輸液控制裝置-醫(yī)療電子儀器畢業(yè)論文

1、<p>　　2013 屆本科生 畢業(yè) 論文</p><p><b>　　輸液控制裝置</b></p><p>　　學(xué) 號： 201301015054 </p><p>　　姓 名： 肖金園 </p><p>　　學(xué) 院： 計算機學(xué)院

2、 </p><p>　　指導(dǎo)老師： 占 超 </p><p>　　專 業(yè)： 醫(yī)療電子儀器 </p><p>　　完成時間： 2017.4.30 </p><p><b>　　學(xué)位論文獨創(chuàng)性聲明</b></p><p><b

3、>　　本人鄭重聲明：</b></p><p>　　所呈交的畢業(yè)論文 輸液控制裝置 是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨立研究、寫作的成果。論文中所引用他人的以任何方式發(fā)布的文字、研究成果，均在論文中以明確方式標明。</p><p>　　本聲明的法律結(jié)果由本人獨自承擔。</p><p>　　畢業(yè)論文作者簽名： 肖金園 </p&

4、gt;<p>　　2017年4月30日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著社會的進步、科技的發(fā)展，越來越多的領(lǐng)域都漸漸實現(xiàn)了技術(shù)的機械化、智能化。對科研教育者們而言，也都在盡己之力，把理論知識付于實踐，為服務(wù)大眾、推動各個領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展而努力。一個智能化產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)，其背后的推動力往往都是社會的高需求。作為無處不有、

5、無處不用的醫(yī)療手段---靜脈輸液，其在社會的作用度一直很高，因此它的技術(shù)、裝置更新也一直在進行著，靜脈輸液裝置的技術(shù)科技化會始終是科研教育者們關(guān)注的方向。</p><p>　　相較于幾十年前，我國目前的人口數(shù)量多了很多，自然醫(yī)院的患者也比過去多，因此如果還是使用以往的靜脈輸液方式便會對疾病治療產(chǎn)生不利影響。本論文將以單片機為控制中心，采用透射式技術(shù)設(shè)計出一種輸液控制裝置，以幫助患者得到更放心、更舒適的輸液治療，也

6、能大大減輕醫(yī)院護理人員的工作負擔、提高工作質(zhì)量。</p><p>　　關(guān)鍵詞：靜脈輸液；科技化；輸液控制裝置；單片機；透射式技術(shù)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the progress of the society, science and technology are also advan

7、cing.More and more areas are gradually realized mechanization of technology and Intelligentized technology. For scientific research personnels,also try their best to do it.Put theoretical knowledge into practice.In order

8、 to serve the public and promote the development of technology in various fields to work on.An intelligent products ' research and development production.The driving force behind all stems from the high deman</p&

9、gt;<p>　　Compared to a few decades ago.At present, the number of china’s population is growing.Naturally the hospital patients is much more than before.So if still use previous way of intravenous fluids, it w

10、ill be harmful to disease treatment.The thesis will be with the singlechip processor as the control center,Through transmission technology design a transfusion control device.To help patient get more relieve and more co

11、mfortable infusion treatment，Also can greatly reduce the workload of hospital nur</p><p>　　Key Words: intravenous fluids; technicalization;transfusion control device;singlechip; transmission technology</p

12、><p><b>　　第一章 引言</b></p><p>　　1.1 靜脈輸液技術(shù)</p><p>　　將大量對人體沒有副作用的液體、人體所需電解質(zhì)、治療疾病的藥物或血液，利用自然界大氣壓強和液體由于重力自帶的靜壓的原理，通過人體靜脈注入體內(nèi)的方法稱為靜脈輸液技術(shù)。靜脈輸液技術(shù)是醫(yī)療上最常用的搶救與治療技術(shù)，也是一種高度專業(yè)技術(shù)，因其注射的部

13、位與輸液種類的不同，可以把它分為外周靜脈注射、中心靜脈注射、高營養(yǎng)注射（TPN）與輸血等[1]。 </p><p>　　1.2 靜脈輸液控制裝置的歷史與現(xiàn)狀</p><p>　　隨著靜脈輸液技術(shù)越來越成熟、醫(yī)學(xué)上對靜脈輸液技術(shù)的要求越來越高，靜脈輸液的輸液控制裝置也在慢慢改進著。靜脈輸液技術(shù)發(fā)明于16世紀，但其巨大的進步主要發(fā)生于20世紀。在20世紀80年代之前，靜脈輸液控制裝置使用的是

14、輸液夾法，即常見的把螺旋式夾或滾動式夾放在輸液管上，以控制藥物進入病人體內(nèi)的流速。在20世紀80年代，靜脈輸液控制裝置使用輸液泵的方法，以實現(xiàn)在正壓的情況下對患者進行靜脈輸液，這樣的方式能夠更精確的控制輸液速度及輸液量，達到預(yù)期的治療目的。到了20世紀90年代，靜脈輸液控制裝置便開始使用精密的輸液器及輸液治療監(jiān)護管理系統(tǒng)。精密輸液器是通過特別設(shè)計的輪盤來調(diào)整靜脈輸液速度的[2]，從而可以實現(xiàn)精確的輸液治療，是連接輸液器與穿刺之間的輸液流

15、速控制器。這種系統(tǒng)可以精確的調(diào)節(jié)輸液流速，給藥治療準確，而且使用方便，不需要反復(fù)調(diào)整液體藥物的流速以減輕醫(yī)院護理人員的工作負擔。</p><p>　　從輸液監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展方面來看靜脈輸液控制裝置，也能夠清楚的了解到靜脈輸液控制裝置的發(fā)展歷程。從靜脈輸液技術(shù)剛發(fā)明投入使用到現(xiàn)在技術(shù)掌握熟練、使用范圍變廣，在輸液速度監(jiān)測技術(shù)上的裝置改革也慢慢走向高科技化，直到現(xiàn)在，靜脈輸液裝置共經(jīng)歷了機械式、電極式、電容式、光電式輸

