医院输液监控系统毕业设计论文(编辑修改稿)

医院输液监控系统毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

极好的物质条件 ， 现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制 ， 从手机 ， 电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话 ， 集群移动通信 ， 无线电对讲机等。 5. 单片机在医用设备领域中的应用 单片机在医用设备中的用途亦相当广泛 ， 例如医用呼吸机 ， 各种分析仪 ， 监护仪 ，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。 某些专用单片机设计用于 实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。 如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理），就需要复杂的类似于计算机的原理。 如：音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于 ROM），由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号（类似于声卡）。 在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。 此外 ， 单片机在工商 ， 金融 ， 科研、教育 ， 国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。 单片机的发展趋势 河北工程大学毕业设计说明书 8 现在可以说单 片机是百花齐放 ， 百家争鸣的时期 ， 世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机 ， 从 8位、 16 位到 32 位 ， 数不胜数 ， 应有尽有 ， 有与主流 C51 系列兼容的 ， 也有不兼容的 ， 但它们各具特色 ， 互成互补 ， 为单片机的应用提供广阔的天地。 纵观单片机的发展过程 ， 可以预示单片机的发展趋势 ， 大致有 ： CMOS 化 MCS51系列的 8031 推出时的功耗达 630mW， 而现在的单片机普遍都在 100mW 左右 ，随着对单片机功耗要求越来越低 ， 现在的各个单片机制造商基本都采用了 CMOS(互补金属氧化物半导体工艺 )。 象 80C51 就采用了 HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺 )和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺 ).CMOS 虽然功耗较低 ， 但由于其物理特征决定其工作速度不够高 ， 而 CHMOS 则具备了高速和低功耗的特点 ， 这些特征 ， 更适合于在要求低功耗象电池供电的应用场合。 所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。 现在常规的单片机普遍都是将中央处理器 (CPU)、随机存取数据存储 (RAM)、只读程序存储器 (ROM)、并行和串行通信接口 ， 中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上 ， 增强型的单片机集成了如 A/D 转 换器、 PMW(脉宽调制电路 )、 WDT(看门狗 )、有些单片机将 LCD(液晶 )驱动电路都集成在单一的芯片上 ， 这样单片机包含的单元电路就更多 ， 功能就越强大。 甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做 ， 制造出具有自己特色的单片机芯片。 现在虽然单片机的品种繁多 ， 各具特色 ， 但仍以 80C51 为核心的单片机占主流 ， 兼容其结构的产品 ， ATMEL 公司的产品和中国台湾的 Winbond 系列单和指令系统的有PHILIPS 公司片机。 所以 C8051 为核心的单片机占据了半壁江山 .而 Microchip 公司的PIC精简 指令集 (RISC)也有着强劲的发展势头 ， 中国台湾的 HOLTEK 公司近年的单片机产量与日俱增 ， 与其低价质优的优势 ， 占据一定的市场分额。 