 本设计主要的执行件是光电传感器、单片机以及步进电机,与之相对应的电路所需要的有:步进电机驱动电路、按键电路、数码显示电路、红外传感器等其他电路。本系统所选用的单片机的型号是属于52系机型的AT89C52式。将目光汇聚于图3.2,我们可以看到,单片机AT89C52型负责对于整个电路设计以及液体速度检测、液面高度变化检测的整体调控。首先设定一个安全的点滴速度,实际点滴速度的大小值传输到速度探测装置中,向单片机芯片发出指令,再由单片机控制步进电机将点滴速度调控在恒定安全速度之中,并且用LED显示出速度的数值。维持这个过程直到整个液体的液面下降到水位探测装置检测到了液面,将这一信息传递给单片机集成电路之后,发出液面过低的蜂鸣警报。图3.2系统设计框图14滴液速度检测系统设计 系统电路硬件设计5 系统电路硬件设计5.1 液滴速度及设计液位监测电路5.1.1 液滴速度检测电路设计在红外接收三极管和红外发光二极管共同配合之下,完成了对滴液速度的检测。电路的原理如下图 4.1 所示。图 4.1 液滴速度检测原理图电路的电源选取的是+5V的电池。晶振电路以及复位电路如下:单片机的晶振的全称叫做晶体振荡器,该执行件是结合单片机内部产生单片机所需的时钟频率,单片机晶振电路提供的时钟频率越高,那么单片机运行速度就会越快,单片机接收的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率的基础上。显而易见,从图4.1中可以获得的信息为:D6二极发光管在一般性的状态下处于的状态是一直在发射光束的。当无杂质阻碍二极管进行光信号的接收的时候,一定的低电平会从二极管中被输出到电路中。相反地,当液体自由下落经过二极管发射出来的红外光束的时候,液体会作为一个阻碍抵挡部分光信号的接收,二极管接收端接收到的光信号是不完全的,并且该信号会有规律性的逐步衰弱,如此便会在输出端口形成一个微小的脉冲波,从而可以达到记录点滴下落速度的目的。并且,A点的输出波形的示意图如图4.2图 4.2 滴液速度检测的波形对比16在这里我们可以看到图4.3向我们展示了滴液速度检测的电路部分:图 4.3 滴液速度检测的电路图上述电路中二极管所释放出的信号在通过电路中由电阻以及电容组成的的CR微分电路之后,A点的波形会逐步变成B点的波形。经过电路中同相放大器的加工之后,输出波形所产出的信号将会被放大。然而放大器具有着虚断和虚短的电路原理。所以,同相放大器所在电路上所具有的电压获取到的相应的放大倍数与低通滤波器通带的电压增益是一样的。即得到以下的公式:A0 = AVF =1+RF/R1 =1+R12/R13=1+10=11正因如此,输出波形中,C点所显示的波形幅度是B点的11倍,该倍数也是C点与B点电压的倍数比。又因C点传输而出的信号在另一个起比较作用的运算放大器的作用下,逐步输出成矩形的波形,而该矩形波形的形成是有一定的条件的。电路中,R10作为一个给予到比较器进行比较作为参照电压的基准电阻,该电阻所具有的电压就是基准电压,C点若是输出低电平的情况下,那么D点则会输出矩形波形,正如4.3向我们展示的。该波形化作相应的脉冲信号,传递到单片机的集成芯片中记录并且进行计算,既可得出当时的滴液速度,该速度将会被LED电路实时地显示出来。5.1.2 液面位置监测报警电路图4.4为我们展示了关于液面位置检测的电路设计。将安全液面设定为深度2cm-3cm时,是出于对病人输液安全的考虑。当液面到达该深度,系统则会准备发出蜂鸣警报。为了避免虚假警报的情况,能否准确判断液面是否达到警戒液面的深度对警报的准确性有着至关重要的影响。所以为了保障这一点,需要选用两对红外光电对管,以此加强接收信号,有利于系统抗干扰性能的提升。图 4.4 警戒液面报警电路液体液面监测警报的电路的设计与上一节所包含的滴液速度电路设计大同小异。警戒液面报警电路的设计中,通过放置的一个RC滤波电路,由于在滴液面处于警报临界的状态时,信号的接收会存在着不稳定的现象,导致输出的电压也可能无法恒定,这严重影响到了52型单片机对电平大小的判断的准确性,从而导致了延迟报警或者假报警的后果。放置的RC滤波电阻可以保障比较器内电压处于一个恒定的输入电压值。在比较器的输出端口可以适当加上一个上拉电阻R,来确保电路中的高电平。电路所传输的信号最终会传递到单片机INTO的接口中,通过程序,在及时的时候发出蜂鸣。