基于單片機(jī)的液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)論文（含外文翻譯）

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　靜脈輸液是一種最常用的臨床治療方法，是護(hù)理專業(yè)的一項(xiàng)常用給藥治療技術(shù)。臨床上應(yīng)根據(jù)藥物和患者情況不同配以適當(dāng)?shù)妮斠核俣取］斠哼^快，可能會(huì)導(dǎo)致中毒，更嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致水腫和心力衰竭;輸液過慢則可能發(fā)生藥量不夠或無謂地延長輸液時(shí)間，使治療受影響并給患者和護(hù)理工作增加不必要的負(fù)擔(dān)。常規(guī)臨床輸液，普遍采用掛瓶輸液，并用眼睛觀察，依靠手動(dòng)夾

2、子來控制輸液速度，不易精確控制輸液速度，而且工作量大。</p><p>　　本系統(tǒng)是利用單片機(jī)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)智能化的液體點(diǎn)滴速度監(jiān)測(cè)與控制裝置。該裝置由水滴速度測(cè)試系統(tǒng)、水速控制系統(tǒng)、顯示裝置、單片機(jī)系統(tǒng)、鍵盤和報(bào)警等系統(tǒng)組成。應(yīng)用水的壓強(qiáng)隨著高度差的變化而變化的原理，利用控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的升降來控制點(diǎn)滴速度。點(diǎn)滴速度可用鍵盤來設(shè)定，設(shè)定范圍為20-150(滴/分)，每滴誤差范圍控制在10%左右。從改變?cè)O(shè)定值起到點(diǎn)

3、滴速度基本穩(wěn)定整個(gè)過程的調(diào)整時(shí)間小于3分鐘。同時(shí)在水到達(dá)警戒線以下時(shí)能發(fā)出報(bào)警信號(hào)。</p><p>　　關(guān)鍵字 點(diǎn)滴速度；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；單片機(jī)；報(bào)警系統(tǒng)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Intravenous infusion is one of the most commonly used in

4、clinical treatment, is a commonly used medication nursing professional technology. Should be based on drug and clinical patients is different with the appropriate transfusion speed. Infusion too quickly, it may cause poi

5、soning, will lead to more serious edema, and congestive heart failure; Infusion too slow will probably be enough doses or unnecessarily prolong infusion time, treatment affected and add unnecessary burden to patients and

6、 nu</p><p>　　This system is to use single chip microcomputer intelligent design and production of a liquid drop speed monitoring and control device. The device consists of water droplets velocity test system

7、, speed control system, keyboard, display device, microcomputer system and alarm system. Application of water pressure varies with the change of height difference principle, use rise and fall of control stepper motor to

8、control the bit rate. Intravenous drip speed can be set with keyboard, set range of 20</p><p>　　Keywords Intravenous drip speed； the step motor；MCU；alarm system</p><p><b>　　目 錄</b>

9、</p><p><b>　　摘 要i</b></p><p>　　Abstractii</p><p>　　第 1 章緒 論1</p><p>　　1.1課題研究意義1</p><p>　　1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3主要研究內(nèi)容2&

10、lt;/p><p>　　第 2 章系統(tǒng)方案選擇與論證3</p><p>　　2.1各模塊方案選擇和論證3</p><p>　　2.1.1液體點(diǎn)滴速度及儲(chǔ)液瓶液面檢測(cè)3</p><p>　　2.1.2液瓶液面檢測(cè)4</p><p>　　2.1.3鍵盤方案5</p><p>　　2.

11、1.4顯示方案5</p><p>　　2.1.5電機(jī)系統(tǒng)方案5</p><p>　　2.1.6點(diǎn)滴速度控制方案5</p><p>　　2.2方案的確定5</p><p>　　第 3 章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)5</p><p>　　3.1系統(tǒng)硬件基本組成部分5</p><p>

12、　　3.2電路模塊電路設(shè)計(jì)5</p><p>　　3.2.1液體點(diǎn)滴速度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)5</p><p>　　3.2.2鍵盤控制電路5</p><p>　　3.2.3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路5</p><p>　　3.2.4系統(tǒng)原理圖5</p><p>　　3.2.5輸液管的機(jī)械控制5</p>

13、<p>　　3.3元器件說明5</p><p>　　3.3.1AT89C525</p><p>　　3.3.2集成運(yùn)算放大器LM324N5</p><p>　　3.3.3電壓比較器件LM3395</p><p>　　3.3.4步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)ULN20035</p><p>　　3.3

14、.51602型LCD5</p><p>　　第 4 章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5</p><p>　　4.1點(diǎn)滴速度測(cè)量5</p><p>　　4.2點(diǎn)滴速度控制5</p><p>　　4.3鍵盤掃描5</p><p>　　4.4液晶顯示5</p><p>　　4.5系統(tǒng)源程序5

15、</p><p><b>　　結(jié) 論5</b></p><p><b>　　致 謝5</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)5</b></p><p><b>　　附錄A5</b></p><p><b>　

16、　附錄B5</b></p><p><b>　　附錄C5</b></p><p><b>　　緒 論</b></p><p><b>　　課題研究意義</b></p><p>　　靜脈輸液是臨床醫(yī)學(xué)中的一個(gè)重要的治療手段和醫(yī)學(xué)監(jiān)護(hù)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，在各個(gè)醫(yī)院的醫(yī)療

17、工作中被廣泛應(yīng)用,據(jù)統(tǒng)計(jì)住院輸液率為 70% ~ 80%。它不僅是一種重要的給藥途徑,而且還是給患者補(bǔ)充體液、營養(yǎng)的重要方法。在輸液過程中, 輸液速度是一個(gè)很重要的參數(shù), 一般要根據(jù)患者年齡、病情和藥物種類等因素來分別確定。同時(shí)，在靜脈輸液過程中，必須有人陪護(hù)，以防鼓包等事故發(fā)生，尤其對(duì)術(shù)后幾乎需要 24小時(shí)不間斷輸液的患者的監(jiān)護(hù)，更是讓護(hù)理者身心憔悴。當(dāng)護(hù)理者發(fā)生困倦時(shí)，極易發(fā)生事故。通過調(diào)查得知,目前幾乎所有醫(yī)院因種種原因仍沒有采用

18、輸液監(jiān)控系統(tǒng),而是采用傳統(tǒng)的輸液方法，即將液體容器掛在一定高度，利用液體靜壓原理與大氣壓的作用使液體下滴，將大量滅菌藥液直接滴入靜脈內(nèi)，從而達(dá)到治療目的。用軟管夾對(duì)軟管夾緊和放松控制滴速，醫(yī)護(hù)人員按藥劑特性對(duì)滴速進(jìn)行控制。由于這種滴速控制是通過肉眼觀察進(jìn)行估計(jì)的，需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來調(diào)節(jié), 使得點(diǎn)滴流速不夠準(zhǔn)確，影響了治療效果，以至危害病人健康。當(dāng)液體輸完時(shí)，如床旁無陪護(hù)或醫(yī)護(hù)人員未及時(shí)換藥或拔針頭，將會(huì)出現(xiàn)回血等情況。為此患者家屬需要陪同病