在一定的时期内 ， 这种情形将得以延续 ， 将不存在某个单片机一统天下的垄断局面 ， 走的是依存互补 ， 相辅相成、共同发展的道路。 输液监控系统以 AT89C51 单片机为中心，单片机 需要电源电路、复位电路、振电路 保证其正常工作。 系统的默认速度设定值为 60 滴 /min， 可以通过键盘来修改设定值。 采集装置通过光电开关传感器 对速度进行检测，并以电信号的形式传给单片机，经运算、分析、处理 后单片机将数据传 给 LCD 显示 模块，实现输液速度的显示。 通过对设定值和实际值 的比较来控制电动机的正、反转，从而带动输液器上 的控制齿轮上升下降，达到控制输 液速度的目的。 另外，当采集装置通过光电开关传感器检测到的速度值 低或过高时，直接启动 声报警装置。 若声报警持续 1 分钟后无人复位，则有单片机发出信号控河北工程大学毕业设计说明书 9 制电动机，使输液器上的下滑轮处于无液滴滴出的状态，这样可以大大提高 输液的安全性。 单片机论证（ 89C51） 由于 EEPROM 的合理使用，电擦除可编程只读存储器 EEPROM 近年来已得到广泛应用，其主要优点是能在应用系统中进行在 线改写，并能在断电情况下保存数据而不需要后备电源。 而 89C51 就是采用了 4KB 的 EEPROM，并且采用了 HCMOS 工艺，既保持了 HMOS 高速度和高密度的特点外，还具有 CMOS 低功耗的特点，基于此，我们选用 89C51 作为单片机芯片。 系统组成 如下 图 21： 图 21 根据设计的基本功能要求，设计方案的选择如下。 数据采集方案 数据采集一般可以采用以下几种方案： 方案一：使用发光二极管和光敏三极管组合。 方案二：使用红外发光二极管和接收管组合。 方案三：利用激光。 通过对比，在设计中由于是近距离检测，故采用方案一来完成数据采集。 虽然红 89C51 滴速检测 气泡、液位检测 显示器模块 键盘模块 声光报警模块 电机控制模块 河北工程大学毕业设计说明书 10 外光波长比可见光长，受可见光的影响较小，但是红外光也有一定的缺点 ，如大气、潮湿的天气、雾和云 对它有衰减作用。 因此选择了方案一，优点是价格便宜 ，便于批量生产。 键盘方案的选择 方案一：采用矩阵 式键盘，此类键盘采用矩阵式行列扫描方式，优点是 当按键较多时可降低单片机 I/O 口的数量， 缺点为电路复杂，加大了编程难度。 方案二：采用独立式按键，每个按钮单独占有一根 I/O 口线，每个 I/O 口的工作状态 互不影响，此类键盘采用端口直接扫描方式。 其缺点是当按键较多时占用单片机的 I/O 口数目较多，优点是电路设计及简单，编程相对容易一些。 综合考虑两种方案及题目要求，由于本设计除去复位键，只需要扩展 3 个功能键，采用方案二也仅仅需要 3 个 I/O 口，系统资源足够用，故采用方案二。 电动机系统方案的选择 方案一：采用步 进电动机控制。 步进电动机 的精度很高，可实现精确的步距角运动，由其组成的位置控制系统定位准确，稳定时间短，一般可采用开环控制。 采用单片机控制步进电动机，控制信号为数字信号，不再需要数 /模转换，具有快速起 /停功能，步距角可降低到 度、延时短、定位准确 、精度高和可操作性强。 与驱动控制器匹配使用时，控制起来也十分方便，很容易构成 数字位置控制系统。 但步进电动机机的控制系统相对复杂，变成困难，价格比直流电动机高。 方案二： 采用直流电动机 控制。 直流电动机精度较低，不易实现精确的位置控制。 用直流电动机调整输液滑轮的上下 移动，用单片机和 A/D 转换构成系统，控制普通电动机的步数和旋转方向，可以考虑达林顿管组成的 H 型 PWM 电路。 用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速，减小因惯性 、速度和步距角过大而引起的调整误差。 其控制信号为模拟信号，需要将单片机输出的序列脉冲转换，延长了控制时间，将难以控制其精确位置，系统稳定性也比较差。 但使用方便，价格便宜。 小型执行机构的驱动元件一般选择直流电动机或步进电动机。 综合考虑题目要求，考虑到本设计的实际情况，从价格方面考虑，用价格便宜的直流电动机控制输液器的调节滑 轮，因此采用方案二。 河北工程大学毕业设计说明书 11 计算输液速度方案的选择 在一定时间内点滴的滴数（即点滴的速度）是单片机通过对红外传感器测得的脉冲信号计数获得的，但怎样计算输液速度以满足在 3 分钟内实现电动机对输液速度的控制是必须要考虑的问题。 