輸液泵的設(shè)計(jì)【電控制】計(jì)算書【全套cad圖紙+word說(shuō)明書】

1、<p><b>　　寧學(xué)院</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</b></p><p>　　輸液泵的設(shè)計(jì)【電控制】</p><p><b>　　年月日</b></p><p><b>　　摘要</b></p>&l

2、t;p>　　輸液泵用于醫(yī)療，注塑行業(yè)，由注射器、控制系統(tǒng)和管道輸送裝置，根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)，根據(jù)實(shí)際情況的變化和生產(chǎn)環(huán)境和調(diào)整，適用于醫(yī)療服務(wù)高端精密塑料件的生產(chǎn)。但在實(shí)際生產(chǎn)中是一個(gè)很好的解決無(wú)流量脈動(dòng)，剛性和泵設(shè)計(jì)適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)的要求。輸液泵按結(jié)構(gòu)。</p><p>　　輸液泵的特點(diǎn)是穩(wěn)定的流量、壓力脈動(dòng)小、自吸能力，噪音低，效率高，運(yùn)行可靠，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)；其顯著的是傳輸介質(zhì)，無(wú)渦流粘度不平均敏感，可用于輸

3、送高粘度介質(zhì)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)是根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)輸液泵的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要包括齒輪箱和參數(shù)的確定，并檢查投影圖，利用泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制裝配圖和零件圖，控制軸的強(qiáng)度。</p><p>　　關(guān)鍵詞：輸液泵，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，齒輪</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Infusionp

4、umpusedinmedical,injectionmoldingindustry,bythesyringe,controlsystemandpipelinetransportationdevice,accordingtotheproductiontask,accordingtotheactualsituationofchangeandtheproductionenvironmentandadjustment,suitableforhi

5、gh-endmedicalservicesofprecisionplasticpartsproduction.Butinactualproductionisagoodsolutiontotheflowpulsation,therigidityandthepumpisdesignedtoadapttomodernproductionrequirements.Accordingtothestructureofinfusionpump.<

6、;/p><p>　　Thecharacteristicsofpumpflow,pressurepulsation,stablesmallselfabsorptioncapacity,lownoise,highefficiency,reliableoperation,longlifeandotheradvantages;thesignificantisthetransmissionmedium,noeddyviscos

7、itydoesnotmeansensitivity,andcanbeusedforthetransportofhighviscositymedium.</p><p>　　Thisdesignisthedesignofthestructureaccordingtothedesign,thedesignparametersofthepump,todeterminethemaingearboxandparameter

8、s,andcheckthemapprojection,thestructuredesignofthepump,assemblydrawingandparts,controlthestrengthoftheshaft.</p><p>　　Keywords:structuraldesign,infusionpump,gear</p><p><b>　　目錄</b>&l

9、t;/p><p><b>　　摘要II</b></p><p>　　AbstractI</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1輸液泵概念1</p><p>　　1.2輸液泵特點(diǎn)2</p><p>　　1.

10、3課題的研究意義2</p><p>　　1.3.1智能型醫(yī)用輸液設(shè)備的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3</p><p>　　1.3.2輸液泵的工作原理3</p><p>　　1.4　現(xiàn)有輸液泵的比較分析4</p><p>　　第2章 輸液泵裝置的設(shè)計(jì)方案7</p><p><b>　　2.1設(shè)計(jì)方案7</b&g

11、t;</p><p>　　2.2方案的具體設(shè)計(jì)思路過(guò)程8</p><p>　　第3章 輸液泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.1電機(jī)的選型10</p><p>　　3.2整體設(shè)計(jì)思路10</p><p>　　3.2.1轉(zhuǎn)輪設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.2.2上蓋設(shè)計(jì)17&

12、lt;/p><p>　　3.2.3傳動(dòng)齒輪設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.2.4殼體的設(shè)計(jì)21</p><p>　　3.3本章小結(jié)22</p><p>　　第4章 輸液泵電控設(shè)計(jì)24</p><p>　　4.1總體方案論證24</p><p>　　4.2方案比較24</p>

13、;<p>　　第5章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)28</p><p>　　5.1總體硬件設(shè)計(jì)28</p><p>　　5.2 AT89C51單片機(jī)管腳特性及相應(yīng)參數(shù)28</p><p>　　5.3傳感器控制檢測(cè)31</p><p>　　5.4步進(jìn)電機(jī)控制電路32</p><p>　　5.5 滴數(shù)換算方法3

14、3</p><p>　　5.6鍵盤和顯示部分34</p><p>　　5.7與上位機(jī)的通信36</p><p>　　5.8初始化模塊38</p><p>　　5.9 步進(jìn)電機(jī)控制39</p><p><b>　　總 結(jié)46</b></p><p><b&g