16、液速度監(jiān)測四個不同的發(fā)展階段[3]。 </p><p>　　在不同的時代，輸液控制裝置都會有很多不同的種類，而且各有特色，針對不同的醫(yī)療需求各自發(fā)揮所長。在21世紀的當下，高科技發(fā)展水平高，智能化科技產(chǎn)品涉及的領(lǐng)域亦是廣的驚人。作為臨床醫(yī)療工作中必需、常用的靜脈輸液控制裝置自然會是科技愛好者的關(guān)注對象。目前，在醫(yī)療市場上已經(jīng)有很多種類的靜脈輸液控制裝置生產(chǎn)面世，有用電極法原理設(shè)計的，有用測重法原理設(shè)計的（誤報率較

17、高[4]），有用超聲波回波檢測原理設(shè)計的，也有使用液滴計數(shù)原理設(shè)計的等等。社會進步，科技繼續(xù)高速發(fā)展，很多時代性的產(chǎn)品會慢慢退出社會舞臺，但醫(yī)療上對靜脈輸液控制裝置科技化的渴望一定不會減弱。</p><p>　　1.3 課題的研究背景及意義</p><p>　　靜脈輸液技術(shù)發(fā)展至今，在醫(yī)療使用方面上有很多的要求與早期大不相同，如果依然按照過往的方式來進行靜脈輸液則可能導(dǎo)致嚴重的醫(yī)療事故。

18、目前的醫(yī)療技術(shù)對靜脈輸液要求較高，需要藥液注射速度跟據(jù)實際情況做出精確的調(diào)整，因為不同年齡段的患者、不同的疾病需要的藥液注射速度是不一樣的[5]。因此，醫(yī)療上對靜脈輸液裝置的要求越來越高，要求它能提供精確的輸液速度才能以達到更好的治療效果。如果依然一味按照老一套的方式進行靜脈輸液治療自然會帶來不少的麻煩，達不到很好的治療效果，嚴重的還會產(chǎn)生醫(yī)療事故、鬧出醫(yī)療糾紛。</p><p>　　目前，臨床醫(yī)療上的靜脈輸液裝

19、置大部分還是滑輪控制式，通過醫(yī)護人員的手動控制莫非氏滴管滑輪上下滾動并且結(jié)合醫(yī)護人員長年以來的工作經(jīng)驗，從而很好的控制靜脈輸液的速度。在輸液的過程中，又是通過醫(yī)護人員的不間隔巡視或患者本人時刻的盯視點滴瓶內(nèi)藥液的量，以防范藥液在不知不覺中輸送完畢對患者造成回血或更嚴重的傷害。在病人較多的當今社會，使用滑輪式的輸液控制裝置還會帶來的后果是，醫(yī)護人員出于減輕工作負擔的考慮，會在藥液輸完前提前一點幫患者關(guān)閉或更換藥液?？梢钥闯?，通過滑輪控制靜

20、脈輸液速度的方法不僅輸液速度不穩(wěn)定、精度偏低，而且會浪費大量的人力、物力，需要醫(yī)護人員和患者時刻注意，增加醫(yī)護人員的工作量，對于患者而言也會讓他們無法安于修養(yǎng)，危險性高[6]?？傊?，在這個科技發(fā)達、特別注重生活舒適度的社會，以往的這種靜脈輸液裝置是時候更換或改進了。</p><p>　　本文基于單片機技術(shù)，以51單片機系統(tǒng)為主要的控制中心，利用紅外線透射原理設(shè)計一款輸液控制裝置。相對于傳統(tǒng)的滾輪式輸液控制裝置，其

21、控制藥液輸入人體的速度更能精準測量、調(diào)節(jié)，為輸液治療達到很好的治療效果，結(jié)構(gòu)也較簡單，使用方便。該控制裝置還帶有報警系統(tǒng)，在藥液輸完之前能夠提醒醫(yī)護人員或患者關(guān)閉點滴，防止帶來不必要的傷害。該裝置大大的減輕了醫(yī)護人員的工作負擔，也能夠讓患者安于治療、安心休養(yǎng)。</p><p>　　第二章 課題研究計劃與論證</p><p>　　2.1 輸液控制裝置硬件設(shè)計方案</p>&

22、lt;p>　　該輸液控制裝置采用單片機技術(shù)為控制中心，以紅外線的透射原理對輸液速度進行檢測、收集數(shù)據(jù)[7]。該裝置能實現(xiàn)的主要功能為：能利用輸液速度檢測電路采集藥液注射速度；可以顯示實時的藥液注射速度；可以通過按鍵設(shè)置輸液速度的上下限，當實際注射速度不在設(shè)定范圍內(nèi)時便會自動報警；當剩余藥液低于設(shè)定值時，系統(tǒng)自動發(fā)出報警，以提醒醫(yī)護人員及時處理。根據(jù)該裝置的具體功能，我們能夠知道該輸液控制裝置分為以下幾個部分：藥液注射速度測量模塊，

23、數(shù)據(jù)顯示模塊，按鍵設(shè)置模塊，藥液余量檢測模塊。具體結(jié)構(gòu)圖如下圖</p><p>　　圖2.1 結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　2.2 輸液速度檢測電路設(shè)計方案</p><p>　　本課題研究的輸液控制裝置其功能的實現(xiàn)很依賴數(shù)據(jù)檢測模塊采集的數(shù)據(jù)精確程度，因此藥液注射速度的精確測量在本設(shè)計中有著非常重要的作用，為數(shù)據(jù)檢測模塊選用合適的工作原理至關(guān)重要。目前，在市場上