19、人并且不斷地觀察輸液情況，這樣容易導(dǎo)致</p><p>　　現(xiàn)在市場(chǎng)上的輸液泵，根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)有不同的分類:固定點(diǎn)泵和非固定點(diǎn)泵;標(biāo)準(zhǔn)泵和便攜泵；體外泵和可植入泵；機(jī)械泵、電子泵和重力泵；容積泵和蠕動(dòng)泵。固定泵控制精確，報(bào)警齊全，但體積較大；便攜泵體積小，病人可隨身攜帶，用電池作為電源，只適用于小量輸液；可植入泵使用方便，輸液時(shí)病人移動(dòng)不會(huì)產(chǎn)生影響，但需要外科手術(shù)；機(jī)械泵用正壓力來輸送藥物和液體，沒有電源(電池或

20、交流電)，體積小，可攜帶，主要用于輸送小體積，長時(shí)間或間歇輸液，通常用于化學(xué)醫(yī)療、止痛或抗生藥類的輸液；電子式泵輸液速度可達(dá)999ml/h，可實(shí)現(xiàn)智能控制。</p><p>　　目前，我國醫(yī)療機(jī)構(gòu)在進(jìn)行輸液治療時(shí)，輸液速度和輸液量幾乎全部都是不準(zhǔn)確的。醫(yī)生在對(duì)病人的輸液治療過程中，需要根據(jù)藥物的性質(zhì)和病人的病情選擇合適的輸液速度。對(duì)于大多數(shù)醫(yī)生來說，輸液速度的控制還是采用人工方式，醫(yī)生憑借經(jīng)驗(yàn)通過轉(zhuǎn)動(dòng)輸液器上的手

21、動(dòng)滑輪來調(diào)整輸液的速度，輸液量也是醫(yī)生用只有兩個(gè)標(biāo)記的液體瓶傾倒后估計(jì)的。在輸液的過程中要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)剩余的藥液。在藥液輸入完后，還需要由護(hù)士及時(shí)換瓶或拔除針頭，加重了醫(yī)護(hù)人員的工作強(qiáng)度。而對(duì)于一些對(duì)人體器官作用敏感需要嚴(yán)格控制輸液速度和輸液量的藥物，由于個(gè)體差異及機(jī)體耐受力不同，特別是在手術(shù)中、大手術(shù)后以及病情危重需要嚴(yán)格控制輸液速度和輸液量的人群，會(huì)導(dǎo)致病情加重，有時(shí)甚至危及生命。輸液泵是解決輸液速度的一種有效方法，采用動(dòng)力擠壓輸液，在

22、一定時(shí)間內(nèi)輸液量是一定的，但期間點(diǎn)滴速度并不均勻。而且機(jī)器成本和耗材成本太高，只適用于急救和重癥情況。SJK型數(shù)字輸液監(jiān)控儀性能穩(wěn)定，使用簡便、易操作，但價(jià)格比較昂貴，應(yīng)用較少。而在未來的醫(yī)療機(jī)構(gòu)里，特別是一些著名的大型醫(yī)院里，在給病人輸液時(shí)，對(duì)輸液速度和輸液量的數(shù)值的準(zhǔn)確程度的要求會(huì)越來越高，因此就需要既實(shí)用又廉價(jià)的輸</p><p>　　本系統(tǒng)就是為了減少人力浪費(fèi),獲得良好醫(yī)療效果而設(shè)計(jì)的液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置

23、,利用該裝置可以通過電機(jī)控制輸液管的松緊來達(dá)到控速點(diǎn)滴速度的目的，通過傳感系統(tǒng)來確定點(diǎn)滴速度和藥液輸完后的報(bào)警，通過鍵盤設(shè)置液體點(diǎn)滴速度。本系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)液體點(diǎn)滴速度的智能化控制。</p><p><b>　　國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　國外對(duì)智能型輸液裝置的研究較早，如日本、美國和德國等國家上世紀(jì)八十年代末就進(jìn)行了智能型輸液裝置的研制。早在幾年前，發(fā)達(dá)國

24、家許多住院床位就已經(jīng)配備了輸液泵。輸液泵是一種多功能輸液控制器，能夠較為精確地控制輸液速度，并實(shí)現(xiàn)輸液阻塞、氣泡混入和輸液完成報(bào)警。我國只是在一些大醫(yī)院才有部分配備，且大多是國外產(chǎn)品，類型多樣，性能較好，如日本 JMS 株式會(huì)社的 OT -601型輸液泵（控制精度為10% ）和 SP-500型注射泵，美國、德國、以色列等國家也有性能較好的產(chǎn)品。但是價(jià)格普遍比較昂貴，在兩萬元人民幣左右，使大部分三級(jí)甲等以下醫(yī)院望塵莫及。國內(nèi)對(duì)輸液裝置的研

25、制起步較晚，大都在九十年代中期開始研究，市場(chǎng)上也有一些國產(chǎn)輸液裝置，如北京科力豐高科技發(fā)展有限責(zé)任公司的 ZNB系列產(chǎn)品。不過總體來說其功能也只是側(cè)重于精確輸液控制，種類較少，性能也需改進(jìn)，加上不菲的價(jià)格，所以也只能是和進(jìn)口輸液泵爭(zhēng)一點(diǎn)市場(chǎng)份額，未能在各級(jí)醫(yī)院大面積的推廣普及。由于規(guī)范操作下，輸液阻塞、氣泡混入是可以避免的，因此輸液速度的控制和輸液完成報(bào)警成為了人們更為關(guān)心的問題。而且輸液完成報(bào)警器的研制也成為近年來的一個(gè)熱門課題，根據(jù)

26、</p><p>　　我國是世界上擁有醫(yī)院最多的國家，具有龐大的消費(fèi)群體。近幾年來，由于政府的支持，醫(yī)療器械發(fā)展迅速。醫(yī)療器械是壁壘較高的行業(yè)，并且屬于國家重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的行業(yè)。按照原國家經(jīng)貿(mào)委指定的《醫(yī)療器械行業(yè)“十五”發(fā)展規(guī)劃》，到 2010年我國醫(yī)療器械總產(chǎn)值將達(dá)到1000億元，在世界醫(yī)療器械市場(chǎng)上的份額將占到 5%；到 2050 年這一份額將達(dá)到 25%，成為世界一流的醫(yī)療器械制造強(qiáng)國。</p>

27、<p>　　目前醫(yī)院普遍使用的是人工監(jiān)控點(diǎn)滴輸液裝置器，將液體容器掛在一定高度，利用勢(shì)差將液體輸入病人體內(nèi)，用軟管夾對(duì)軟管夾緊和放松控制滴速， 醫(yī)護(hù)人員按藥劑特性對(duì)滴速進(jìn)行控制。如何使這種手工操作走向自動(dòng)化或半自動(dòng)化， 讓護(hù)理人員監(jiān)控病人打點(diǎn)滴的進(jìn)程時(shí)間得到充分利用， 使能自理的病人自己能掌握點(diǎn)滴的速度， 這就要求醫(yī)療器械加速自動(dòng)化與半自動(dòng)化進(jìn)程，提高醫(yī)護(hù)質(zhì)量。目前國內(nèi)尚未完全解決輸液時(shí)的自動(dòng)監(jiān)控問題。因此，將嵌入式系統(tǒng)技