15、t;　　參考文獻(xiàn)47</b></p><p><b>　　致 謝48</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1輸液泵概念</b></p><p>　　輸液泵通常是機(jī)械或電子的控制裝置，它通過(guò)作用于輸液導(dǎo)管達(dá)

16、到控制輸液速度的目的。常用于需要嚴(yán)格控制輸液量和藥量的情況，如在應(yīng)用升壓藥物，抗心律失常藥藥物，嬰幼兒靜脈輸液或靜脈麻醉時(shí)。以下結(jié)合臨床實(shí)際應(yīng)用來(lái)談?wù)勢(shì)斠罕玫娜粘２僮?、維護(hù)及保存應(yīng)該注意的問(wèn)題。</p><p>　　靜脈輸液是臨床治療中常用的一種給藥方式。根據(jù)藥物性質(zhì)、患者體質(zhì)的不同，靜脈輸液速度也不同。輸液過(guò)快、過(guò)慢均難以達(dá)到預(yù)期的治療效果，甚至影響護(hù)理安全。目前，臨床上廣泛應(yīng)用的普通輸液器主要依靠液位差壓力向

17、受體輸入液體，依靠護(hù)理人員肉眼觀察、手調(diào)輪夾控制輸液速度。普通輸液器缺少阻塞報(bào)警、氣泡報(bào)警、液體輸畢報(bào)警等功能，增加了臨床護(hù)理負(fù)擔(dān)；而且液瓶易導(dǎo)入外界空氣污染液體。輸液泵輸液泵是一種能夠準(zhǔn)確控制輸液滴數(shù)或輸液流速，保證藥物能夠速度均勻，藥量準(zhǔn)確并且安全地進(jìn)入病人體內(nèi)發(fā)揮作用的一種儀器，同時(shí)是一種智能化的輸液裝置，輸液速度不受人體背壓和操作者影響，輸注準(zhǔn)確可靠，有助于降低臨床護(hù)理工作強(qiáng)度，提高輸注的準(zhǔn)確性、安全性以及護(hù)理質(zhì)量。</p

18、><p>　　輸液泵的產(chǎn)品型號(hào)多樣，性能各異。按其工作特點(diǎn)可分為蠕動(dòng)控制式輸液泵，定容控制式輸液泵及針筒微量注射式輸液泵三類。</p><p>　　輸液泵系統(tǒng)主要由微機(jī)系統(tǒng)、泵裝置、監(jiān)測(cè)裝置、報(bào)警裝置和輸入及顯示裝置組成。</p><p><b>　　輸液泵系統(tǒng)</b></p><p>　　微機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的“大腦”,對(duì)整

19、個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行智能控制和管理,并對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理,一般采用單片機(jī)系統(tǒng)。如輸液泵采用的是高度集成的32位ARMCPU系統(tǒng)對(duì)輸液過(guò)程實(shí)施全面控制,且采用雙CPU工作,確保了系統(tǒng)的安全。</p><p>　　泵裝置是整個(gè)系統(tǒng)的“心臟”,是輸送液體的動(dòng)力源醫(yī)用輸液泵一般采用的是指狀蠕動(dòng)泵作為動(dòng)力源。指狀蠕動(dòng)泵是利用滾輪轉(zhuǎn)動(dòng),使輸液泵管路一定部位受到擠壓,產(chǎn)生蠕動(dòng),從而推動(dòng)液體向前流動(dòng)。指狀蠕動(dòng)泵具有體積小,重量輕,定量準(zhǔn)確

20、及輸液管裝卸方便等特點(diǎn),使用最為廣泛。這種泵有一根凸輪軸,凸輪軸上有多個(gè)凸輪,這些凸輪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相差一定的角度,每個(gè)凸輪與一個(gè)指狀滑塊相連。</p><p>　　工作時(shí),由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng),使滑塊按照一定順序和運(yùn)動(dòng)規(guī)律上下往復(fù)運(yùn)動(dòng),像波一樣依次擠壓靜脈輸液管,使輸液管中的液體以一定的速度定向流動(dòng)。指狀蠕動(dòng)泵比較精確,可大范圍控制輸液總量和輸液速度;當(dāng)“手指”的數(shù)目超過(guò)8個(gè)時(shí)(一般為12個(gè)),泵的線性度良好,