24、針對液滴流速的檢測技術(shù)用的較多、較常見的有幾下幾種：</p><p>　　方案一：采用電容式傳感器技術(shù)來測量藥液注射的速度。該方法首先需要在靜脈輸液管的滴管外周圍放置一對精度較高的電極，從而形成一個精確度較高的電容[8]。進行靜脈輸液時，當藥液滴下瞬間，由于電容內(nèi)的電解質(zhì)發(fā)生了變化，由變化之前的空氣變?yōu)榱怂幰?，在那瞬間電容的電容量便發(fā)生了變化，電容量的這一微小、瞬間的變化可以通過由電感、電容組成的LC振蕩電路來測

25、量到。在檢測系統(tǒng)內(nèi)，當輸出的頻率值發(fā)生了變化時，便說明有藥液液滴通過了，能夠?qū)崿F(xiàn)檢測藥液注射速度的功能。通過此方法測量藥液注射速度，如果只是單一的藥液其測量的精確度確實較高，但若換成不同種類的藥液時其測量效果并不理想，因為不同的電解質(zhì)其導(dǎo)致電容的變化程度是不一樣的。再考慮到采用電容式傳感器的方法需在輸液管滴管外周安裝一對電極，外周的電路較為復(fù)雜，該方法工作繁瑣，使用不便，因此不適合本課題設(shè)計采用。</p><p>

26、;　　方案二：采用反射式的紅外光電傳感器測量輸液速度。該方法是將反射式紅外光電傳感器放在輸液管漏斗的一端，當有藥液滴下的時候，傳感器利用紅外線的反射性能，在接收端將檢測到返回來的光電信號，通過檢測有反射信號的次數(shù)從而得知輸液的速度。但是該方法會有很多不穩(wěn)定的因素容易影響測量的精確度，如水滴表面不規(guī)則，使接收端收集到的反射信號強度不夠，并且利用該方法進行測量要求液滴下落的過程中與傳感器發(fā)射信號方向的夾角要很精確?？紤]到影響因素較多、不容易

27、控制，因此該方法不適用在本課題設(shè)計中。</p><p>　　方案三：采用紅外線透射式原理，利用液體和空氣對紅外線的吸收差異來進行藥液注射速度的測量。將透明的輸液管卡入紅外對管的空隙中，調(diào)整紅外對管的位置，當輸液管漏斗內(nèi)有液體滴下時，接收管一端接收到的紅外光信號變小，此時輸出呈高阻態(tài)。當輸液管漏斗內(nèi)沒有液體滴下時，接收管一端接收到的紅外光信號增大，輸出阻抗變小。通過這一些列的變化便能測量出藥液的注射速度。利用該方式

28、進行測量，系統(tǒng)功能穩(wěn)定、影響因素少，測量系統(tǒng)功能齊全、體積小，使用方便。</p><p>　　綜合考慮，本輸液控制裝置的設(shè)計選用方案三來進行藥液注射速度的測量。</p><p>　　2.3 輸液速度顯示模塊電路設(shè)計方案</p><p>　　該輸液控制裝置可以實現(xiàn)設(shè)定并顯示藥液注射速度上下限的功能，顯示模塊的電路設(shè)計目前有兩種可行方案。</p><

29、;p>　　方案一：采用液晶顯示屏作為顯示器。液晶顯示屏有以下幾個優(yōu)點：功耗小、節(jié)能，輕巧較薄，美觀。但使用時，液晶顯示屏的程序編程難度與對字符的要求比較大，在使用前需要對其進行單獨的編譯。并且，液晶顯示屏的使用功能多樣化，如果在本裝置上使用會浪費它很多的功能，大材小用。</p><p>　　方案二：采用數(shù)碼管作為顯示器。數(shù)碼管具有耗能低、損耗低、工作電壓低、使用壽命長等優(yōu)點，且其工作性能穩(wěn)定，不容易受環(huán)境因

30、素的影響。而且相較于液晶顯示屏，數(shù)碼管的程序編程更簡單，更加符合本課題的設(shè)計要求。數(shù)碼管的功能較為單一，本裝置采用數(shù)碼管作為顯示器不會造成資源浪費，選擇兩位的數(shù)碼管完全可以滿足本設(shè)計的需要。</p><p>　　因此，綜合各方面的比較，再結(jié)合本設(shè)計的實際需求，選擇方案二更為妥當。</p><p>　　2.4 鍵盤控制電路設(shè)計方案</p><p>　　通過鍵盤控制模

31、塊輸入，本裝置可以實現(xiàn)設(shè)置藥液注射速度的上下限的功能，當實際注射速度超過或低于預(yù)先設(shè)計值時，報警系統(tǒng)便會發(fā)出警告提示，因此可以看出鍵盤電路模塊的方案設(shè)計在本系統(tǒng)中非常重要。鍵盤控制系統(tǒng)在本課題設(shè)計的應(yīng)用系統(tǒng)中，可以實現(xiàn)輸入所需數(shù)據(jù)、傳送目標命令的功能，是人工操作、調(diào)節(jié)單片機系統(tǒng)的主要手段。鍵盤設(shè)計模式有兩大類：編碼式鍵盤系統(tǒng)與非編碼式鍵盤系統(tǒng)[9]。</p><p>　　編碼式鍵盤：編碼式鍵盤系統(tǒng)自身帶有可以實現(xiàn)