28、術(shù)應(yīng)用于輸液監(jiān)控裝置的研究勢(shì)在必行！</p><p><b>　　本文主要研究內(nèi)容</b></p><p>　　本系統(tǒng)是以單片機(jī)作為控制核心，及其外圍輸入輸出系統(tǒng)組成的液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置，核心控制為AT89C52單片機(jī)，輸入系統(tǒng)是以獨(dú)立式按鍵鍵盤系統(tǒng)及水速控制系統(tǒng)組成。輸出系統(tǒng)以智能控制吊瓶移動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)、蜂鳴報(bào)警電路共同組成。本系統(tǒng)是基于AT89C52單片機(jī)的液體

29、點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置，硬件電路采用步進(jìn)電機(jī)的升降來控制液滴速度，以及檢測(cè)儲(chǔ)液瓶內(nèi)余液量并報(bào)警。通過鍵盤輸入控制設(shè)置點(diǎn)滴速度，步進(jìn)式電動(dòng)機(jī)控制吊瓶移動(dòng)改變點(diǎn)滴滴速，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)帶動(dòng)螺旋壓緊機(jī)構(gòu)控制藥液的滴速滴注，顯示檢測(cè)滴速值。系統(tǒng)主要包括單片機(jī)主控制模塊、滴速檢測(cè)模塊、滴速顯示模塊、滴速控制模塊、報(bào)警電路等幾大部分。</p><p><b>　　系統(tǒng)方案選擇與論證</b></p>

30、;<p>　　各模塊方案選擇和論證</p><p>　　液體點(diǎn)滴速度及儲(chǔ)液瓶液面檢測(cè)</p><p>　　方案一：利用光透射原理。使用紅外對(duì)管實(shí)現(xiàn)液體點(diǎn)滴檢測(cè)。當(dāng)沒有點(diǎn)滴下落的時(shí)候,檢測(cè)系統(tǒng)輸出一個(gè)比較低的電壓而當(dāng)有點(diǎn)滴經(jīng)過紅外檢測(cè)電路就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)比較高的電壓。如此就可以產(chǎn)生脈沖信號(hào)。但檢測(cè)到的電壓變動(dòng)比較小，所以必須加一個(gè)電壓放大電路。經(jīng)過放大的信號(hào)在通過一個(gè)電壓比較器就可

31、以得到單片機(jī)可以識(shí)別的脈沖信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)點(diǎn)滴滴數(shù)的計(jì)數(shù)。實(shí)現(xiàn)框圖如圖2-1。圖中的轉(zhuǎn)換電路由放大電路和比較電路兩部分組成。</p><p>　　圖2-1光透射原理檢測(cè)電路</p><p>　　方案二：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)，先通過放大電路的處理再通過電壓比較電路的處理就可以得到

32、單片機(jī)可以處理的脈沖信號(hào)。實(shí)現(xiàn)原理框圖如圖2-2。其中整形電路包括放大電路和比較電路。</p><p>　　圖2-2光反射原理檢測(cè)電路</p><p>　　方案三：使用電容式接近開關(guān)。電路集成度高，使用繼電器輸出，輸出信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，電路簡單。但其工作原理是根據(jù)電容中介質(zhì)的改變對(duì)外產(chǎn)生開關(guān)量。</p><p>　　綜合比較上面方案，方案一利用透射原理來檢測(cè)點(diǎn)滴速度時(shí)，由于

33、儲(chǔ)液瓶是透明玻璃瓶，從光源發(fā)射出來的光大部分反射，透射光比較微弱，這樣檢測(cè)信號(hào)產(chǎn)生誤差較大，同時(shí)電路需要對(duì)微弱信號(hào)進(jìn)行處理，這樣放大電路的放大倍數(shù)就要很高。而高放大倍數(shù)高的放大電路很容易受到干擾，還容易產(chǎn)生電路自激，增加了電路設(shè)計(jì)上的難度，更降低了電路的穩(wěn)定性。方案二利用光的反射原理實(shí)現(xiàn)時(shí)，由于反射信號(hào)比較強(qiáng)，這樣可以減小信號(hào)檢測(cè)時(shí)的誤差，同時(shí)電路形式要比透射電路情況簡單。而且反射電路比透射電路更容易安裝，體積更加小巧，結(jié)構(gòu)也更加簡單。

34、方案三電容式接近開關(guān)，但瓶中液體和周圍環(huán)境隨時(shí)會(huì)發(fā)生變化，很容易觸發(fā)傳感器，而使系統(tǒng)采集到錯(cuò)誤的信號(hào)。因此，選擇方案二。</p><p><b>　　液瓶液面檢測(cè)</b></p><p>　　方案一：采用金屬電極檢測(cè)儲(chǔ)液瓶液面信號(hào)。原理如圖2-3，利用藥液的導(dǎo)電特性實(shí)現(xiàn)液滴速度及儲(chǔ)液瓶液面信號(hào)的檢測(cè)，通常電極采用不銹鋼等耐腐蝕材料制成。</p><

35、p>　　圖2-3 金屬電極檢測(cè)儲(chǔ)液瓶液面信號(hào)面信號(hào)</p><p>　　方案二：采用光電傳感器檢測(cè)點(diǎn)儲(chǔ)液瓶液面信號(hào)。原理如圖2-4所示。發(fā)光二極管發(fā)射的平行光束穿過茂菲氏滴管投射到光敏三極管的感光面上，在沒有液體時(shí)，光敏三極管接收到的光照度最大，產(chǎn)生的光電流也最大，當(dāng)有液體時(shí)，由于液滴對(duì)紅外光的吸收特性，使平行光束發(fā)散，投射到光敏三極管上的光照度將減弱，從而使光敏三極管產(chǎn)生的光電流減小，實(shí)驗(yàn)證明在低液面（2

36、cm-4cm）的情況下，進(jìn)氣所形成上升氣泡在液面的聚集與運(yùn)動(dòng)，使平行光束的發(fā)散效應(yīng)明顯增強(qiáng)。</p><p>　　圖2-4光電傳感器檢測(cè)點(diǎn)儲(chǔ)液瓶液</p><p>　　方案三：通過軟件設(shè)置完全可以通過檢測(cè)點(diǎn)滴速度來產(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>　　綜合比較

37、上面的方案，電極接觸控制方式原理簡單，易于實(shí)現(xiàn)，可靠性強(qiáng)，但會(huì)導(dǎo)致藥品污染，危及患者安全。光電控制方式雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易受外界光源影響，但可防止藥品的污染，保證患者用藥安全。而軟件方式對(duì)程序有一定的要求，并且響應(yīng)時(shí)間比較慢，但其優(yōu)點(diǎn)更明顯，完全拋棄了硬件結(jié)構(gòu)。因此，選擇方案三，軟件方式。</p><p><b>　　鍵盤方案</b></p><p>　　方案一：采用矩陣

