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一、 方案设计与论证
根据题目要求和原输液装置的特点,提出以下三种方案: 1、 方案一 直接在滴斗处用两电极棒的方法。 2、方案二 把通过电机改变系统装置高度的方法,改为控制步进电机对输液管进行压缩或缓松,从而实现对点滴速度的改变。采用交流电动机控制H2的高度。即采用红外传感器测量滴斗滴液,送至单片机接口计数,通过数字模拟转换,将其转换为4—20MA标准电流值,同时通过键盘输入给定每分钟的滴数,再将此滴数将其转换为4—20MA标准电流值,将此两个信息同时进入数字PID调节器。通过偏差计算再输出一组4—20MA标准电流值,通过变频调速器控制电动机调节H2的高度,来控制滴斗滴数。此方案的优点是,完全按目前电气工程标准化运作,可以在很短时间完成。 2、 方案三 根据点滴装置的特点,通过对装置的某一位置进行监测和控制,达到对整个系统液体点滴速度的监控。 (如图1)。 通过控制输液软管夹头的松紧来控制点滴速度,采用红外传感器测量滴斗滴数,送至单片机接口计数并显示,首先标定两个脉冲(两滴间)间的时间间隔(以10MS为时基单位)。然后计算给定滴斗滴数(通过键盘)的时间间隔(以10MS为时基单位)。将此两个时间间隔进行比较,以决定步进电机运行的方向。该步进电机通过丝杠控制输液软管夹头的松紧,来控制滴斗滴数 4、方案比较 方案一的特点是:实现比较简单容易,原理上也是可行的,但由于本装置用于医疗,电弧的产生,可能对不同的药物有影响,同时传感器(电极)不能重复使用,以防止传染。 方案二通过改用红外传感器,弥补了方案一的不足。但是还存在问题,利用改变高度的方法虽然容易实现,但可控性不好。由此,我们采用了第三种方案,通过挤压输液管的办法来实现对点滴速度的控制。 二、 系统原理框图 如图2所示。 三、 主要电路原理与设计 1、 AT89C51单片机基本系统 控制与数值信号处理的核心采用AT89C51单片机,采用串口工作方式。电路如图3。 2、 显示与键盘 如图4 利用74LS164进行串行动态9位数码管显示,74LS164的主要功能是8bits的串入并出数据处理。电路结构简单,功能强大。采用中断和查询的方法,设计的4键键盘的形式,利用单片机的灵活编程,扩展其键入功能。 3、红外传感和信号处理 采用红外线的发射和接收装置,它可用来检测包括液体在内的各种透明体、半透明体、不透明体,从而可以灵敏地反应水滴滴下。利用光电耦合器对电信号进行处理,减少干扰。 4、 步进电机驱动和控制 如图5 四、系统软件工作流程 如图7 到 图12 1、软件设计: 软件部分参考流程图,这里主要讲述一下软件编写过程中的几个细节部分。 |
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