32、接口主要功能所需要的硬件邏輯電路，通過硬件電路完成必要的按鍵識別任務(wù)。人工每調(diào)節(jié)一次按鍵，鍵盤電路系統(tǒng)可以向單片機自動提供被按鍵的次數(shù)，而且在同一時刻會產(chǎn)生一種脈沖以通知微處理器，該方法具有使按鍵讀數(shù)反彈跳與保護按鍵的功能。編碼式鍵盤使用方便，但由于功能較多、性能完善，其硬件電路的設(shè)計較為復(fù)雜，因此不適用于功能單一、結(jié)構(gòu)簡單的本課題設(shè)計。</p><p>　　非編碼式鍵盤：與編碼式鍵盤系統(tǒng)相比，非編碼式鍵盤系統(tǒng)省

33、去了結(jié)構(gòu)復(fù)雜的硬件電路設(shè)計，其只簡單的提供鍵盤的行列矩陣，鍵碼的輸入與確定等都是交由軟件系統(tǒng)完成的，但這種方式設(shè)計的鍵盤系統(tǒng)在工作時占用CPU的時間便會較多。但由于本課題的設(shè)計功能較為單一，結(jié)構(gòu)簡單，主機任務(wù)較輕，所以非編碼式鍵盤完全可以滿足本設(shè)計的需要。非編碼式鍵盤又有獨立式按鍵結(jié)構(gòu)和矩陣式按鍵結(jié)構(gòu)兩種。獨立式鍵盤輸入端口多，編程簡單，調(diào)用快捷，每個按鍵都是單獨接到STC89C52單片機的一個I/O口上的，在工作狀態(tài)時不會互相之間有影

34、響。而矩陣式鍵盤是將按鍵分為行與列，按鍵的兩端接在行與列上，通過行列交叉按鍵編碼進行鍵碼識別，原理設(shè)計相對復(fù)雜，所需按鍵數(shù)量較多</p><p>　　綜合各方面的考慮，為結(jié)構(gòu)簡單、功能單一的本設(shè)計選擇獨立式鍵盤是最為合理的方案。</p><p>　　2.5 51單片機的功能介紹</p><p>　　STC89C52單片機是STC公司推出的一種高速、低功耗的CMOS

35、8位微控制器。該單片機芯片內(nèi)含有8K字節(jié)的可反復(fù)擦寫多次的Flash只讀程序存儲器，芯片內(nèi)擁有通用8位CPU和ISP Flash存儲單元，能夠在系統(tǒng)內(nèi)進行編程，該單片機通過電腦軟件即可將所需要的程序代碼燒寫進單片機內(nèi)部，不需要通過通用編程器進行程序的輸入，種種優(yōu)越的性能使得STC89C52單片機為很多的嵌入式控制系統(tǒng)提供了更加靈活、高效、快捷的解決方案[10]。</p><p>　　STC89C52具有以下功能與

36、特點：擁有容量為8K字節(jié)的程序存儲空間；數(shù)據(jù)存儲空間的大小為512字節(jié)；芯片內(nèi)自帶2K字節(jié)的EEPROM存儲空間；32位通用I/O口線；能夠在系統(tǒng)內(nèi)就進行編程，通過P3.0、P3.1引腳可直接燒寫所需程序；可以作為看門狗定時器；有2個16位定時器/計數(shù)器。</p><p>　　STC89C52的引腳說明：</p><p><b>　　2根電源引腳</b></p&

37、gt;<p>　　VCC（P40）：高電平端口，電源輸入</p><p>　　GND（P20）：低電平端口，接地線</p><p><b>　　2根外接晶振引腳</b></p><p>　　XTAL2(P18)：單片機內(nèi)振蕩電路的輸入端口</p><p>　　XTAL1(P19)：單片機內(nèi)振蕩電路的輸出端口

38、</p><p><b>　　4根控制引腳</b></p><p>　　RST(P9)：復(fù)位輸入端口，高電平時有效。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將是單片機復(fù)位</p><p>　　ALE/PROG(P30)：地址鎖存允許端口，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)與低位地址的復(fù)用</p><p>　　PSEN(P29)：程

39、序儲存允許端口，輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，低電平時有效</p><p>　　EA/VPP(P31)：外部訪問允許端口。當EA為高電平時，，CPU執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器指令；當EA為低電平時，CPU只執(zhí)行片外程序存儲器指令。</p><p>　　32根可編程輸入/輸出引腳</p><p>　　STC89C52單片機有4組8位的可編程I/O口，分別為P0、P1、P2

40、、P3口，每個口有8位，共32根引腳。</p><p>　　P0口（P39-P32）：P0口是一個8位漏極開路的雙口I/O口。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。分為P0.0-P0.7</p><p>　　P1口（P1-P8）：P1口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。對P1端口寫“1”時內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。分為P1.0-P1.7</p>

41、<p>　　P2口（P21-P28）：P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。對P2端口寫“1”時內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。分為P2.0-P2.7</p><p>　　P3口（P10-P17）：P3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。對P3端口寫“1”時內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。分為P3.0-P3.7</p><p>

42、;　　圖2.2 STC89C52引腳圖</p><p>　　第三章 輸液控制裝置的硬件電路設(shè)計</p><p>　　本課題設(shè)計的輸液控制裝置其硬件電路共分為五大模塊，分別為：單片機最小系統(tǒng)模塊、按鍵設(shè)置模塊、數(shù)碼管顯示模塊、藥液注射速度檢測模塊、蜂鳴器報警模塊，其中單片機最小系統(tǒng)模塊又包括電源供電模塊、復(fù)位電路模塊、振蕩電路模塊等[11]。整個裝置系統(tǒng)的功能實現(xiàn)是由各個模塊共同工作、相互