方案一：在一定时间 t内滴下的点滴的滴数 n计算点滴的速度，计算公式为 v=60n/t。 根据此方案，若选取的计数时间 t 较短，以 t=10s 为例，如果检测到 6 滴，此时假设点滴的实际速度为 30 滴 /min，而计算速度为 36 滴 /min(60*6/10)， 误差为 20%，大于题目要求的误差范围 10%177。 1 滴。 若选取的时间计数 t较长，则系统达到稳定的时间太长。 方案二：根据一定滴数 n 滴下所经过的时间 t 计算点滴的速度，计算公式为v=60n/t(滴 /min)。 此方案的误差与系统计算的时间精度有关。 通过调整计算的时间精度可以减少计算误差，达到题目所要求的误差范围。 通过比较，选用方案二。 显示方案选择 方案一：采用串行显示接口芯片 MAX7219，由单片机的三位 I/O 口来直接对其进行控制，并由 MAX7219 直接连接 LED，因为 7219 可以直接驱动 LED。 方案二：选用液晶显示模块 LCM103， LCM103 是一个 10 位 8 段带小数点的液晶显示模块，内部含看门狗 /时钟发生器和显示 RAM，可显示任意字段笔画， 34 线位串行接口，可方便与单片机接口相连，具有低功耗特性。 通过以上两种方案的比较和本设计的要求，我们选择用方案二， LCM103 显示清晰，稳定可靠，且编程较为简单。 河北工程大学毕业设计说明书 12 3 系统软件设计 A/D 转换器 由于单片机处理的必须是数字信号，而传感器输出的却是模拟量，所以在单片机的实时测控和智能化仪表等应用系统中，需将检测到的连续变化的模拟量压力转换成离散的数字量，才能输入到单片机中进行处理。 所以 系统设计中需要用到 A/D转换器。 A/D 转换器概述 A/D 转换器（ ADC）的作用就是把模拟量转换成数字量，以便于计算机进行处理。 随着超大规模集成电路技术的飞速发展， A/D 转换器的新设计思想和制造技术层出不穷。 为满足各种不同的检测及控制任务的需要 ， 大量结构不同、性能各异的 A/D 转换器芯片应运而生。 ADC0809 是一种逐次比较式 8 路模拟输入、 8位数字量输出的 A/D 转换器，其输出具有 TTL 三态锁存缓冲器，可直接连到 MCS51 的数据总线上。 通过适当的外接电路，0809 可对 0～ 5V 的模拟信号进行转换。 A/D 转换器程序设计 用单片机控制 ADC0809 的工作过程如下： 首先用指令选择 0809 的一个模拟输入通道，当执行 MOVX @DPTR， A时，单片机的WR 信号有效，给 0809 的 START 引脚送入脉冲，开始对选中通道进行转换。 当转换结束后， 0809 发出转换结束 EOC（高电平）信号，该信号可供单片机查询，也可反相后作为向单片机发出的中断请求信号；当执行指令： MOVX A， @DPTR， 单片机发出读控制 RD 信号， OE 端有高电平，且 把经过 0809 转换完毕的数字量读到 A累加器中。 下面的程序是采用软件延时的方式，分别对 8路模拟信号轮流采样 1次，并依次把结果转存到数据存储区的转换程序。 MAIN: MOV R1， data MOV DPTR， 7FF8H MOV R7， 08H LOOP: MOVX @DPTR， A MOV R6， 0AH 河北工程大学毕业设计说明书 13 DELAY: NOP NOP NOP DJNZ R6， DELAY MOVX A， @DPTR MOV @R1， A INC DPTR INC R1 DJNZ R7， LOOP 单片机最小系统 监控系统是一个 单片机最小应用系统，系统中有一些功能器件无法集成到芯片内部，如晶振、复位电路等，需要在片外加上相应的辅助电路。 对于片内无 ROM 的单片机，还应该配置片外程序存储器。 这里选用 的是 ATMEL 公司的 AT89C51，带有内置ROM，只需外加电源、振荡电路、复位电路等。 如下图 31 图 31 河北工程大学毕业设计说明书 14 数据采集电路 采集部分的传感器采用光电开关。 光电 开关是一种靠感受外部物体对其内部震荡器之影响而达到输出转换的传感器。 它可非接触式感应，感应精度高，反应速度快，抗干扰性能好，环境适应能力强，防油，防水，使用寿命长。 下图 32 是几种常见的： 图 32 3． 4 检测 滴速检测 采用红。