電子裝備設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)--點(diǎn)滴速度及液面控制設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　《電子裝備設(shè)計(jì)》</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　學(xué)校學(xué)院： </p><p>　　專業(yè)班級(jí)： </p><p>　　學(xué) 號(hào)：

2、</p><p>　　姓 名： </p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p><b>　　年 月 日</b></p><p>　　點(diǎn)滴速度及液面控制設(shè)計(jì)</p><p><b>　　液體點(diǎn)滴速度檢測(cè)</

3、b></p><p>　　利用光透射原理。使用紅外對(duì)管實(shí)現(xiàn)對(duì)液體點(diǎn)滴速度的檢測(cè)。當(dāng)利用光的反射原理。使用反射式紅外光電傳感器檢測(cè)。紅外發(fā)光二極管垂直于漏斗壁發(fā)送紅外光，紅外接收管依據(jù)接收到的紅外光信號(hào)的強(qiáng)弱產(chǎn)生脈沖信號(hào)，先通過(guò)放大電路的處理再通過(guò)電壓比較電路的處理就可以得到單片機(jī)可以處理的脈沖信號(hào)。實(shí)現(xiàn)原理框圖如圖.其中整形電路包括放大電路和比較電路。</p><p><b&g

4、t;　　光反射原理檢測(cè)電路</b></p><p><b>　　輸液瓶液面檢測(cè)</b></p><p>　　通過(guò)軟件設(shè)置完全可以通過(guò)檢測(cè)點(diǎn)滴速度來(lái)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，因此可以去掉液面檢測(cè)電路而完全由液體點(diǎn)滴速度檢測(cè)電路代替。這樣就不需要硬件的儲(chǔ)液瓶液面檢測(cè)電路，而由軟件控制。</p><p><b>　　鍵盤方案</b&g

5、t;</p><p>　　采用獨(dú)立式按鍵電路，每個(gè)按鍵單獨(dú)占有一根I/O接口線,每個(gè)I/O口的工作狀態(tài)互不影響，此類鍵盤采用端口直接掃描方式。缺點(diǎn)為當(dāng)按鍵較多時(shí)占用單片機(jī)的I/O口數(shù)目較多，優(yōu)點(diǎn)為電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，且編程極其容易。</p><p><b>　　顯示方案</b></p><p>　　采用三位LED七段數(shù)碼管顯示點(diǎn)滴數(shù)目。數(shù)碼管具有低能

6、耗、低損耗、低壓、壽命長(zhǎng)、耐老化，對(duì)外界環(huán)境要求較低。同時(shí)數(shù)碼管采用BCD編碼顯示數(shù)字，程序編譯容易，資源占用較少。</p><p><b>　　電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)方案</b></p><p>　　采用單電機(jī)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是電機(jī)，用電機(jī)控制儲(chǔ)液瓶的高度，點(diǎn)滴測(cè)速傳感器測(cè)點(diǎn)滴水速，傳給從單片機(jī)處理輸出。單片機(jī)根據(jù)儲(chǔ)液瓶?jī)?nèi)液面的高度H1，滴斗內(nèi)液面的高度H2，利用經(jīng)驗(yàn)公

7、式或是實(shí)測(cè)關(guān)系計(jì)算出儲(chǔ)液瓶應(yīng)在的高度。用直流電機(jī)控制液瓶上升或下降的高度。這個(gè)方案避開了因?yàn)辄c(diǎn)滴速度不準(zhǔn)確，測(cè)試點(diǎn)滴水速很長(zhǎng)的時(shí)間開銷的問(wèn)題。所以控制起來(lái)的反應(yīng)相對(duì)比較快。但存在電機(jī)是不是能測(cè)準(zhǔn)控制長(zhǎng)度，傳感器能不能測(cè)準(zhǔn)高度的問(wèn)題。</p><p><b>　　點(diǎn)滴速度控制方案</b></p><p>　　采用單片機(jī)和可編程邏輯器件控制輸液軟管的松緊來(lái)控制點(diǎn)滴速度。改