21、輸液時(shí)不易產(chǎn)生脈動(dòng),使輸液泵具有安全性和穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)裝置主要有多種傳感器組成,輸液泵配有紅外滴數(shù)傳感器、壓力式傳感器和超聲波氣泡傳感器等,它們分別用于液體流速和流量、堵塞壓力及漏液和氣泡的檢測(cè)。</p><p>　　報(bào)警系統(tǒng)是傳感器感應(yīng)到的信號(hào)經(jīng)微機(jī)處理后,得出報(bào)警控制信號(hào),再由報(bào)警裝置響應(yīng),引起人們的注意,同時(shí)進(jìn)行正確的處理。具有光電報(bào)警和聲音報(bào)警功能,對(duì)輸液過(guò)程中出現(xiàn)斷電、泵門未關(guān)、低溫、輸液完成、電池欠壓、管

22、路阻塞和管路中出現(xiàn)氣泡等異常情況進(jìn)行報(bào)警。輸入及顯示裝置的輸入部分負(fù)責(zé)設(shè)定輸液的各個(gè)參數(shù),如輸液量和輸液速度等。顯示部分負(fù)責(zé)顯示各參數(shù)和當(dāng)前的工作狀態(tài)等。</p><p><b>　　1.2輸液泵特點(diǎn)</b></p><p>　　輸液泵能實(shí)現(xiàn)以下功能特點(diǎn)：(l)可精確測(cè)量和控制輸液速度；(2)可精確測(cè)定和控制輸液量；(3)能對(duì)氣泡、空液、漏液和輸液管阻塞等異常情況進(jìn)行

23、報(bào)替，并自動(dòng)切斷輸液通路；(4)彩色OLED顯示；(5)實(shí)現(xiàn)智能控制輸液。產(chǎn)品功能涵蓋了市場(chǎng)上流行的很多產(chǎn)品的基本功能，具有一定的潛在市場(chǎng)價(jià)值。技術(shù)應(yīng)用范圍：縱觀現(xiàn)在的人缺乏運(yùn)動(dòng)抵抗力差容易生病，醫(yī)院里...(查看更多)經(jīng)?？梢钥吹饺松饺撕５拇螯c(diǎn)滴，現(xiàn)在也有好多病人因?yàn)樘厥獾牟“Y需要慢慢的按一定的時(shí)速打點(diǎn)滴，如果光靠護(hù)士盯著，這樣的話，護(hù)士的工作量很大，容易產(chǎn)生人為地誤差，所以需要一種通電就可以按照護(hù)士的意愿運(yùn)行和控制打點(diǎn)滴時(shí)速和時(shí)間的

24、醫(yī)療儀器。生物制藥研制方面和化工方面，比如有些液體藥物原料要按嚴(yán)格的比例來(lái)配置，現(xiàn)在最常見(jiàn)的是試管滴管配置的，這種通過(guò)人眼來(lái)配置的方式弊端很多，誤差很大，對(duì)藥物的成份比例都很難把握，所以需要一種可以精確測(cè)量輸出液體的儀器.</p><p>　　1.3課題的研究意義</p><p>　　在輸液過(guò)程中，需要一種不利用藥液位差原理進(jìn)行輸液的便于</p><p>　　隨身攜

25、帶的設(shè)備，其輸液量和輸液速度都可以精確控制，而且能夠?qū)斠哼^(guò)程的安全性進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)并報(bào)警，以減輕護(hù)理工作的強(qiáng)度，更好的達(dá)到治療效果。設(shè)計(jì)一種便于隨身攜帶，在家庭、野外、戰(zhàn)爭(zhēng)及緊急救護(hù)等條件下輸液時(shí)能夠方便使用，可以精確控制輸液量和輸液速度，并能夠進(jìn)行氣泡檢測(cè)，輸液完成檢測(cè)，保證輸液過(guò)程的安全性和可靠性。</p><p>　　1.3.1智能型醫(yī)用輸液設(shè)備的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　智能型

26、用輸液設(shè)備主要由以下幾個(gè)部分組成，如圖1-1所示。</p><p>　　圖1-1輸液系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　Fig.1-1Structureofintelligentmedicaltransfusionsystem</p><p>　　（1）控制系統(tǒng)是整個(gè)設(shè)備的“大腦”，對(duì)整個(gè)設(shè)備進(jìn)行智能控制和管理，并對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理，一般采用單片機(jī)系統(tǒng)；</p>

27、;<p>　?。?）泵裝置是整個(gè)系統(tǒng)的“心臟”，是輸送液體的動(dòng)力源，目前有很多種泵裝置，后文將對(duì)其原理和應(yīng)用詳細(xì)說(shuō)明；</p><p>　?。?）檢測(cè)裝置主要是各種傳感器，如紅外滴數(shù)傳感器(負(fù)責(zé)對(duì)液體流速和流量的檢測(cè))、壓力傳感器(負(fù)責(zé)堵塞及漏液的檢測(cè))和超聲波傳感器(負(fù)責(zé)對(duì)氣泡的檢測(cè))等，它們可產(chǎn)生相關(guān)的檢測(cè)信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)過(guò)放大處理后，送入控制系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)處理，并得出控制指令，然后進(jìn)行相應(yīng)的控制