5.2 步进电机驱动电路接收到正确的脉冲信号之后,步进电机的驱动器则会驱使步进电机进行相应的动作,指令步进电机按着信号所规定的转动方向转动相应的角度。该角度则被称之为步距角。步进电机,就是这样一个可以将所接收到的电脉冲信号转化为自身角度位移动力的执行元件。调控脉冲的频率,就相当于掌握了步进电机的转速。步进电机驱动器,可以放大步进电机所接收的可以控制其工作的脉冲信号,避免了由于控制器所输出的脉冲信号太微弱而导致无法驱使步进电机正常运转的状况。图 4.5向我们展示常用的步进电机驱动电路:图 4.5 电机的驱动原理 图4.5中可以看出,步进电机的三个单相绕组分别被单片机的p1型引脚的三个接口控制。根据不同的步距角以及特定的控制方式,可以制作出与控制方式相对应的数学模型。以三相六拍为例子,如下表4.1步序控制位CBA控制模型D7D6D5D4D3D2D1D0A10111001F9HAB10110011FBHB10111010FAHBC10110110FEHC10111100FCHCA10111101FDH表 4.1 三相六拍电机控制方式模型表上述表格显示的则是步进电机在正转的时候,所需要的控制方式的数模以及顺序排列。步进电机的驱动控制装置,驱动着步进电机,使其按照上述所要求的三相六拍的工作方式去运作。本设计中,投入使用的四相步进电机精度为1.8,一圈为360,则步进电机工作一个周圈,需要200的步数。步进电机的电压选取的是+12V的电压。假设步进电机的四相分别为A/D/C/B、那么,得出以下步进电机工作的原理图4.6:图 4.6 步进电机的工作原理图当电源只接通了A时,其余的三相B/C/D全不通电,电流通过OA;当电源只接通了B,其余的三相A/C/D全不通电, 电流通过OB;当电源只接通 C,其余的三相A/B/D不通电,电流通过OC;当电源只接通了D,其余的三相A/B/C全不通电,电流通过OD。如图 4.7 为步进电机的驱动电路图 4.7 步进电机的驱动电路图第 5.3 显示以及键盘的电路5.3.1 LED数码显示器结构与原理在本设计中,所需求的显示装置,需要有显示数字的功能,并且成本低廉,亮度较高,使用的寿命足够长等优势,故选取了七段数码管。七段数码管具有两种工作方式,两方式是按照连接方式来有所区分,被分为共阴极与共阳极。根据图4.8所显示的七段数码管的结构图,不难区分出该简图所展示的是共阳极的连接方式。七个发光二极管的阳极连接在一起作为+5V电压的公共端,当任意发光二极管的阴极传输低电平的时候,该发光管就会被点亮。图 4.8 共阳七段数码管结构原理图4位八段数码管在本设计中得到了合理的运用。单片机的接口与其连接所需要的电路十分的简便,只是需要单片机的一个8位并行口连接于数码管的共阴极之上,形成共阴极的连接方式,再将单片机四个引脚连接在控制每段数码管的电线上就可以达到最终的效果。利用动态显示,就可以显示出相应的数值。5.3.2 LED数码显示电路驱动图 4.9 展示了驱动电路。该设计采用三极管驱动,这相当于处于一个开关状态且电压大约是0.3V,因为三极管是在截止区或饱和区运作。而给基极上加上一基极偏置电阻就相当于给三极管提供一个合适的基极电流。图 4.9 LED 数码管驱动电路原理图5.3.3 键盘电路(1) 采用机械式触点按键,可以有效地防止按键的抖动。在按键过程中,我们预想的是产生矩形负脉冲,但由于机械按键的接触点是铜片,会在按键闭合或断开的瞬间接触不良,产生毛刺脉冲,所以实际上就变成了图 4.10 所示的抖动波。t1与t3分别是按下和松开按键过程中的抖动期,而从按键按下到松开的时间就为t,一般按键抖动时间在5ms 到 10ms 之间,其按键抖动时间与按键机械特性相关联。按键的两个触点接触完全良好的时间设定为t2。显而易见,按键抖动会使得其结果被多次识别,那么,就得采用一定的措施加以消除。消除按键抖动的方法有两种,软件驱动和硬件驱动。软件驱动是当检测到按键按下时,进行10ms左右延时,目的是等按键稳定,然后再对是否真正按下按键作出判断。若延时之后确认按键按下,那么就进行之后的操作,以去抖。硬件驱动是在按钮上并联上一个10Uf的电容,按下按键,电容放电,电容会吸收抖动脉冲,从而完成去抖。两者相比较,软件去抖减少了成本,所以为了确保按键检测的可靠性,采用软件延时法驱动以去抖。