8、變塑料點(diǎn)滴管的形狀以控制液體的流速。這樣的方法雖然直觀,但存在很多的缺點(diǎn)。首先由于對(duì)管壁施壓改變其形狀,其所施加的壓力與流量改變的關(guān)系非線性,這給流量控制帶來(lái)了難度。其次由于滴管是由塑料制成,在長(zhǎng)時(shí)間受壓后松開并不能使塑料滴液管完全恢復(fù)原形,控制裝置無(wú)法保證理想的控制效果。此外,要完成滴速夾的制作有一定的困難。即使此方案有很多缺點(diǎn)，但以其結(jié)構(gòu)小巧，可移動(dòng)性強(qiáng)，電機(jī)要求低，機(jī)械設(shè)備簡(jiǎn)潔的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>&l

9、t;b>　　基本系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　根據(jù)題目要求系統(tǒng)可以分為以下幾個(gè)模塊：點(diǎn)滴速度測(cè)量模塊，儲(chǔ)液液面檢測(cè)模塊，鍵盤顯示模塊，電機(jī)系統(tǒng)控制（點(diǎn)滴速度控制）模塊。</p><p><b>　　系統(tǒng)基本框圖</b></p><p>　　系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　系統(tǒng)硬件的基本

10、組成部分</p><p>　　傳感器檢測(cè)部分：系統(tǒng)利用紅外對(duì)管發(fā)射接收即光電傳感器將檢測(cè)到的信號(hào)轉(zhuǎn)化為控制器可以辨別的電信號(hào)。傳感器檢測(cè)電路包括2個(gè)單元電路：點(diǎn)滴速度測(cè)量電路、儲(chǔ)液檢測(cè)電路。</p><p>　　控制部分：系統(tǒng)中控制器件根據(jù)有傳感器變換輸出的電信號(hào)進(jìn)行邏輯判斷，控制點(diǎn)滴的速度及數(shù)碼管的顯示，完成了點(diǎn)滴裝置的自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)調(diào)速、數(shù)碼顯示及報(bào)警功能等各項(xiàng)任務(wù)?？刂撇糠种饕?

11、個(gè)電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制電路、電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示電路。</p><p>　　液體點(diǎn)滴速度檢測(cè)電路</p><p>　　液體點(diǎn)滴速度檢測(cè)是整個(gè)系統(tǒng)的重要組成部分，檢測(cè)精度是衡量系統(tǒng)精確性的一個(gè)最重要指標(biāo)。將滴管放置在檢測(cè)用槽形光耦的中間，在檢測(cè)過(guò)程中，液滴呈近橢圓狀向下加速運(yùn)動(dòng)并通過(guò)槽型光耦。由于液滴的表面是曲面，上半部與下半部將光線兩次折射，使接收端接收不到光，僅在液滴中部光線可

12、以直射穿過(guò)，產(chǎn)生這樣的波形是不穩(wěn)定的，干擾較大，系統(tǒng)采用了定時(shí)器NE555接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，將輸出脈沖波形整形后再輸入單片機(jī)。因?yàn)橄到y(tǒng)滴速范圍為60-80 滴/分，以最快要求來(lái)算，每分 80 滴，兩滴之間的最小間隔時(shí)間為0.75s，所設(shè)計(jì)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器就應(yīng)該使得暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間小于0.75s。取R=400K,C=1uF,則暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間為T=1.1RC=0.44s，可以有效的避免兩個(gè)液滴之間的干擾。當(dāng)沒(méi)有液滴滴落時(shí)，通過(guò)傳感器的光照強(qiáng)度最大，

13、產(chǎn)生的光電流最大，使得光敏三極管導(dǎo)通，它的集電極和射極之間電壓很小，輸出低電平；當(dāng)有液滴滴落時(shí)，切斷光路，產(chǎn)生的光電流減小，光敏三極管介質(zhì)，輸出高電平，根據(jù)輸出脈沖電平高低情況就可以檢測(cè)是否有液滴通過(guò)。</p><p>　　液體點(diǎn)滴速度檢測(cè)電路</p><p><b>　　儲(chǔ)液瓶液面檢測(cè)電路</b></p><p>　　液位檢測(cè)是指輸液時(shí)，當(dāng)液