28、操作；</p><p>　　（4）報(bào)警裝置檢測(cè)裝置產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)控制系統(tǒng)處理后，得出報(bào)警控制信號(hào)，再由報(bào)警裝置響應(yīng)，引起人們的注意，同時(shí)進(jìn)行正確的操作。主要有光電報(bào)警(發(fā)光二極管)和聲音報(bào)警(揚(yáng)聲器和蜂鳴器)等；</p><p>　?。?）輸入及顯示裝置輸入部分負(fù)責(zé)設(shè)定輸液設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，如輸液量</p><p>　　和輸液速度等；顯示部分負(fù)責(zé)顯示各參數(shù)和當(dāng)前的工作狀

29、態(tài)等，多采用LED數(shù)碼管顯示和LCD液晶顯示。</p><p>　　1.3.2輸液泵的工作原理</p><p>　　以蠕動(dòng)泵為例，介紹輸液泵的工作原理，如圖1-2所示，輸液管被擠壓在一系列均勻間隔的擠壓輪和壓板之間，對(duì)壓板施加一定的壓力，保證輸液管完全被擠壓住，這樣在兩個(gè)相鄰擠壓輪的擠壓點(diǎn)之間就形成了一個(gè)密封的空間，輸液泵運(yùn)行時(shí)，中心輪帶動(dòng)擠壓輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由于擠壓輪的作用，這一密封空間的空氣被

30、推動(dòng)到輸液管的出口，這樣就在輸液管的入口處形成一部分真空區(qū)，因此藥液在大氣壓力的作用下進(jìn)入到輸液管內(nèi)，直至充滿整個(gè)輸液管，并以一定的速度流動(dòng)。在輸液管內(nèi)徑一定的情況下，液體流動(dòng)速度主要與中心輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度有關(guān)。</p><p>　　圖1-2輸液泵工作原理圖</p><p>　　Fig.1-2Workingprinciplefigureoftransfusionpump</p>

31、<p>　　1.4　現(xiàn)有輸液泵的比較分析</p><p>　　通過(guò)第一章的簡(jiǎn)單介紹，我們知道常見(jiàn)的能夠精確控制輸液量和輸液速度的醫(yī)用輸液泵主要有：指狀蠕動(dòng)泵和盤狀蠕動(dòng)泵，這兩種輸液泵都有各自的應(yīng)用范圍和特點(diǎn)，如表1-1所示。</p><p>　　表1-1常見(jiàn)醫(yī)用輸液泵的特點(diǎn)</p><p>　　Table2-1Characterofcommonmedica

32、ltransfusionpumps</p><p>　　對(duì)比之后可以看到，在靜脈輸液應(yīng)用中，指狀蠕動(dòng)泵在精度等方面都優(yōu)于</p><p>　　盤狀蠕動(dòng)泵，但是它仍然存在以下一些缺點(diǎn)：</p><p>　?。?）凸輪軸的設(shè)計(jì)和加工均比較困難；</p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)仍然比較復(fù)雜，為了減少脈動(dòng)而增多滑塊將使泵的體積變大；</p>

33、;<p>　　（3）指狀蠕動(dòng)泵是通過(guò)滑塊運(yùn)動(dòng)徑向垂直擠壓輸液管來(lái)進(jìn)行液的，實(shí)驗(yàn)表明，徑向垂直擠壓輸液管的輸液效果不如軸向滾動(dòng)擠壓的效果好；</p><p>　?。?）穩(wěn)定性較差，由于凸輪軸在運(yùn)行時(shí)會(huì)發(fā)生彎曲變形，使滑塊不能完全壓緊輸液管，導(dǎo)致藥液自由流動(dòng)，不能精確控制輸液量和輸液速度；</p><p>　?。?）由于指狀蠕動(dòng)泵的滑塊是徑向垂直擠壓輸液管，當(dāng)滑塊抬起時(shí)，輸液管恢

34、復(fù)變形后會(huì)形成瞬時(shí)真空，導(dǎo)致藥液回流，影響控制精度。</p><p>　　而目前在醫(yī)用輸液泵中實(shí)際應(yīng)用最多的盤狀蠕動(dòng)泵雖然是通過(guò)擠壓輪軸向滾動(dòng)擠壓輸液管，其擠壓效果較為理想，但是線性度較低，脈動(dòng)較大，對(duì)人體會(huì)產(chǎn)生不良影響。</p><p>　　另外，目前應(yīng)用上面兩種輸液泵生產(chǎn)的智能輸液系統(tǒng)，體積都比較大，質(zhì)量也較重（3-5kg），不便于隨身攜帶，需平臺(tái)放置，而且價(jià)格昂貴，不適合普遍推廣使用