图 4.10 按键闭合与松开时状态图(2)图 4.11 表示独立式键盘的组成形式。每个按键连接键盘接口的输入数据线,且每个按键之间是相互独立的。与按键相连的键盘接口在无键按下时,读取数据为均“1”,有键按下时,从键盘接口与该键相连的输入数据为“0”。所以,在识键时,单片机只需从键盘接口处读入数据,接着利用左移或者右移的方法辩别逻辑电平,最后找出相应的键号。图 4.11 按键电路图22滴液速度检测系统设计 系统软件设计6系统软件设计6.1 软件设计思想以解决液体低落速度,液体高位检测,和控制算法等问题,我们队该系统软件进行编程,由于专业范围有限,于此我们只讨论控制算法以及速度的计算方法。6.2 速度计算方法我们所讨论的可供选择的速度计算方法有两种:第一种就是记录一段时间T内的滴页数N,算出液体每滴的速度是N/T,但这样的检测方法可行性不强,因为检测一次滴液速度需等待一次T,滴液滴下的速度是很慢的,而T取一分钟的话,时间会拉长,那么调节起来很困难。再看第二种方法,只要测出第N点与第N+1点之间的时间T,那么滴液的瞬时速率就是1/T,可以实时测量出其每滴的频率,相比第一种方法,效率高,速度快,易测量。两方法相比较,选取第二种计算方法。6.3 控制算法同上,我们考虑的可选择的电机控制方法有两种:首先,我们讨论逐次逼近法。先固定步进电机运作步数,转动一周期后,记录一次速度。设定N滴/分钟为其速度,当单片机检测到的速度数据大于N,操作电机就会让其反向运转,使得滴液减慢,反之加快。但此方法可行性也不高,因为其只有在误差较小的情况下才能得出较好的结果。但如果误差非常大时,电机需按设定的运转后检测,一步步按照设定的步数来,调节速度慢,效率低,不符合实际。第二种方法就是比例运算调节。假设一开始速度设定为N1,而测量到的速度值为N2,那么两者之间的误差为:N = N1- N2我们设转动步数为P,比例系数为K,那么 P = K N我们将K值取为1,进而 P = N由此,在单片机测到误差后,就控制电机一次性运转的步数N。若采取这种方法,电机就可以根据误差自动调转速度,提高其控制速度。6.4 程序设计图5.1代表了主程序的流程图。该图显示进入主程序之后,首先需要对整个系统包括端口,中断以及定时器等设置初始化。其后便进入到了循环程序,进入循环程序后,首先检测需要检测的是按键是否被按下,若被按下则进行相应的设置,若没有被按下,则进行液位的检测以及滴液速度的测量和显示,并通过计算来调整当前的滴液速度,以此方式进行循环。图 5.1 主程序流程图中断处理程序,如图 5.2 所示,进入到中断程序之后,讲定时器寄存器的值读出,并给予定时器寄存器赋上初值。得到的数据会在主循环中被换算成当前滴液落下的速度,并传递给显示模块加以显示功能。图 5.2 中断处理程序流程图25滴液速度检测系统设计 结论结 论本设计较为详细地阐述了滴液速度检测装置的硬件设计以及整体布局,加以内部电路的辅助,为医疗设备的智能化推动了微小的进步。本项设计所选择的课题存在着一定的使用性能,得出的结果是建立在一定的模拟仿真的基础上,会比较精准。市场前景若广阔的话,该项设计可在医疗方面得以应用,提供了一定的解决方法给医疗安全问题。本设计将书本中关于单片机,模电数电等知识与实践相结合,使得知识得到真正的运用且更容易理解,避免了过去纸上谈兵的问题,提高了个人的动手操作能力,能真正做到学以致用。在对设计中问题的发现,查找错误点,到最后解决,这一连贯的过程下来,我发现了自己许多不足之处,我会通过不断努力将这些不足都弥补上。同时,做了这次的毕业设计后,我对集成电路的认知更深入,也更全面,且深刻认识到了单片机所具有的可靠、便捷等优点,而微处理器也在我们生活中起到了一定的作用。通过制作本次对毕业设计,我真正意义上地看到了微处理器对于未来发展所带来的美好发展前景。26滴液速度检测系统设计 参考文献参考文献1 周杏鹏著,现代检测技术,2010.7,2 版,第 076142 号,129133 页。2 张宝芬,张毅,曹丽编著,自动检测技术及仪表控制系统,2000.11,第 75197 号,134135 页。3皱丽新,翁桂荣主编,单片微型计算机原理,2009.1, 2 版,第 009053 号,176180页和 218219 页。