38、式鍵盤,此類鍵盤利用矩陣式行列掃描方式，優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)按鍵盤較多時(shí)可降低占用行列掃描方式，單片機(jī)的I/O口數(shù)目，缺點(diǎn)為電路復(fù)雜且會(huì)加大編程難度。</p><p>　　方案二：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)簡單，且編程極其容易。</p><p>　　綜

39、合比較上面的方案，本系統(tǒng)有16個(gè)按鍵，因此采用方案一，4X4的矩陣式鍵盤。</p><p><b>　　顯示方案</b></p><p>　　方案一：采用液晶顯示屏。液晶顯示屏（LCM）具有功耗小、輕薄短小無輻射危險(xiǎn)，平面直角顯示以及影象穩(wěn)定不閃爍，可視面積大，畫面效果好，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。但由于液晶是以點(diǎn)陣的模式顯示各種符號(hào)，需要利用控制芯片創(chuàng)建字符庫，編程工作量

40、大，控制器資源占用較多，其成本也偏高。</p><p>　　方案二：采用三位LED七段數(shù)碼管顯示點(diǎn)滴數(shù)目。數(shù)碼管具有低能耗、低損耗、低壓、壽命長、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>　　綜合比較上面的方案：采用方案一。液晶顯示屏（LCM）有更豐富的顯示能力，并且能夠形式更多的信息，有利于使用。</p>&

41、lt;p><b>　　電機(jī)系統(tǒng)方案</b></p><p>　　方案一：采用單片機(jī)和A/D轉(zhuǎn)換構(gòu)成系統(tǒng)，控制普通電機(jī)的步數(shù)和旋轉(zhuǎn)方向，可以考慮達(dá)林管組成的H型PWM電路。用單片機(jī)控制達(dá)林管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，減小因慣性，速度，步距角過大而引起的調(diào)整誤差，達(dá)到改變點(diǎn)滴高度的要求，缺點(diǎn)是控制信號(hào)為模擬信號(hào)，需要將單片機(jī)輸出的序列脈沖轉(zhuǎn)換，延長了控制的時(shí)間，并且

42、步距角為9°，不能精確的控制點(diǎn)滴速度。</p><p>　　方案二：用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)，控制信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，不在需要數(shù)/模轉(zhuǎn)換；具有快速啟/停能力，可在一剎那間實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)或停止，且步距角降低到7.5°延時(shí)短，定位準(zhǔn)確,精度高,可操作性強(qiáng)。</p><p>　　綜合考慮，一方面調(diào)節(jié)的步長盡可能的小，定位要好；另一方面如果停止信號(hào)到來，要能立刻停止電機(jī)。因此選擇步進(jìn)電機(jī)，采

43、用方案二。</p><p><b>　　點(diǎn)滴速度控制方案</b></p><p>　　方案一：通過改變滴斗到受液瓶的高度來調(diào)節(jié)點(diǎn)滴的速度。由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)儲(chǔ)液瓶使儲(chǔ)液瓶上升或下降改變滴斗到受液瓶的高度,從而調(diào)節(jié)點(diǎn)滴速度。由于其高度的改變與點(diǎn)滴速度基本成線性關(guān)系,這易于對(duì)點(diǎn)滴速度進(jìn)行控制。而液滴管的高度可通過電機(jī)實(shí)現(xiàn)精確的定量控制。但此方法對(duì)機(jī)械設(shè)備的要求高,不容易安裝。

44、設(shè)備可移動(dòng)性小，而且對(duì)電機(jī)的功率也有一定的要求，要采用大功率的電機(jī)。</p><p>　　方案二：采用單片機(jī)和可編程邏輯器件控制輸液軟管的松緊來控制點(diǎn)滴速度。改變塑料點(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,這給流量控制帶來了難度。其次由于滴管是由塑料制成,在長時(shí)間受壓后松開并不能使塑料滴液管完全恢復(fù)原形,控制裝置無法保

45、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)備簡潔的優(yōu)點(diǎn)。更符合當(dāng)今設(shè)備發(fā)展方向的要求。</p><p>　　總結(jié)上述原因,我選用方案二，制輸液軟管的松緊來控制點(diǎn)滴速度。</p><p><b>　　方案的確定</b></p><p>　　根據(jù)以上方案的論證分析，結(jié)

46、合器件與設(shè)備等因素，系統(tǒng)各模塊方案確定如下：</p><p>　?。?）點(diǎn)滴速度測(cè)量采用紅外對(duì)管反射接收方式。</p><p>　　（2）儲(chǔ)液檢測(cè)電路采用軟件方式設(shè)置。</p><p>　?。?）鍵盤采用4X4行列式鍵盤。</p><p>　　（4）顯示采用液晶顯示屏。</p><p>　?。?）點(diǎn)滴速度控制是利用步進(jìn)

47、電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)輸液管的松緊來實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　系統(tǒng)組成方框圖如圖2-5</p><p>　　圖2-5 系統(tǒng)組成方框圖</p><p>　　系統(tǒng)通過鍵盤輸入模塊輸入預(yù)置的點(diǎn)滴速度并將數(shù)據(jù)信息傳送給單片機(jī)。點(diǎn)滴速度檢測(cè)系統(tǒng)通過紅外光電傳感器檢測(cè)點(diǎn)滴速度，并以電信號(hào)的形式傳給單片機(jī)，經(jīng)運(yùn)算、分析、處理后單片機(jī)通過輸出端口將數(shù)據(jù)傳給顯示模塊和電機(jī)。由于硬件的

48、限制既不可預(yù)測(cè)的誤差，實(shí)際點(diǎn)滴速度極難達(dá)到預(yù)置值，因此設(shè)置當(dāng)實(shí)際點(diǎn)滴速度進(jìn)入預(yù)置值±5滴范圍內(nèi)時(shí)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就實(shí)現(xiàn)了智能控制功能。另外，點(diǎn)速度檢測(cè)系統(tǒng)通過紅外光電傳感器檢測(cè)到的信號(hào)經(jīng)處理后輸出給聲音報(bào)警裝置。當(dāng)聲音報(bào)警持續(xù)10秒鐘后無人復(fù)位，則由單片機(jī)發(fā)出信號(hào)關(guān)閉聲光報(bào)警，同時(shí)發(fā)出信號(hào)控制電機(jī)卡死輸液管將點(diǎn)滴速度強(qiáng)制為0，這樣可以大大提高輸液的安全系數(shù)。</p><p><b>　　系統(tǒng)

49、硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</b></p><p>　　系統(tǒng)硬件基本組成部分</p><p>　　傳感器檢測(cè)部分：系統(tǒng)利用光點(diǎn)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1個(gè)單元電路：點(diǎn)滴速度測(cè)量電路。</p><p>　　智能控制部分：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)滴的速度及液晶顯示屏的顯示，完成了點(diǎn)滴裝置的

50、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)調(diào)速、液晶顯示屏顯示及報(bào)警功能等各項(xiàng)任務(wù)。控制部分主要包括3個(gè)電路：單片機(jī)控制電路、電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路、液晶顯示屏的動(dòng)態(tài)顯示電路。</p><p><b>　　電路模塊電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　液體點(diǎn)滴速度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　系統(tǒng)采用紅外光電傳感器將檢測(cè)到的信號(hào)轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可以辨別的電信號(hào)。</p&g