43、協(xié)調(diào)完成的。</p><p>　　3.1 設(shè)計所需主要元器件介紹</p><p>　　在硬件方面，系統(tǒng)若需實現(xiàn)目標功能，則需要各個模塊的元器件共同工作運轉(zhuǎn)，互相之間相互協(xié)調(diào)、幫助。對于電子作品的設(shè)計來說，對每個元器件的型號、規(guī)格大小等條件都是有嚴格要求的，不同的元器件所能實現(xiàn)的功能并不一致，且元器件都是微小、敏感的，如果有一電路模塊使用的元器件型號、規(guī)格大小不符，則容易造成其他模塊元器件

44、的損壞。經(jīng)過深入的了解及多次的驗證，現(xiàn)列出以下本課題設(shè)計所用到的主要元器件：</p><p>　　表3.1 主要元器件</p><p>　　3.1.1 LM393 芯片介紹</p><p>　　LM393芯片又叫雙電壓比較器集成電路，是高增益、寬頻帶器件，同市場上大部分的比較器一樣，如果輸入端與輸出端之間有寄生的電容存在，便會產(chǎn)生耦合從而容易產(chǎn)生振蕩。LM393

45、芯片內(nèi)部具有2個獨立的電壓比較器[12]，共四個輸入端、兩個輸出端，而四個輸入端分別為兩個同相輸入端和兩個反相輸入端，在本課題設(shè)計中只使用到了一組引腳。</p><p>　　在本課題設(shè)計中，LM393芯片的GND引腳接地，5引腳是同向輸入端，連接一個精密電位器，6引腳是反相輸入端，連接紅外對管中發(fā)射管的負極，7引腳是輸出端，連接到STC89C52單片機的P3.3引腳，而8引腳的VCC端接到電源正極。LM393芯片

46、的工作原理是：5引腳與電位器相連，使得該引腳的電位可以是一個確定值，而6引腳的電位大小由紅外對管決定。當6引腳的電位比5引腳電位高時，7引腳輸出低電平；當6引腳的電位比5引腳電位低時，7引腳則輸出高電平。LM393芯片的7引腳輸出電平高低的變化通過單片機的P3.3引腳輸入到單片機內(nèi)進行處理，然后通過數(shù)碼顯示管顯示具體的輸液速度。</p><p>　　圖3.2 LM393實物圖 圖

47、3.3 LM393電路圖</p><p>　　3.1.2 紅外對管電路介紹</p><p>　　紅外對管電路主要由紅外發(fā)射管和紅外接收管構(gòu)成。紅外發(fā)射管是一種發(fā)光體，由紅外發(fā)光二極管矩組成，常用砷化鎵制成PN結(jié)，通過正電壓向PN結(jié)輸入電流以激發(fā)紅外光，發(fā)射出穩(wěn)定的紅外信號供接收管接收。紅外對管的另一部分紅外接收管，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括一個響應(yīng)速度高和靈敏度高的發(fā)光電二極管，其功能是將紅外信號

48、轉(zhuǎn)換為單片機系統(tǒng)能夠檢測到的電信號，通常把它的輸出引腳連接到單片機的外部中斷引腳上。紅外接收管一般是接收、放大、解調(diào)等功能一體化的，對紅外信號解調(diào)之后形成數(shù)據(jù)“0”和“1”的脈沖，再由單片機解碼。</p><p>　　在紅外對管電路模塊，紅外發(fā)射管與接收管是正對著的。在沒有藥液滴下時，發(fā)射管發(fā)出的紅外光較強，接收管接收、放大、解調(diào)后輸出的電信號也較大；在有藥液滴下的情況下，下落的液滴會對發(fā)射管發(fā)出的紅外光進行一定

49、量的漫反射、散射及一定量的吸收作用，從而導(dǎo)致接收管接收的紅外信號較弱[13]，與沒有藥液滴下時發(fā)生了較大的變化。每次紅外接收管接收到信號之后便經(jīng)一級施密特觸發(fā)器送往單片機的中斷輸入口，根據(jù)紅外信號前后發(fā)生的巨大變化，從而檢測出藥液液滴的下落速度，實現(xiàn)輸液控制裝置的功能。</p><p>　　圖3.5 紅外對管電路圖</p><p>　　圖3.4 紅外發(fā)射管（白）、紅外接收管（黑）

50、 </p><p>　　3.1.3 9012三極管介紹</p><p>　　三極管9012是非常常見、好用的晶體三極管，屬于PNP型小功率三極管，應(yīng)用極為廣泛。在本設(shè)計系統(tǒng)內(nèi)，三極管9012起一個開關(guān)作用，其基極通過一個2.2K的電阻與單片機STC89C52的P2.0引腳相連，集電極與蜂鳴器的正極相連，發(fā)射極與高電平VCC連通。當單片機的P2.0引腳輸出為低電平時，三極管9012處于

51、導(dǎo)通狀態(tài)，此時蜂鳴器鳴響；當單片機P2.0引腳輸出為高電平時，三極管9012處于截至狀態(tài)，此時蜂鳴器不發(fā)出聲響。</p><p>　　圖3.6 三極管實物圖 圖3.7 9012三極管工作電路圖</p><p>　　3.1.4 兩位共陰數(shù)碼管介紹</p><p>　　共陰極數(shù)碼管是所有LED燈的負極連接在一起成為COM端，然后再與單片機的引