14、面低于給定的輸液位置時(shí)，認(rèn)為輸液過(guò)程己經(jīng)結(jié)束，應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，停止輸液操作，以保證患者的安全液位檢測(cè)電路原理圖如圖2-2所示。當(dāng)瓶?jī)?nèi)藥液液面在光路之上時(shí)，紅外接收三極管不能接收到紅外發(fā)射二極管發(fā)出的光，從而截止，放大器正極輸入為“1”；當(dāng)瓶?jī)?nèi)藥液液面逐漸下降至光路附近時(shí)，紅外接收二極管能接收到紅外發(fā)射二極管發(fā)出的光，從而導(dǎo)通，放大器正極輸入為“0”，此時(shí)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)電路發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通知醫(yī)護(hù)人員及時(shí)采取措施。報(bào)警時(shí)的輸液剩余量應(yīng)該足夠，符合

15、護(hù)理人員對(duì)藥液剩余量。</p><p>　　其報(bào)警信號(hào)也是由儲(chǔ)液信號(hào)來(lái)決定的。當(dāng)儲(chǔ)液的液面的高度為2～3cm后，會(huì)由紅外對(duì)管發(fā)射接收產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)，即為報(bào)警信號(hào)。報(bào)警電路如圖示。</p><p><b>　　儲(chǔ)液瓶液面檢測(cè)電路</b></p><p><b>　　報(bào)警電路</b></p><p>&l

16、t;b>　　鍵盤電路</b></p><p>　　每個(gè)按鈕開關(guān)都接 10K 的下接電阻，使其處于關(guān)斷狀態(tài)輸出位低電平，而非浮空狀態(tài)。要進(jìn)行設(shè)定之前首先要按下“Ctrl”按鈕，輸出高電平給單片機(jī)的 P0.0，說(shuō)明設(shè)定開始。之后若按下按鈕“++”，輸出高電平給單片機(jī)的 P0.1；若按下按鈕“--”，輸出高電平給單片機(jī)的 P0.2。退出設(shè)定，要求同時(shí)給 P0.1和 P0.2 以高電平,即需要同時(shí)按下按

17、鈕 “++”“--”對(duì)單片機(jī)進(jìn)行說(shuō)明。</p><p><b>　　鍵盤電路</b></p><p><b>　　電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p>　　如圖路采用的是H型的開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路。整個(gè)的電路可以分為兩級(jí)：第一級(jí)接單片機(jī)的I/O口，用射極跟隨電路加大電流的驅(qū)動(dòng)能力；第二級(jí)才是驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)P3.0為高電平時(shí)，Q2導(dǎo)

18、通，Q1，Q3導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為+5V，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)P3.1為高電平時(shí)，Q5導(dǎo)通，Q4，Q6導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為-5V，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p><b>　　數(shù)碼管</b></p><p>　　數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多

19、一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè)“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)極數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極(COM)的數(shù)碼管。共陽(yáng)極數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰極數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM

20、)的數(shù)碼管。共陰極數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。在此次設(shè)計(jì)中，使用的是共陰極七段數(shù)碼管。</p><p>　　點(diǎn)亮LED顯示器有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方法。所謂靜態(tài)顯示，就是顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通和截至，這種方式，每一位顯示都需要一個(gè)8位輸出口控制，占用硬件較多，一般僅用于顯示器位數(shù)較少

21、的場(chǎng)合。</p><p>　　所謂動(dòng)態(tài)顯示，就是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器。對(duì)每一位顯示器而言，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。顯示位的亮度既跟導(dǎo)通電流有關(guān)，也和點(diǎn)亮?xí)r間與間隔時(shí)間的比例有關(guān)。動(dòng)態(tài)顯示器因其硬件成本較低，多數(shù)顯示時(shí)常常采用。</p><p>　　數(shù)碼管選用好后，將與其他硬件連接以完成一個(gè)理想的動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)。然而，每個(gè)數(shù)碼管都需要6個(gè)段碼掃描端和2兩個(gè)位碼掃描端。但是單片機(jī)上輸出口只