51、t;<p><b>　　檢測(cè)前置電路</b></p><p>　　光電傳感器采用紅外光電傳感器。紅外光電傳感器主要由紅外發(fā)射和紅外接收管組成。紅外發(fā)射管在恒定的電源驅(qū)動(dòng)下發(fā)射恒定紅外線。紅外線經(jīng)過外界物體產(chǎn)生反射，然后由接收管接收。電路如圖3-1。</p><p>　　圖3-1 光電傳感器電路</p><p><b>　

52、　信號(hào)放大電路</b></p><p>　　因?yàn)榧t外光功率的問題，其接收電路產(chǎn)生的信號(hào)十分微小，是mV級(jí)的電壓。所以必須經(jīng)過放大電路將其放大，才能得到可以識(shí)別的信號(hào)。放大器是由集成運(yùn)算放大器LM324構(gòu)成的同向交流放大器。其放大倍數(shù)：Av=1+R4/R5。在此Av=1+500/22=23。經(jīng)過23倍的放大處理，紅外光電傳感器采集到的信號(hào)就可以很容易的被處理。電路如圖3-2。</p>&l

53、t;p>　　圖3-2 信號(hào)放大電路</p><p><b>　　電壓比較電路</b></p><p>　　經(jīng)過放大處理過的信號(hào)，其高電平，低電平并不是標(biāo)準(zhǔn)的，不能直接被單片機(jī)識(shí)別處理。因此需要使用電壓比較器將不標(biāo)準(zhǔn)的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的脈沖信號(hào)。電壓比較器能將輸入電壓和標(biāo)準(zhǔn)電壓相比較。低于標(biāo)準(zhǔn)電壓的，比較器輸出0電壓（低電壓）。高于標(biāo)準(zhǔn)電壓的，比較器輸出高電壓（

54、4-5V）。這樣，就完成了信號(hào)的轉(zhuǎn)換。在此，采用集成電壓比較器LM339來做電壓比較。R7是電位器，調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)電壓。R8是上拉電阻。電路如圖3-3。</p><p>　　圖3-3 電壓比較電路</p><p>　　由電路圖可以看到，接收管與發(fā)射管正相對(duì)，無液滴滴下時(shí)，接收管收到信號(hào)，輸出低電平；有液滴滴下時(shí)，下落的水滴對(duì)紅外光有較強(qiáng)的漫反射、吸收及一定的發(fā)散作用，導(dǎo)致接收光強(qiáng)的較大改變，接收

55、管不能收到較強(qiáng)的信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)較長的脈動(dòng)，但是信號(hào)小，所以經(jīng)過一個(gè)運(yùn)算放大器LM342放大之后在經(jīng)過電壓比較器LM339就可以輸出一個(gè)正向的脈沖信號(hào)送給單片機(jī)中斷口，據(jù)此就可以正確的測(cè)出液滴的滴數(shù)，即點(diǎn)滴的速度（滴/分）。</p><p>　　經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在受環(huán)境光線的影響時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)液滴產(chǎn)生兩個(gè)脈沖的現(xiàn)象，為此我在軟件上設(shè)計(jì)了消除雙脈沖程序。使得雙脈沖干擾問題得到較好解決。</p><p&g

56、t;<b>　　鍵盤控制電路</b></p><p>　　用AT89SC52的并行口P1接4X4矩陣鍵盤，以P1.0－P1.3作輸入線，以P1.4－P1.7作輸出線。每個(gè)按鍵有它的行值和列值，行值和列值的組合就是識(shí)別這個(gè)按鍵的編碼。矩陣的行線和列線分別通過兩并行接口和CPU通信。每個(gè)按鍵的狀態(tài)同樣需變成數(shù)字量“0”和“1”。電路原理如圖3-4。</p><p>　　圖

57、3-4 鍵盤控制電路</p><p><b>　　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是純粹的數(shù)字控制電動(dòng)機(jī)，由電脈沖信號(hào)即可轉(zhuǎn)變成角位移，比其他類型的電動(dòng)機(jī)更適合于本系統(tǒng)，故選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。本系統(tǒng)中使用步進(jìn)電機(jī)來控制的高度，以控制點(diǎn)滴速度。由于單片機(jī)帶負(fù)載能力有限，不能直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，所以有必要在單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)之間加上步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，增加

58、單片機(jī)帶負(fù)載能力。</p><p>　　電路原理圖如圖3－5。</p><p>　　圖3-5 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　單片機(jī)輸出四路脈沖信號(hào)控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)相位角。單片機(jī)產(chǎn)生四相四拍脈沖信號(hào)的波形如下圖3－6。</p><p>　　圖3-6四相四拍脈沖信號(hào)波形</p><p>　　為了使步進(jìn)電機(jī)控制更精確，

59、可以采用四相八拍脈沖信號(hào)，波形圖如下圖3－7。</p><p>　　圖3-7 四相八拍脈沖信號(hào)波形</p><p>　　電機(jī)正反轉(zhuǎn)的環(huán)形脈沖分配表如下：</p><p>　　表3-1環(huán)形脈沖分配表</p><p><b>　　輸液管的機(jī)械控制</b></p><p>　　考慮到機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)，偏心

60、輪需要的電機(jī)扭矩要求高。拉繩比較容易卡住液體點(diǎn)滴速度。因此在偏心輪和拉繩機(jī)械結(jié)構(gòu)中采用了拉繩結(jié)構(gòu)。圖3-9a是偏心輪結(jié)構(gòu)。圖3-9b是拉繩結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　元器件說明</b></p><p><b>　　AT89C52</b></p><p>　　AT89C52提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器

61、，128字節(jié)內(nèi)部RAM,32個(gè)I/O口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C52可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作自到下一個(gè)硬件復(fù)位。</p><p>　　圖3-8

62、AT89C52引腳圖</p><p><b>　?。?）電源</b></p><p>　　電源VCC（引腳號(hào)40）：芯片電源，接+5V。</p><p>　　GND（引腳號(hào)20）：電源接地端。</p><p><b>　?。?）時(shí)鐘</b></p><p>　　XTAL1(引

63、腳號(hào)19)：內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸入端，是外接晶振的一個(gè)引腳，當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳接地。</p><p>　　XTAL2（引腳號(hào)18）：內(nèi)部振蕩器的反相放大器輸出端，是外接晶振的另一端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳接外部振蕩源。</p><p><b>　　（3）控制總線</b></p><p>　　ALE/PROG（引腳號(hào)正常操作時(shí)為

64、ALE功能（允許地址鎖存））：用來把地址的低字節(jié)鎖存到外部鎖存器，ALE引腳以不變的頻率（振蕩器頻率的1/6）周期性地發(fā)出正脈沖信號(hào)，因此，它可用做對(duì)外輸出的時(shí)鐘信號(hào)或用于定時(shí)。但要注意，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）8個(gè)LSTTL電路。</p><p>　　PSEN（引腳號(hào)29）：外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。在從外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）期間，PSEN在每個(gè)