52、腳相連，LED燈的各正極端分別與單片機的不同引腳互相連接。數(shù)碼管在本課題設(shè)計中起到非常重要的作用，藥液的注射速度就是通過它來顯示的，操作人員通過數(shù)碼管的顯示功能能夠精準的對輸液速度進行調(diào)節(jié)把握，其具體的連接方式為：數(shù)碼管1引腳（G）連接到單片機P0.6引腳，2引腳（DP）連接到單片機P0.7引腳，3引腳（A）連接到單片機P0.0引腳，4引腳（F）連接到單片機P0.5引腳，5引腳（S2）連接到單片機P2.7引腳，6引腳（D）連接到單片機P

53、0.3引腳，7引腳（E）連接到單片機P0.4引腳，8引腳（C）連接到單片機P0.2引腳，9引腳（B）連接到單片機P0.1引腳，10引腳（S1）連接到單片機P2.6引腳。</p><p>　　圖3.8 數(shù)碼管引腳圖及內(nèi)部電路 圖3.9 數(shù)碼管連接電路圖</p><p>　　3.2 單片機最小系統(tǒng)介紹</p><p>　　單片機最小系統(tǒng)是

54、電子設(shè)計的中心模塊，起到重要的控制作用，把整個設(shè)計系統(tǒng)比作人的話，那么單片機最小系統(tǒng)就是人的大腦。單片機最小系統(tǒng)主要由工作電源、復(fù)位電路、振蕩電路以及擴展部分等模塊組成，工作電源、復(fù)位電路、振蕩電路可以使單片機始終處于正常的運行狀態(tài)，而擴展部分能使單片機完成較復(fù)雜的功能。</p><p>　　圖3.10 單片機最小系統(tǒng)原理框圖</p><p>　　3.2.1 電源供電模塊</p&g

55、t;<p>　　一個完整的電子設(shè)計能夠正常、有序的工作，必須有一個電源供電模塊為該系統(tǒng)提供動力，穩(wěn)定、可靠的供電電源是系統(tǒng)能平穩(wěn)運行的最基本條件。本設(shè)計使用的51單片機相較于其他系列的單片機，會更容易受到外界因素的干擾而出現(xiàn)程序在實現(xiàn)功能時的不穩(wěn)定性，因此為單片機最小系統(tǒng)提供一個穩(wěn)定性極高的電源供電模塊是非常必要的。</p><p>　　電源供電模塊由電源接口、自鎖開關(guān)、電阻、LED指示燈等元器件組

56、成，再與單片機的VCC引腳相連，從而實現(xiàn)為單片機供電的功能。最小系統(tǒng)的供電電源可以由計算機的USB接口來提供，也可以由充電寶、外接排插等外部穩(wěn)定的5V電源供電。</p><p>　　圖3.11 電源供電模塊電路圖</p><p>　　3.2.2 復(fù)位電路模塊</p><p>　　單片機的復(fù)位電路，從字面意思理解就能知道其作用，就是能夠把單片機電路從工作狀態(tài)恢復(fù)到原

57、始的不工作狀態(tài)或廠商設(shè)定的一個確定狀態(tài)。</p><p>　　本設(shè)計使用的STC89C52單片機的復(fù)位模式為高電平復(fù)位，電路結(jié)構(gòu)是在單片機的RST引腳上連接一個10uF的電容通到VCC端口，再連接一個10K電阻到地線GND端口，從而形成一個由電容、電阻組成的充放電回路，以確保單片機在上電時復(fù)位引腳RST上有足夠時間的高電平進行復(fù)位，復(fù)位完成后單片機又回歸到低電平進入工作狀態(tài)。</p><p&g

58、t;　　圖3.12 復(fù)位電路模塊電路圖</p><p>　　3.2.3 振蕩電路模塊</p><p>　　最小系統(tǒng)的振蕩電路一般由晶振（晶體振蕩器）、兩個30pF的電容等元器件組成，然后與單片機的XTAL2引腳、XTAL1引腳相連構(gòu)成振蕩電路模塊。振蕩電路模塊在單片機系統(tǒng)里的作用非常之大，其作用是結(jié)合單片機內(nèi)部的電路為系統(tǒng)提供所需的基本時鐘信號。振蕩電路模塊為單片機提供的時鐘頻率越高，單

59、片機的工作運行速度就會越快，單片機的一切指令的執(zhí)行都是建立在晶振提供的時鐘頻率之上。</p><p>　　圖3.13 振蕩電路模塊</p><p>　　3.3 鍵盤控制電路模塊</p><p>　　在本課題的電路設(shè)計中，鍵盤控制電路模塊采用的是獨立式按鍵接口設(shè)計。相較于其他方式的按鍵接口設(shè)計，這種方式更符合本設(shè)計的需求，它的輸入端口多，編程簡單，調(diào)用快捷，每個按鍵

60、都是單獨接到單片機的一個I/O口上的，在工作狀態(tài)時不會互相之間有影響。該課題設(shè)計共使用了三個按鍵開關(guān)S1、S2、S3。S1按鍵開關(guān)一端接地，另一端連接到單片機的P3.5（T1）引腳，由于P3.5引腳是計數(shù)器/定時器1輸入口，因此S1按鍵開關(guān)起著向單片機輸入數(shù)據(jù)信號的作用。S2按鍵開關(guān)一端接地，另一端連接到單片機的P3.6（WR）引腳，而P3.6引腳是外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通的接口，因此S2按鍵開關(guān)的作用是通過單片機調(diào)節(jié)、控制數(shù)碼顯示管的數(shù)據(jù)