35、。</p><p>　　綜上所述，需要研制出一種新型的輸液泵裝置，適用于普遍使用的一次性輸液管，能有效地提高液流線性度，減小脈動(dòng)，而且體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易，安裝輸液管也很容易。</p><p>　　輸液泵裝置的種類很多，類型也多種多樣，由于醫(yī)用輸液泵需要精確控制液體的輸液量和輸液速度，有些類型的泵很難做到這一點(diǎn)，而且考慮到輸液管要安裝方便，藥液不能污染等因素，因此用得最多的主

36、要有以下兩種：</p><p>　　（1）指狀蠕動(dòng)泵又稱線性蠕動(dòng)泵，這種輸液泵有一根由多個(gè)凸輪組成的凸輪軸，這些凸輪間隔一定的距離，軸線上相差一定的角度，每個(gè)凸輪與一個(gè)“手指”（即滑塊）相連。工作時(shí)，凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)滑塊按照一定順序和運(yùn)動(dòng)規(guī)律上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，像波浪一樣依次擠壓輸液管，使輸液管中的液體以一定的速度定向流動(dòng)，如圖1-3所示。</p><p><b>　　圖1-3指狀蠕動(dòng)

37、泵</b></p><p>　?。?）盤狀蠕動(dòng)泵這種輸液泵具有圓弧形內(nèi)周面的泵殼和一個(gè)中心輪，中心輪的邊緣對(duì)稱分布安裝著一定數(shù)量的可轉(zhuǎn)動(dòng)的擠壓輪，輸液管被壓在擠壓輪和泵殼的圓弧形內(nèi)周面之間。工作時(shí)，中心輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)其周圍的擠壓輪轉(zhuǎn)動(dòng)，擠壓輪連續(xù)擠壓輸液管，使液體以一定的方向流動(dòng)，如圖1-4所示。</p><p><b>　　圖1-4盤狀蠕動(dòng)泵</b><

38、;/p><p>　　第2章 輸液泵裝置的設(shè)計(jì)方案</p><p><b>　　2.1設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　要適用普遍使用的一次性輸液管及軟袋包裝容器，而且應(yīng)保證輸液時(shí)液流線性度好，脈動(dòng)小，其結(jié)構(gòu)有利于保證輸液量和輸液速度的精度，泵裝置體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易，安裝輸液管方便。因此，根據(jù)上述要求，新型輸液泵仍采用蠕動(dòng)泵的工

39、作原理，利用擠壓輸液管的方法進(jìn)行輸液。由于軸向滾動(dòng)擠壓輸液管方式的輸液效果好，新型輸液泵將選用盤狀蠕動(dòng)泵的結(jié)構(gòu)形式，但這種結(jié)構(gòu)脈動(dòng)較大，線性度較差。若要減小脈動(dòng)，應(yīng)減小擠</p><p>　　壓輪的尺寸或增加擠壓輪的數(shù)量。減小擠壓輪尺寸雖然能減小脈動(dòng)，但擠壓輪本身是一個(gè)元件，其尺寸不能過(guò)小，否則不易安裝在中心輪上，由于受到擠壓輪尺寸的限制，脈動(dòng)的改善效果仍不明顯；而增加擠壓輪的數(shù)量無(wú)疑會(huì)增加輸液泵的尺寸，不能滿足

40、輸液泵體積小的設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　為了達(dá)到減小脈動(dòng)的目的，可以考慮去掉擠壓輪，將中心輪直接設(shè)計(jì)成帶有壓頭的轉(zhuǎn)輪形狀，如圖2-1所示，由于壓頭的尺寸B可以小很多，這樣可以明顯地改善液流的線性度，有效的減小脈動(dòng)，另外中心輪的尺寸也可以相應(yīng)減小，從而使輸液泵的體積減小，滿足設(shè)計(jì)需要。</p><p>　　為了精確控制輸液量和輸液速度，需要將壓頭完全擠壓住輸液管，使藥液不能自由流動(dòng)，這

41、樣才能保證輸液量和輸液速度只與轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速有關(guān)。</p><p>　　因此，為了在任何時(shí)刻都有壓頭能夠完全擠壓住輸液管，輸液泵設(shè)計(jì)采用由多個(gè)轉(zhuǎn)輪組成的轉(zhuǎn)輪組結(jié)構(gòu)。</p><p>　　2.2方案的具體設(shè)計(jì)思路過(guò)程</p><p>　　本方案依據(jù)蠕動(dòng)泵的工作原理，利用帶有壓頭的轉(zhuǎn)輪擠壓輸液管進(jìn)行輸液，取代了傳統(tǒng)的位差方式輸液方法，輸液設(shè)備便于攜帶；采用軸向滾動(dòng)擠壓