65、機(jī)器周期內(nèi)兩次有效。PSEN可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL電路。</p><p>　　RST/VPD（引腳9）復(fù)位信號(hào)輸入端：振蕩器工作時(shí)，該引腳上持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期的高電平可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。此引腳還可以接上備用電源。在VCC端口掉電期間，由VPD向內(nèi)部RAM提供電源，以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)。</p><p><b>　?。?）I/O線</b></p><p

66、>　　P0口（引腳號(hào)32～39）：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，可以作為單片機(jī)的雙向數(shù)據(jù)總線和低8位地址總線。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)實(shí)現(xiàn)分時(shí)操作，先用作地址總線。在ALE的下降沿，地址被鎖存；然后用作數(shù)據(jù)總線。它也可以用作雙向輸入/輸出口。P0口能驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。對(duì)端口寫“1”；可作為高阻抗輸入端用。在Flash編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。</p>

67、<p>　　集成運(yùn)算放大器LM324N</p><p>　　LM324系列器件為價(jià)格便宜的帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到3伏或者高到32伏的電源卜，靜態(tài)電流大致為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一(對(duì)每一個(gè)放大器而言)。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性。輸出電壓范圍也包含負(fù)電源電壓

68、。</p><p><b>　　LM324N參數(shù)：</b></p><p>　　（1）短路保護(hù)輸出。</p><p>　?。?）真差動(dòng)輸入級(jí)。</p><p>　?。?）單電源工作:3伏至32伏。</p><p>　　（4）低輸入偏置電流:最大100納安(LM324A)。</p>&

69、lt;p>　?。?）每一封裝四個(gè)放大器。</p><p><b>　?。?）內(nèi)部補(bǔ)償。</b></p><p>　?。?）共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源。</p><p>　?。?）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)引腳輸出。</p><p>　　（9）在輸入端的靜電放電希位增加可靠性而不影響器件的工作。</p><p>&l

70、t;b>　　電氣特性：</b></p><p>　　LM324采用兩個(gè)內(nèi)部補(bǔ)償、二級(jí)運(yùn)算放大器。每個(gè)運(yùn)放的第一級(jí)由帶輸入緩沖晶體管Q21和Q17的差動(dòng)輸入器件Q20和Q18，以及差動(dòng)到單端轉(zhuǎn)換器Q3和Q4。第一級(jí)不僅完成第一級(jí)增益的功能，而且要完成電平移動(dòng)和減小跨導(dǎo)的功能。由于跨導(dǎo)的減小，僅需使用一個(gè)較小的補(bǔ)償電容(僅0.5pF)，從而就可以減小芯片尺寸?？鐚?dǎo)的減小可由將Q20和Q18的集電級(jí)分

71、離而實(shí)現(xiàn)。該輸入級(jí)的另一特征是，在單電源工作模式下，輸入共模范圍包含負(fù)輸入和地，無論是輸入器件或者差動(dòng)到單端變換器都不會(huì)飽和。第二級(jí)含標(biāo)準(zhǔn)電流源負(fù)載放大器級(jí)。每個(gè)放大器都有內(nèi)部電壓穩(wěn)壓器提供偏置。穩(wěn)壓器的溫度系數(shù)低，因此，每個(gè)放大器就擁有良好的溫度特性以及優(yōu)異的電源抑制。</p><p><b>　　引腳說明：</b></p><p>　　它采用14腳雙列直插塑料封裝

72、。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖3-9所示的符號(hào)來表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見圖3-10。</p>

73、<p>　　圖3-9 LM324封裝圖 圖3-10 LM324引腳排列圖</p><p><b>　　典型應(yīng)用電路：</b></p><p>　　由于LM324四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。</p><p>　?。?）反相交流放

74、大器</p><p>　　電路見圖3-11。此放大器可代替晶體管進(jìn)行交流放大，可用于擴(kuò)音機(jī)前置放大等。電路無需調(diào)試。放大器采用單電源供電，由R1、R2組成1/2V+偏置，C1是消振電容。放大器電壓放大倍數(shù)Av僅由外接電阻Ri、Rf決定：Av=-Rf/Ri。負(fù)號(hào)表示輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相位相反。按圖中所給數(shù)值，Av=-10。此電路輸入電阻為Ri。一般情況下先取Ri與信號(hào)源內(nèi)阻相等，然后根據(jù)要求的放大倍數(shù)在選定Rf。C

75、o和Ci為耦合電容。</p><p>　　圖3-11 反相交流放大器</p><p>　?。?）同相交流放大器</p><p>　　見附圖3-12。同相交流放大器的特點(diǎn)是輸入阻抗高。其中的R1、R2組成1/2V+分壓電路，通過R3對(duì)運(yùn)放進(jìn)行偏置。電路的電壓放大倍數(shù)Av也僅由外接電阻決定：Av=1+Rf/R4，電路輸入電阻為R3。R4的阻值范圍為幾千歐姆到幾十千歐姆。

76、</p><p>　　圖3-12 同相交流放大器</p><p>　?。?）交流信號(hào)三分配放大器</p><p>　　此電路可將輸入交流信號(hào)分成三路輸出，三路信號(hào)可分別用作指示、控制、分析等用途。而對(duì)信號(hào)源的影響極小。因運(yùn)放Ai輸入電阻高，運(yùn)放A1-A4均把輸出端直接接到負(fù)輸入端，信號(hào)輸入至正輸入端，相當(dāng)于同相放大狀態(tài)時(shí)Rf=0的情況，故各放大器電壓放大倍數(shù)均為1，

77、與分立元件組成的射極跟隨器作用相同。R1、R2組成1/2V+偏置，靜態(tài)時(shí)A1輸出端電壓為1/2V+，故運(yùn)放A2-A4輸出端亦為1/2V+，通過輸入輸出電容的隔直作用，取出交流信號(hào)，形成三路分配輸出。見圖3-13。</p><p>　　圖3-13 交流信號(hào)三分配放大器</p><p>　?。?）有源帶通濾波器</p><p>　　許多音響裝置的頻譜分析器均使用此電路作

78、為帶通濾波器，以選出各個(gè)不同頻段的信號(hào)，在顯示上利用發(fā)光二極管點(diǎn)亮的多少來指示出信號(hào)幅度的大小。這種有源帶通濾波器的中心頻率，在中心頻率fo處的電壓增益Ao=B3/（2*B1），品質(zhì)因數(shù)，3dB帶寬B=1/（N*R3*C）也可根據(jù)設(shè)計(jì)確定的Q、fo、Ao值，去求出帶通濾波器的各元件參數(shù)值。R1=Q/（2NfoAoC），R2=Q/（（2Q2-Ao）*2NfoAoC），R3=2Q/（2 NfoC ）。上式中，當(dāng)fo=1KHz時(shí)，C取0.01

79、Uf。此電路亦可用于一般的選頻放大。 此電路亦可使用單電源，只需將運(yùn)放正輸入端偏置在1/2V+并將電阻R2下端接到運(yùn)放正輸入端既可。見圖3-14。</p><p>　　圖3-14 有源帶通濾波器</p><p><b>　　（5）比較器</b></p><p>　　當(dāng)去掉運(yùn)放的反饋電阻時(shí),或者說反饋電阻趨于無窮大時(shí)(即開環(huán)狀態(tài)),理論上認(rèn)為運(yùn)放