61、，使數(shù)據(jù)大小滿足操作者的需求。S3按鍵開關(guān)一端接地，另一端接到單片機的P3.7（RD）引腳，該引腳與P3.6引腳功能差不多，是外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通接口，所以S3按鍵開關(guān)與S2按鍵開關(guān)功能相差不大，都是通過單片機對數(shù)碼顯示管的數(shù)據(jù)進行調(diào)節(jié)，兩個按鍵開關(guān)共同設(shè)置數(shù)碼管數(shù)據(jù)上下限的大小。</p><p>　　鍵盤控制電路模塊的實現(xiàn)功能是：按下S1按鍵開關(guān)，進入對輸液速度上限值的調(diào)節(jié)，此時再按S2開關(guān)可以把數(shù)碼顯示管數(shù)據(jù)

62、上調(diào)，按S3開關(guān)可以把數(shù)碼顯示管數(shù)據(jù)下調(diào)。上限值設(shè)置完畢后按下S1按鍵開關(guān)進行保存同時進入對輸液速度下限值得調(diào)節(jié)，此時按S2開關(guān)可以上調(diào)數(shù)值，按S3開關(guān)可以下調(diào)數(shù)值，最后按下S1開關(guān)對輸液速度的下限值進行保存。</p><p>　　圖3.14 鍵盤控制電路</p><p>　　3.4 數(shù)碼管顯示電路模塊</p><p>　　數(shù)碼管顯示電路模塊主要的元器件是一個兩

63、位的共陰極數(shù)碼顯示管，因為藥液注射速度正常范圍為每分鐘30到100滴，因此選用兩位的數(shù)碼管即可。數(shù)碼顯示管采用串行方式顯示，與并行顯示相比，占用的接口更少，更加適用于本課題設(shè)計，其引腳與單片機引腳相連接，具體連接方式在文中的3.1.4章節(jié)有介紹。該模塊的主要功能是顯示實時的藥液注射速度及設(shè)置值。顯示設(shè)置值是把鍵盤控制模塊設(shè)置的數(shù)值通過單片機在數(shù)碼顯示管上具體的顯示出來，能夠讓操作者明確設(shè)定輸液速度的范圍值。顯示實時的輸液速度可以讓操作者

64、掌握具體的輸液速度，醫(yī)務(wù)人員可以根據(jù)實際情況進行調(diào)節(jié)，彌補了只依靠工作經(jīng)驗來調(diào)節(jié)藥液注射速度的不足。</p><p>　　圖3.15 數(shù)碼管顯示電路</p><p>　　3.5 藥液注射速度檢測模塊</p><p>　　藥液注射速度檢測模塊主要由電壓比較器LM393芯片、紅外對管、電阻、電位器、LED燈等元器件組成，通過檢測紅外對管信號的強弱變化來收集輸液速度的

65、數(shù)據(jù)。</p><p>　　速度檢測模塊的功能實現(xiàn)原理：LM393芯片的5引腳與電位器相連，當電位器阻值不變時，5引腳的電平大小不變。6引腳連接在10K電阻和紅外接收管的負極，當有藥液滴下時，紅外信號變?nèi)?，?dǎo)致紅外接收管的阻值增大，其兩端電壓增大，此時6引腳上是高電壓。由于6引腳的電壓高于5引腳電壓，因此7引腳輸出的是低電平，同時LED燈點亮。當沒有藥液滴下時，紅外信號較強，紅外接收管的阻值較小，其兩端電壓較低，

66、此時6引腳上是低電壓。由于6引腳電壓不比5引腳電壓高，因此7引腳輸出的是高電平，LED燈兩端都為高電平所以不點亮。速度檢測模塊這一高低電平的變化通過單片機的P3.3引腳輸入到單片機系統(tǒng)內(nèi)，再經(jīng)過程序調(diào)制，，最終在數(shù)碼顯示管上顯示出實時的藥液注射速度。</p><p>　　圖3.16 速度檢測模塊電路圖</p><p><b>　　3.6 報警模塊</b></

67、p><p>　　報警模塊主要由PNP型三極管9012、蜂鳴器和2.2K的限流電阻組成，三極管的基極通過限流電阻與單片機的P2.0I/O口相連。當藥液注射速度在設(shè)置的范圍值內(nèi)時，單片機通過程序調(diào)制使得P2.0I/O口輸出高電平，此時三極管處于截止狀態(tài)，蜂鳴器不響；當藥液速度高出或低于設(shè)置范圍內(nèi)時，單片機通過程序調(diào)制使得P2.0I/O口輸出低電平，此時三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，蜂鳴器發(fā)出聲響進行報警。</p>&

68、lt;p>　　圖3.17 報警模塊電路圖</p><p>　　第四章 輸液控制裝置軟件介紹及程序框圖</p><p>　　輸液控制裝置在設(shè)計的過程中涉及了很多的軟件技術(shù)，數(shù)碼顯示管及藥液注射速度檢測模塊的功能實現(xiàn)也是通過程序來完成的。下面一一介紹本課題設(shè)計所使用的軟件及程序設(shè)計的框圖。</p><p>　　4.1 開發(fā)軟件介紹</p>&l

69、t;p>　　在本課題設(shè)計中主要使用了兩個軟件：Keil uVision4、Protel 99SE。</p><p>　　Keil uVision4是由德國Keil公司出品的基于WINDOWS平臺的C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，屬于51系列兼容單片機開發(fā)工具類型[14]。與匯編語言相比，C語言在功能上、可靠性、可讀性、使用方便性上有著明顯的優(yōu)勢，用過匯編語言后再使用Keil uVision4來開發(fā)的話體會會更加深刻。另