42、方式擠壓輸液管，輸液效果理想；輸液過(guò)程無(wú)需與藥液接觸，適用于普遍使用的一次性輸液管。</p><p>　　用壓頭代替擠壓輪，將中心輪設(shè)計(jì)成尺寸較小的轉(zhuǎn)輪，可以有效地減小脈動(dòng)，改善液流的線性度，減小輸液泵體積。例如某盤狀蠕動(dòng)泵的中心輪直徑為2D，擠壓輪數(shù)量為6個(gè)，如圖2-2所示，現(xiàn)在改為帶有壓頭的轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)，假設(shè)轉(zhuǎn)輪的直徑減小一倍，為D，如果壓頭的尺寸b等于擠壓輪直徑d的一半且尺寸c也同時(shí)減半，則雖然轉(zhuǎn)輪直徑減半，但

43、轉(zhuǎn)輪的壓頭數(shù)量仍為6個(gè)，但實(shí)際上壓頭的尺寸b比擠壓輪直徑小得多，尺寸c也可以更小，因此壓頭的數(shù)量將多于6個(gè)，這樣，既減小了壓頭的尺寸，又增加了壓頭的數(shù)量，而且轉(zhuǎn)輪的尺寸也大大減小，從而有效地減小了脈動(dòng)，提高了液流的線性度，輸液泵體積也減小許多。</p><p>　　圖2-2中心輪和轉(zhuǎn)輪尺寸圖</p><p>　　Fig.2-2Sizemapofcenterdishandrotarydish

44、</p><p>　　為了使輸液泵結(jié)構(gòu)能保證精確控制輸液量和輸液速度，需采取用多個(gè)轉(zhuǎn)輪組成轉(zhuǎn)輪組的方法，這是因?yàn)殡m然理論上使用一個(gè)轉(zhuǎn)輪就能夠有效地減小脈動(dòng)，而且體積小，但實(shí)際上一旦壓板的內(nèi)表面與轉(zhuǎn)輪定位不準(zhǔn)，產(chǎn)生偏心的話，就使得輸液管不能被完全壓緊，藥液就能自由流動(dòng)，或者輸液管只在某一位置被一兩個(gè)壓頭完全壓緊，則單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生脈動(dòng)的次數(shù)就會(huì)減少，脈動(dòng)頻率減小，液流線性度降低。因此應(yīng)增加轉(zhuǎn)輪的數(shù)量確保在任何時(shí)刻輸液

45、管都能被完全擠壓住，從而能夠精確控制輸液量和輸液速度，但轉(zhuǎn)輪數(shù)量增加會(huì)導(dǎo)致輸液泵體積增大，因此三個(gè)轉(zhuǎn)輪組成轉(zhuǎn)輪組比較合適。</p><p>　　從體積來(lái)看，由于轉(zhuǎn)輪直徑是中心輪直徑的一半，需四個(gè)轉(zhuǎn)輪所占空間才與原來(lái)中心輪所占空間相等，因此三個(gè)轉(zhuǎn)輪并排放置所占的空間略小于原來(lái)的中心輪所占空間。如果保持原來(lái)的中心輪尺寸為2D不變，直接將它設(shè)計(jì)成帶有壓頭的大轉(zhuǎn)輪，尺寸b與尺寸c同上例，這時(shí)該轉(zhuǎn)輪的壓頭數(shù)量為16個(gè)，能同

46、時(shí)擠壓輸液管的壓頭數(shù)量為8-9個(gè)，與上例的小轉(zhuǎn)輪組相比雖然能更好的改善脈動(dòng)現(xiàn)象，但是由于接觸點(diǎn)較多，摩擦力也相對(duì)增大，設(shè)每個(gè)壓頭受到的摩擦力為F，則大轉(zhuǎn)輪所受的最大摩擦力為9F，小轉(zhuǎn)輪組的為7F，而轉(zhuǎn)動(dòng)半徑也為2倍關(guān)系，所以大轉(zhuǎn)輪所受的轉(zhuǎn)矩要大于小轉(zhuǎn)輪組的轉(zhuǎn)矩和，約為2.6倍，對(duì)于提供動(dòng)力的步進(jìn)電機(jī)來(lái)說(shuō)，加在其上的有效負(fù)載轉(zhuǎn)矩也要增大，從而在選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，需要選擇性能參數(shù)更高的產(chǎn)品，則步進(jìn)電機(jī)的體積、重量和價(jià)格都會(huì)增加，這就會(huì)增加整套