80、的開環(huán)放大倍數(shù)也為無窮大(實(shí)際上是很大,如LM324運(yùn)放開環(huán)放大倍數(shù)為100dB，既10萬倍)。此時(shí)運(yùn)放便形成一個(gè)電壓比較器，其輸出如不是高電平（V+），就是低電平（V-或接地）。當(dāng)正輸入端電壓高于負(fù)輸入端電壓時(shí)，運(yùn)放輸出低電平。</p><p><b>　　圖3-15 比較器</b></p><p>　　圖3-15中使用兩個(gè)運(yùn)放組成一個(gè)電壓上下限比較器，電阻R1、R

81、1ˊ組成分壓電路，為運(yùn)放A1設(shè)定比較電平U1；電阻R2、R2ˊ組成分壓電路，為運(yùn)放A2設(shè)定比較電平U2。輸入電壓U1同時(shí)加到A1的正輸入端和A2的負(fù)輸入端之間，當(dāng)Ui>U1時(shí)，運(yùn)放A1輸出高電平；當(dāng)Ui<U2時(shí)，運(yùn)放A2輸出高電平。運(yùn)放A1、A2只要有一個(gè)輸出高電平，晶體管BG1就會(huì)導(dǎo)通，發(fā)光二極管LED就會(huì)點(diǎn)亮。</p><p>　　若選擇U1>U2，則當(dāng)輸入電壓Ui越出[U2，U1]區(qū)間范圍

82、時(shí)，LED點(diǎn)亮，這便是一個(gè)電壓雙限指示器。</p><p>　　若選擇U2>U1，則當(dāng)輸入電壓在[U2，U1]區(qū)間范圍時(shí)，LED點(diǎn)亮，這是一個(gè)“窗口”電壓指示器。</p><p>　　此電路與各類傳感器配合使用，稍加變通，便可用于各種物理量的雙限檢測(cè)、短路、斷路報(bào)警等。</p><p><b>　　（6）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器</b></p&

83、gt;<p>　　此電路可用在一些自動(dòng)控制系統(tǒng)中。電阻R1、R2組成分壓電路，為運(yùn)放A1負(fù)輸入端提供偏置電壓U1，作為比較電壓基準(zhǔn)。靜態(tài)時(shí)，電容C1充電完畢，運(yùn)放A1正輸入端電壓U2等于電源電壓V+，故A1輸出高電平。當(dāng)輸入電壓Ui變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，二極管D1導(dǎo)通，電容C1通過D1迅速放電，使U2突然降至地電平，此時(shí)因?yàn)閁1>U2，故運(yùn)放A1輸出低電平。當(dāng)輸入電壓變高時(shí)，二極管D1截止，電源電壓R3給電容C1充電，當(dāng)C1

84、上充電電壓大于U1時(shí)，既U2>U1，A1輸出又變?yōu)楦唠娖剑瑥亩Y(jié)束了一次單穩(wěn)觸發(fā)。顯然，提高U1或增大R2、C1的數(shù)值，都會(huì)使單穩(wěn)延時(shí)時(shí)間增長，反之則縮短。見圖3-16。</p><p>　　圖3-16單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 圖3-17加電延時(shí)</p><p>　　如果將二極管D1去掉，則此電路具有加電延時(shí)功能。剛加電時(shí)，U1>U2，運(yùn)放A1輸出低電

85、平，隨著電容C1不斷充電，U2不斷升高，當(dāng)U2>U1時(shí)，A1輸出才變?yōu)楦唠娖?。如圖3-17。</p><p>　　電壓比較器件LM339</p><p>　　LM339作為集成四電壓比較器，廣泛的用于消費(fèi)類、汽車和工業(yè)電子應(yīng)用場(chǎng)合的電平檢測(cè)、低電平感應(yīng)和內(nèi)存用途。</p><p>　　LM339集成塊內(nèi)部裝有四個(gè)獨(dú)立的電壓比較器，該電壓比較器的特點(diǎn)是：失調(diào)電壓

86、小，典型值為2mV；電源電壓范圍寬，單電源為2～36V，雙電源電壓為±1V～±18V；對(duì)比較信號(hào)源的內(nèi)阻限制較寬；共模范圍很大，為0～（Ucc-1.5V）Vo；差動(dòng)輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓；輸出端電位可靈活方便地選用。</p><p>　　LM339集成塊采用C-14型封裝，圖3-20為外型及管腳排列圖。由于LM339使用靈活，應(yīng)用廣泛，所以世界上各大IC生產(chǎn)廠、公司競(jìng)相推出自己

87、的四比較器，如IR2339、ANI339、SF339等，它們的參數(shù)基本一致，可互換使用。</p><p>　　LM339類似于增益不可調(diào)的運(yùn)算放大器。每個(gè)比較器有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。兩個(gè)輸入端一個(gè)稱為同相輸入端，用“+”表示，另一個(gè)稱為反相輸入端，用“-”表示。用作比較兩個(gè)電壓時(shí)，任意一個(gè)輸入端加一個(gè)固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇LM339輸入共模范圍的任何一點(diǎn)），另一端加一個(gè)待比較的信號(hào)電壓。

88、當(dāng)“+”端電壓高于“-”端時(shí)，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開路。當(dāng)“-”端電壓高于“+”端時(shí)，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。兩個(gè)輸入端電壓差別大于10mV就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，因此，把LM339用在弱信號(hào)檢測(cè)等場(chǎng)合是比較理想的。LM339的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時(shí)輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選3～15K）。選不同阻值的上拉電阻會(huì)影響輸出端高電位的值。因?yàn)楫?dāng)輸出晶體三

89、極管截止時(shí)，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負(fù)載的值。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。</p><p><b>　　典型應(yīng)用電路：</b></p><p><b>　　單限比較器</b></p><p>　　電路圖3-18給出了一個(gè)基本單限比較器。輸入信號(hào)Uin，即待比較電壓，它加到同相輸入端，在反相輸入端接

90、一個(gè)參考電壓（門限電平）Ur。當(dāng)輸入電壓Uin>Ur時(shí)，輸出為高電平Uoh。</p><p>　　圖3-18基本單限比較器</p><p><b>　　遲滯比較器</b></p><p>　　遲滯比較器又可理解為加正反饋的單限比較器。前面介紹的單限比較器，如果輸入信號(hào)Uin在門限值附近有微小的干擾，則輸出電壓就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的抖動(dòng)（起伏）。在

91、電路中引入正反饋可以克服這一缺點(diǎn)。</p><p>　　圖3-19給出了一個(gè)遲滯比較器，人們所熟悉的“史密特”電路即是有遲滯的比較器。</p><p>　　圖3-19 遲滯比較器</p><p>　　不難看出，當(dāng)輸出狀態(tài)一旦轉(zhuǎn)換后，只要在跳變電壓值附近的干擾不超過腢之值，輸出電壓的值就將是穩(wěn)定的。但隨之而來的是分辨率降低。因?yàn)閷?duì)遲滯比較器來說，它不能分辨差別小于腢的