22、有有限的幾個(gè)可以使用，難以滿足數(shù)碼管的多輸入（單片機(jī)多輸出）的要求。因此，需要解決端口的局限問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計(jì)。解決端口問(wèn)題時(shí)，我們使用雙向總線發(fā)送器/接收器74LS245與高壓輸出反相緩沖器/驅(qū)動(dòng)器74LS06進(jìn)行對(duì)端口的擴(kuò)展與補(bǔ)充。</p><p><b>　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　主程序?qū)δK進(jìn)行初始化，接收從傳感器傳來(lái)的信號(hào)，并對(duì)此信號(hào)進(jìn)

23、行處理，輸出調(diào)整信號(hào)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，掃描鍵盤進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。用的是循環(huán)查詢方式，來(lái)顯示和控制點(diǎn)滴的速度。</p><p><b>　　主要元器件清單：</b></p><p>　　元 件 數(shù)量 規(guī)格</p><p>　　AT89S51 1個(gè)

24、 --</p><p>　　NE555 2個(gè) --</p><p>　　紅外對(duì)射光電二極管 4個(gè) --</p><p>　　METER 4個(gè) --</p><p>　　A928A

25、 2個(gè) --</p><p>　　按鍵 4個(gè) --</p><p>　　電阻1 1個(gè) 400K</p><p>　　電阻2 2個(gè)

26、 460Ω</p><p>　　電阻3 2個(gè) 4.7K</p><p>　　電阻4 2個(gè) 100Ω</p><p>　　電阻5 4個(gè) 10K</

27、p><p>　　電阻6 3個(gè) 5K</p><p>　　電阻7 4個(gè) 1K</p><p>　　電容1 1個(gè) 1uF</p><p>　　電容2

28、 1個(gè) 0.1uF </p><p><b>　　心得體會(huì)：</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)運(yùn)用了各類傳感器，同時(shí)也查閱了大量的相關(guān)資料，包括查閱相關(guān)的書籍和網(wǎng)上的電子資料，并獲得了一些相關(guān)信息。在方案設(shè)計(jì)的方面，經(jīng)過(guò)仔細(xì)斟酌篩選出最好最方便的設(shè)計(jì)方案。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我遇到的問(wèn)題很

29、多，在同學(xué)老師的幫助下，完成了本次的設(shè)計(jì)。越是不懂的東西才要去學(xué)，在學(xué)習(xí)的過(guò)程中你會(huì)收獲很多，其中一點(diǎn)就是互相學(xué)習(xí)是最好的學(xué)習(xí)途徑，在學(xué)習(xí)之后你會(huì)感覺(jué)到很有成就感，這也是我在完成設(shè)計(jì)之后體會(huì)到的。</p><p>　　通過(guò)這次的設(shè)計(jì)，讓我了解設(shè)計(jì)電路的程序與設(shè)計(jì)理念。通過(guò)這次學(xué)習(xí)，讓我對(duì)各種電路與電子裝備設(shè)計(jì)兩門課都有了更深層次的了解，對(duì)于我以后的工作學(xué)習(xí)有很大的幫助。在整個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中我學(xué)到了做任何事情所要有的

30、態(tài)度和心態(tài)，首先我明白了做學(xué)問(wèn)要一絲不茍，對(duì)于出現(xiàn)的任何問(wèn)題和偏差都不要輕視，要通過(guò)正確的途徑去解決，在做事情的過(guò)程中要有耐心和毅力，不要一遇到困難就打退堂鼓，只要堅(jiān)持下去就可以找到思路去解決問(wèn)題的。在工作中要學(xué)會(huì)與人合作的態(tài)度，認(rèn)真聽(tīng)取別人的意見(jiàn)，這樣做起事情來(lái)就可以事倍功半。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] 邊

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