70、外非常重要的一點，我們只需對比一下使用Keil C51編譯后生成的匯編代碼，就能感受到該軟件生產(chǎn)目標代碼的效率是非常高的，大部分的語句生成的程序代碼很連貫，容易理解。</p><p>　　圖4.1 Keil C51軟件界面</p><p>　　Protel 99SE軟件是由Ptltel公司出品的一款PCB電子電路輔助設(shè)計軟件，該軟件版本從開發(fā)到現(xiàn)在共經(jīng)歷了兩個階段，分別為Protel f

71、or DOS版本和Protel for window版本，目前電子設(shè)計上使用最多的還是Protel 99SE版本[15]。該版本功能特別完善，在Windows系統(tǒng)上的穩(wěn)定性也有很大程度的增強。Protel 99SE軟件主要包含電路工程設(shè)計和電路仿真與PLD兩大部分，電路工程設(shè)計系統(tǒng)內(nèi)又含有繪制電路原理圖功能、印刷電路版設(shè)計功能及自動布線功能，而電路仿真與PLD系統(tǒng)內(nèi)有模擬仿真功能、可編程邏輯設(shè)計功能和系統(tǒng)電路完整性驗證功能。</p

72、><p>　　圖4.2 Protel 99SE軟件界面</p><p>　　4.2 主程序設(shè)計框圖</p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　Y</b></p><p&

73、gt;　　圖4.3 主程序設(shè)計框圖</p><p>　　4.3 藥液注射速度檢測程序設(shè)計框圖</p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　

74、　Y</b></p><p>　　圖4.4 速度檢測程序框圖</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　在畢業(yè)課題設(shè)計準備之前，一直覺得大學(xué)四年的專業(yè)課學(xué)習(xí)并沒有給我?guī)硎裁磳I(yè)技能，也一度懷疑課堂上學(xué)的這些知識到底能用什么作用。然而，經(jīng)過這次的實際操作、設(shè)計后，我意識到在課堂所學(xué)知識大有用途，不是之前停留在理

75、論知識上所想的那樣簡單。理論知識的學(xué)習(xí)為我奠定了電子作品設(shè)計的基礎(chǔ)，熟知各元器件的功能及結(jié)構(gòu)原理是我在理論知識學(xué)習(xí)上的最大收獲，而且在設(shè)計過程中遇見問題時，我也能夠知道如何查找資料去解決。</p><p>　　通過這次的實物作品設(shè)計、制作，增強了我的動手能力，實現(xiàn)了把理論知識付于實際，用理論知識完成實際作品，由實際作品更好掌握理論知識的應(yīng)用。在作品電路的設(shè)計過程中，我進一步加深了對Keil uVision4軟件和

76、Protel 99SE軟件的功能了解，同時C語言編程能力及作品設(shè)計的嚴謹性也得到了很大程度的提高。在電路焊接的過程中，我熟練掌握了單片機及各元器件的功能使用，也了解了它們的多功能性，知道理論的系統(tǒng)功能需要如何靈活的把各元器件連接在一起才能夠?qū)崿F(xiàn)。在實際制作的過程中，可能我們的電路圖原理設(shè)計和線路焊接方式都沒有問題，但最后作品還是無法正常工作，無法實現(xiàn)理論上的功能。在這個時候，我們不能氣餒，應(yīng)該仔細的檢查各部件是否正常連接，或者各元器件是

77、否因為焊接出現(xiàn)損壞等等?？傊屑氄{(diào)試、糾正，耐心等待作品成功的那一刻。</p><p>　　隨著醫(yī)療要求越來越高，病患數(shù)量大幅度增多，醫(yī)護人員的工作負擔越來越大，輸液控制裝置在醫(yī)療市場上的應(yīng)用前景是非常不錯的。輸液控制裝置在各醫(yī)院的使用滿意度一直受到廣大科技研究者的關(guān)注，曾有研究者對云南省第二人民醫(yī)院的醫(yī)護人員及病患進行過問卷調(diào)查。調(diào)查對象是骨科的30名醫(yī)護人員、200名病患，調(diào)查結(jié)果顯示：在使用前，有73.3

78、%的醫(yī)護人員、64.0%的病患對輸液控制裝置表示滿意；使用之后，滿意的人數(shù)醫(yī)護人員增加到90.0%，病患人數(shù)增加到89.5%[16]。</p><p>　　最后，希望廣大的科技研究者能夠把更多的智能化技術(shù)引入到對疾病的治療上，研發(fā)出更多的科技化產(chǎn)品，造福全人類。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]http:

79、//baike.so.com/doc/5629645-5842266.html</p><p>　　[2]https://wenku.baidu.com/view/a4053ad36f1aff00bed51e1a.html</p><p>　　[3]何洪林,趙育新,錢俊等.基于透射率變化的輸液報警器的研制[J],護理學(xué)雜志,2014,(11)</p><p>　　[

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84、13,(05)</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　為期一兩個月的畢業(yè)設(shè)計（論文）工作馬上就要收尾了，在這期間經(jīng)歷了論文選題、開題報告等前期準備工作，首先感謝我的論文指導(dǎo)老師占超老師在畢業(yè)設(shè)計過程中給予我的一切幫助，感謝他在繁忙的工作中還不忘盡心輔導(dǎo)我。在作品設(shè)計的過程中遇到問題時，占超老師會與我進行交流，及時的給予正確、詳細的指導(dǎo)。畢業(yè)設(shè)計

85、作品及論文的最終完成離不開占超老師的細心幫助，在此我向占超老師致以最衷心的感謝和崇高的敬意！</p><p>　　感謝江西中醫(yī)藥大學(xué)計算機學(xué)院老師們的辛勤工作，感謝他們在大學(xué)四年中對我的教誨，有了他們的理論知識教導(dǎo)我才能很好的完成自己的畢業(yè)設(shè)計，謝謝！</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　附錄1：&l