47、系統(tǒng)的體積和重量和價(jià)格，不符合便攜式設(shè)計(jì)要求。綜上所述，用轉(zhuǎn)輪組取代中心輪的設(shè)計(jì)方案，從減小脈動(dòng)的效果和整個(gè)泵裝置體積來(lái)看，都可以滿足設(shè)計(jì)要求。該方案可行。</p><p>　　第3章 輸液泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1電機(jī)的選型</b></p><p>　　假設(shè)主軸從到/s所需時(shí)間為:則：</p><p

48、>　　若考慮各部分重心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及摩擦力矩，則旋轉(zhuǎn)</p><p>　　開(kāi)始時(shí)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩可假定為</p><p>　　電動(dòng)機(jī)的功率可按下式估算</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　式中：——電動(dòng)機(jī)功率；</p><p><b>　　——負(fù)載力矩；&

49、lt;/b></p><p><b>　　——負(fù)載轉(zhuǎn)速；</b></p><p>　　——傳動(dòng)裝置的效率，初步估算取0.9；</p><p>　　系數(shù)1.5～2.5為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，取1.5</p><p>　　估算后就可選取電機(jī)，使其額定功率滿足下式</p><p><b>　?。?-

50、5）</b></p><p>　　選擇QZD-08串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)</p><p>　　表3-1QZD-08串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)</p><p><b>　　3.2整體設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　由于軸向滾動(dòng)擠壓輸液管方式的輸液效果好，新型輸液泵將選用盤狀蠕動(dòng)泵的結(jié)構(gòu)形式，但這種結(jié)構(gòu)脈動(dòng)較大，線性度

51、較差。若要減小脈動(dòng)，應(yīng)減小擠壓輪的尺寸或增加擠壓輪的數(shù)量。減小擠壓輪尺寸雖然能減小脈動(dòng)，但擠壓輪本身是一個(gè)元件，其尺寸不能過(guò)小，否則不易安裝在中心輪上，由于受到擠壓輪尺寸的限制，脈動(dòng)的改善效果仍不明顯；而增加擠壓輪的數(shù)量無(wú)疑會(huì)增加輸液泵的尺寸，不能滿足輸液泵體積小的設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　根據(jù)上述方案，考慮到泵裝置的體積及傳動(dòng)方式，決定用三個(gè)轉(zhuǎn)輪并排放置構(gòu)成轉(zhuǎn)輪組來(lái)擠壓輸液管，使藥液流動(dòng)。轉(zhuǎn)輪組的工作軌跡

52、為兩個(gè)四分之一圓弧與中間一段直線段，因此輸液泵的壓蓋內(nèi)側(cè)應(yīng)符合轉(zhuǎn)輪組的尺寸及相互位置，壓蓋與殼體的定位應(yīng)精準(zhǔn)，安裝和固定也要簡(jiǎn)單方便，容易操作。</p><p>　　由于齒輪傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊及傳動(dòng)比穩(wěn)定，因此傳動(dòng)方式采用齒輪傳動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)通過(guò)減速齒輪驅(qū)動(dòng)中間的轉(zhuǎn)輪，中間的轉(zhuǎn)輪又通過(guò)傳動(dòng)齒輪帶動(dòng)兩邊的轉(zhuǎn)輪同時(shí)同向同角度轉(zhuǎn)動(dòng)。泵裝置整體體積應(yīng)盡可能小，便于攜帶。</p><p&

53、gt;<b>　　3.2.1轉(zhuǎn)輪設(shè)計(jì)</b></p><p>　　輸液管的尺寸是外直徑為4mm,內(nèi)直徑為3mm，當(dāng)輸液管完全被壓緊之后的形狀的寬度為6mm，厚度為1mm，如圖所2-3示。輸液管是采用高分子材料制造的，具有韌性好、強(qiáng)度高、擠壓后可恢復(fù)變形以及可以隨意彎曲等特點(diǎn)，根據(jù)輸液泵的結(jié)構(gòu)，需要將輸液管彎曲90°，但如果輸液管的彎曲半徑過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致其局部變形，影響藥液的流動(dòng)，如圖

54、2-4所示。</p><p>　　圖2-3輸液管截面示意圖</p><p>　　Fig.2-3Sketchmapoftransfusionpipesection</p><p>　　圖2-4輸液管局部變形</p><p>　　Fig.2-4Thedistortionofpartoftransfusionpipe</p><