4过祥龙,董慎行,晏世雷编著,基础物理学,2003.8(2008.12 重印),2 版,第 060711号, 245246 页。5黄贤武,郑筱霞编著,传感器原理与应用,2004.3(2010.12 重印),2 版,第 031245号,3839 页。6康华光主编,电子技术基础,2006.1(2101 重印),5 版,第 146100 号,102107 页。7李东生等编著,Protel 99SE 电路设计技术入门与应用,2002.2(EDA 技术丛书),第一次印刷,第 005292 号,第三章到第六章 37176 页。8翁桂荣,皱丽新主编,单片微型计算机接口技术,2002.4(2008.8 重印),第 008791号,162166 页和 197206 页。27毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告设计(论文)题目:滴液速度检测系统设计 学生姓名:专业:所在学院:指导教师:职称:年 月日 开题报告填写要求1开题报告(含“文献综述”)作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下,由学生在毕业设计(论文)工作前期内完成,经指导教师签署意见及所在专业审查后生效;2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式打印,禁止打印在其它纸上后剪贴,完成后应及时交给指导教师签署意见;3“文献综述”应按论文的框架成文,并直接书写(或打印)在本开题报告第一栏目内,学生写文献综述的参考文献应不少于15篇(不包括辞典、手册);4有关年月日等日期的填写,应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求,一律用阿拉伯数字书写。如“2004年4月26日”或“2004-04-26”。5、开题报告(文献综述)字体请按宋体、小四号书写,行间距1.5倍。毕 业 设 计(论文) 开 题 报 告 1结合毕业设计(论文)课题情况,根据所查阅的文献资料,每人撰写不少于1000字左右的文献综述: 一 前言 目前各类医院中所使用的静脉注射器都是悬挂在病人身体水平线以上才能输液,并且整个输液过程中医护人员必须不定时的进行巡视,浪费人力资源。在医疗高峰期,还会出现输液结束,而医护人员没有及时发现未进行处理的情况。这情况会造成不同程度的医疗事故,给病人和医院双方带来不必要的麻烦。二研究意义鉴于上述原因,设计开发一种智能医用输液报警,滴液控制系统,对输液结束及时报警。本系统就是为了减少人力浪费,获得良好医疗效果而设计的液体点滴速度监控装置,利用这种装置可以通过电机控制储液瓶的高度来到达到控速的目的;通过传感器来确定点滴速度和对液位警戒线的检测;通过键盘设置液体点滴速度。随着超大规模集成电路设计和制造工艺的进一步提高,单片微机也有了迅速发展。当 前,单片微机技术已经被使用到国防、工业、农业、日常生活的各个领域,成为当今世界 科技现代化不可缺少的重要工具。在日常生活中,医院用的医疗器械的智能化是十分必要 的。本文以输液安全为主题,详细介绍了一种功能齐全、方便可靠的液体滴定监控装置的 设计原理,它融合单片机技术,辅以必要的电路,提供了一种无需点对点照顾病人的监控 系统,给院方和病人都带来了方便,更有力的解决了医疗过程中的安全问题。三研究现状在国外,较早的电子医疗器械强调高、精、尖,都是大型器械,而且投资巨大,使用广泛性受到限制。经过几十年发展,一些智能医疗器械逐步向小型化靠拢。例如美国的V520全自动输液报警器等在我国这方面起步较晚,现今使用的产品都是进口的。价格昂贵。国内所有正在研制的厂家的产品也不是很理想,且成本高。如北京东方美源科技有限公司生产的输液监控仪都是单机版,价位却在几千元。四研究内容本论文以监测输液过程中,液体点滴速度及其控制,液面高度监测警报装置为对象,根据各个模块已选定的方案,设计整个输液监测和控制系统,设计传感器件的选取、控制单元的选择、数据采集以及主控电路,分析了数据采集、处理以及控制的性能。 对比红外光电对管,超声波传感器,液体极性所独有的特性以及便利,确定速度检测方案、进而解决速度控制和液面高度检测警报。研究原理之后,设计系统的完整结构,加以电路图的辅助,利用步进电机驱动电路。设计程序所需要的流程图,以LED数码显示,监控整个装置。