92、兩個(gè)輸入電壓值。遲滯比較器加有正反饋可以加快比較器的響應(yīng)速度，這是它的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。除此之外，由于遲滯比較器加的正反饋很強(qiáng)，遠(yuǎn)比電路中的寄生耦合強(qiáng)得多，故遲滯比較器還可免除由于電路寄生耦合而產(chǎn)生的自激振蕩。如果需要將一個(gè)跳變點(diǎn)固定在某一個(gè)參考電壓值上，可在正反饋電路中接入一個(gè)非線性元件，如晶體二極管，利用二極管的單向?qū)щ娦?，便可?shí)現(xiàn)上述要求。圖3-20為其原理圖</p><p>　　圖3-20 遲滯比較器</p

93、><p>　?。?）雙限比較器（窗口比較器）</p><p>　　圖3-21電路由兩個(gè)LM339組成一個(gè)窗口比較器。當(dāng)被比較的信號(hào)電壓Uin位于門限電壓之間時(shí)（UR1<Uin<UR2），輸出為高電位（UO=UOH）。當(dāng)Uin不在門限電位范圍之間時(shí)，（Uin>UR2或Uin<UR1）輸出為低電位（UO=UOL），窗口電壓腢=UR2-UR1。它可用來判斷輸入信號(hào)電位是否位于

94、指定門限電位之間。</p><p>　　圖3-21 雙限比較器</p><p><b>　?。?）振蕩器</b></p><p>　　圖3-22為有1/4LM339組成的音頻方波振蕩器的電路。改變C1可改變輸出方波的頻率。本電路中，當(dāng)C1=0.1uF時(shí)。f=53Hz；當(dāng)C1=0.01uF時(shí)，f=530Hz；當(dāng)C1=0.001uF時(shí)，f=5300

95、Hz。LM339還可以組成高壓數(shù)字邏輯門電路，并可直接與TTL、CMOS電路接口。</p><p><b>　　圖3-22振蕩器</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)ULN2003</p><p><b>　?。?）步進(jìn)電機(jī)</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€

96、位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差

97、(精度為100%)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。</p><p>　　（2）簡單的驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　綜合系統(tǒng)使用的是小型步進(jìn)電機(jī)，對(duì)電壓和電流要求不是很高，為了說明應(yīng)用原理，故采用最簡單的驅(qū)動(dòng)電路，目的在于驗(yàn)證步進(jìn)電機(jī)的使用，在正式工業(yè)控制中還需在此基礎(chǔ)上改進(jìn)。一般的驅(qū)動(dòng)電路可以用圖3-23的形式。</p><p>　　圖3-23 簡單驅(qū)動(dòng)電路<

98、/p><p>　　集成驅(qū)動(dòng)ULN2003</p><p>　　ULN2003是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品，具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。ULN2003A由7組達(dá)林頓晶體管陣列和相應(yīng)的電阻網(wǎng)絡(luò)以及鉗位二極管網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，每一對(duì)達(dá)林頓都串聯(lián)一個(gè)2.7K的基極電阻，在5V的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路直接相連，可以直接處理

99、原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)，具有同時(shí)驅(qū)動(dòng)7組負(fù)載的能力，為單片雙極型大功率高速集成電路。ULN2003工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá)5OOmA，并且能夠在關(guān)態(tài)時(shí)承受5OV的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。</p><p>　　ULN2003A型高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列電路的典型應(yīng)用電路框圖如圖3-24所示。鉗位二極管用于保護(hù)線圈通斷時(shí)的反電動(dòng)勢(shì)擊穿集成電路，可以看出，該電路的應(yīng)用非常簡單。&l

100、t;/p><p>　　圖3-24 典型應(yīng)用圖</p><p><b>　　1602型LCD</b></p><p>　　現(xiàn)在的字符型液晶模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件了。1602型LCD顯示模塊具有體積小，功耗低，顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)。</p><p>　　1602型LCD可以顯示2行16個(gè)字符，有8位數(shù)據(jù)總線

101、D0～D7和RS，R/W，EN三個(gè)控制端口，工作電壓為5V，并且具有字符對(duì)比度調(diào)節(jié)和背光功能。</p><p>　　1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中:</p><p>　　第1腳：VSS為地電源。</p><p>　　第2腳：VDD接5V正電源。</p><p>　　第3腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比

102、度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。</p><p>　　第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。</p><p>　　第5腳：RW為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)可以寫

103、入數(shù)據(jù)。</p><p>　　第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。</p><p>　　第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。</p><p>　　第15～16腳：空腳。</p><p>　　1602液晶模塊內(nèi)部的控制器的控制指令：</p><p>　　它的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操

104、作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）。</p><p>　　指令1：清顯示，指令碼01H，光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H。指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移。S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令4：顯示開關(guān)控制。D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示。C：控制光

105、標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo)。B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。</p><p>　　指令5：光標(biāo)或顯示移位S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。</p><p>　　指令6：功能設(shè)置命令DL：高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線N。低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示F：低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符。</

106、p><p>　　指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。</p><p>　　指令8：DDRAM地址設(shè)置。</p><p>　　指令9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令?；蛘邤?shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。</p><p><b>　　指令10：寫數(shù)據(jù)。</b></p><p&

107、gt;<b>　　指令11：讀數(shù)據(jù)。</b></p><p>　　液晶顯示模塊可以和單片機(jī)AT89C52直接接口，電路如圖3-25所示。</p><p>　　圖3-25 接口電路</p><p><b>　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　點(diǎn)滴速度測(cè)量</b>

108、</p><p>　　電路信號(hào)脈沖如下圖4-1：</p><p>　　圖4-1 脈沖信號(hào)檢測(cè)</p><p>　　使用定時(shí)器定時(shí)，設(shè)定時(shí)間為50ms。開啟計(jì)數(shù)器，開啟定時(shí)器，創(chuàng)建一個(gè)timez[3]數(shù)組來存儲(chǔ)時(shí)間量，計(jì)數(shù)器清零作為記錄脈沖信號(hào)的初始值計(jì)為COUNT＝0。當(dāng)檢測(cè)到第一個(gè)到來的脈沖信號(hào)時(shí)，程序進(jìn)行中斷處理。計(jì)數(shù)器加1為COUNT＝1，取出定時(shí)器時(shí)間tim

109、e，并將時(shí)間保存到數(shù)組里。每個(gè)點(diǎn)滴的速度順次保存timez[2]是第一滴的時(shí)間，timez[0]是第三滴的時(shí)間。這樣到第3個(gè)點(diǎn)滴的時(shí)候，就可以計(jì)算速度了，其液體點(diǎn)滴速度公式：</p><p>　　V=2400(timez[0]-timez[2])</p><p>　　其中根據(jù)上面的理論分析和計(jì)算，得到點(diǎn)滴速度測(cè)量的程序框圖如圖4－2。</p><p>　　圖4－2

110、點(diǎn)滴速度測(cè)量程序流程圖</p><p><b>　　點(diǎn)滴速度控制</b></p><p>　　通過改變輸液管的松緊來控制液體點(diǎn)滴速度。其程序框圖如圖4-3。</p><p>　　圖4－3 點(diǎn)滴速度控制程序流程圖</p><p><b>　　鍵盤掃描</b></p><p>&