参考文献1 曹柏荣,曹琪.基于单片机的便携式心电图仪的研究J . 微计算机信息,2006 ,( 2 ) .2 宋雪丽,王虎林,万金领.基于单片机系统的液体点滴速度监控装置设计J.电脑开发与应用.2007(05).3 马忠梅,等.单片机的 C 语言应用程序设计M.北京:北京航空航天大学出版社,2000. 4 胡汉才.单片机原理及其接口技术M.北京:清华大学出版社,1996. 5 刘辉, 王新辉. 基于CAN总线智能输液系统的设计J,湖南工程学院学报, 2005(3): 4-7. 6 刘辉, 王新辉. 智能输液系统的研究与开发J, 湘潭师范学院学报, 2005(2): 65-67.7周杏鹏 ,现代检测技术,2010.7,2 版,第 076142 号,129133 页。8黄贤武,郑筱霞,传感器原理与应用,2004.3(2010.12 重印),2 版,第 031245号,3839 页。9康华光,电子技术基础,2006.1(2101 重印),5 版,第 146100 号,102107 页。10李东生,Protel 99SE 电路设计技术入门与应用,2002.2(EDA 技术丛书),第一次印刷,第 005292 号,第三章到第六章 37176 页。11翁桂荣,皱丽新,单片微型计算机接口技术,2002.4(2008.8 重印),第 008791号,162166 页和 197206 页。12周杏鹏主编,现代检测技术,2010.7,2 版,第 076142 号,129133 页。13张宝芬,张毅,曹丽编著,自动检测技术及仪表控制系统,2000.11,第 75197 号,134135页14皱丽新,翁桂荣主编,单片微型计算机原理,2009.1, 2 版,第 009053 号,176180页和 218219 页。15过祥龙,董慎行,晏世雷编著,基础物理学,2003.8(2008.12 重印),2 版,第 060711号, 245246 页。毕 业 设 计(论文) 开 题 报 告 2本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段(途径): 1本课题要研究或者解决的问题本课题主要是针对滴液速度检测并且警报装置的研究。现在类似的检测装置价格昂贵,外型巨大,功能不够完善,容错率低,不适宜普遍推广给大众投入使用。检测速度的频率以及准确性,滴液液面高度的警戒线的确认,警报的及时性,都还需要加强。本课题研究的就是一个较为全面便捷的滴液速度监测装置。2研究方法和途径查阅资料,翻译国外的许多期刊。利用学校内的图书馆,上网等途径,认真研究有关滴液装置的专著、学术期刊以及学位论文。从而集思广益,推想出最合理的方案,设计合理结构去实践本方案。熟练掌握所需要的知识复习所学习过的单片机、软件流程图。重力学、力学等相关知识,并加以拓展。毕 业 设 计(论文) 开 题 报 告 指导教师意见:1对“文献综述”的评语:从“文献综述”的撰写来看,该同学对论文的相关资料进行了较多的收集、查阅、整理和总结,对所要研究的对象及研究步骤有了明确的认识。相信通过作者的努力能够完成本次课题。2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计(论文)结果的预测:本课题是以静脉注射器为研究对象进行系统设计。有一定的理论深度与广度,工作量适中,并具有一定的实际意义,通过本课题的研究,能够使学生对控制设计与制造有进一步的认识提高。3.是否同意开题: 同意 不同意 指导教师: 2016 年 03 月 08 日所在专业审查意见:同意 负责人: 2016 年 03 月 09 日
收藏
编号:1707346
类型:共享资源
大小:1.37MB
格式:ZIP
上传时间:2019-11-03
30
积分
- 关 键 词:
-
速度
检测
系统
设计
- 资源描述:
-
滴液速度检测系统设计,速度,检测,系统,设计
展开阅读全文
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 装配图网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
装配图网所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。