55、p>　　測(cè)量數(shù)據(jù)表明，若將輸液管彎曲90°，當(dāng)其彎曲半徑大于會(huì)發(fā)生局部變形，據(jù)此可知轉(zhuǎn)輪的直徑最小直徑應(yīng)為26mm。13mm時(shí)，不當(dāng)轉(zhuǎn)輪尺寸的變小，其壓頭數(shù)目也隨之減少，這是因?yàn)?，?dāng)轉(zhuǎn)輪的尺寸和壓頭大小一定時(shí)，壓頭數(shù)目越多，相鄰兩個(gè)壓頭的擠壓點(diǎn)之間的空隙就越小，</p><p>　　若這個(gè)空隙過(guò)小，將導(dǎo)致輸液管始終被完全壓緊，使輸液泵無(wú)法正常輸液。而且壓頭數(shù)量過(guò)少的話，也不能明顯的減小脈動(dòng)。因此，

56、應(yīng)合理設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)輪的尺寸、壓頭大小和壓頭數(shù)量，以保證泵裝置符合設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　對(duì)于給定的輸液管，由于其外徑D一定，則作用于該輸液管的轉(zhuǎn)輪的相鄰兩個(gè)壓頭擠壓點(diǎn)之間的空間（由A和C決定）是一定的。當(dāng)D一定時(shí)，A的值應(yīng)滿足A≥D，若A<D，則在相鄰兩個(gè)壓頭擠壓點(diǎn)之間的輸液管會(huì)被轉(zhuǎn)輪的凹處擠壓，影響輸液效果。輸液管的外徑為4mm，則尺寸A應(yīng)滿足A≥4mm，取A=4mm。</p><p

57、>　　由于輸液管有一定的強(qiáng)度和韌性，當(dāng)壓頭擠壓輸液管時(shí)，在擠壓點(diǎn)兩邊的管壁也會(huì)隨之變形，若C值過(guò)小會(huì)導(dǎo)致輸液管始終被完全壓緊，C值過(guò)大相當(dāng)于減少了壓頭的數(shù)量，導(dǎo)致脈動(dòng)增大。因此，若轉(zhuǎn)輪尺寸一定，根據(jù)達(dá)到最多的壓頭數(shù)量，同時(shí)又保證輸液管不被始終壓緊的原則，可以得到C值的最小值。</p><p>　　經(jīng)測(cè)量，當(dāng)相鄰兩個(gè)壓頭的擠壓點(diǎn)距離大于6mm時(shí)，擠壓點(diǎn)之間的輸液管最大外徑仍為4mm，即該段輸液管的中間部分未受

58、到兩邊壓頭擠壓的影響，沒(méi)有發(fā)生變形，則尺寸C的最小值為6mm。為避免壓頭損傷輸液管的表面，尺寸B值不應(yīng)過(guò)小，其最小值為3mm為宜。壓頭的個(gè)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，設(shè)計(jì)起來(lái)較為方便，則其個(gè)數(shù)可取6、8和10（4個(gè)較少不易改善脈動(dòng)現(xiàn)象，12個(gè)較多使尺寸變大），由于輸液泵的結(jié)構(gòu)為三個(gè)轉(zhuǎn)輪并排放置，其兩邊轉(zhuǎn)輪的工作軌道為四分之一圓弧，因此在此工作軌道內(nèi)，6個(gè)壓頭的轉(zhuǎn)輪只有2個(gè)壓頭在同時(shí)擠壓輸液管，8個(gè)和10個(gè)壓頭的轉(zhuǎn)輪都有3個(gè)，而8個(gè)壓頭的轉(zhuǎn)輪雖然有3個(gè)，

59、但其中兩個(gè)都處于圓弧面的邊緣，為了保證有更多的壓頭能完全擠壓住輸液管，經(jīng)過(guò)綜合考慮，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)輪的壓頭數(shù)量為10個(gè)，使輸液泵裝置的結(jié)構(gòu)有利于精確控制輸液量和輸液速度。而通過(guò)輸液管彎曲半徑最小值確定的轉(zhuǎn)輪直徑為26mm，因此轉(zhuǎn)輪的最小直徑為28.7mm，考慮到更好的避免輸液管發(fā)生局部變形，則適當(dāng)?shù)脑黾愚D(zhuǎn)輪直徑，取31.2mm（見(jiàn)第5章內(nèi)容）轉(zhuǎn)輪的厚度應(yīng)不小于輸液管被完全擠壓后的寬度（6mm），取6mm。由于輸液泵是齒輪傳動(dòng)，因此在轉(zhuǎn)輪上應(yīng)加上

60、齒輪，把</p><p><b>　　3.2.2上蓋設(shè)計(jì)</b></p><p>　　根據(jù)輸液泵的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)輪組的工作軌道應(yīng)為兩個(gè)四分之一圓弧以及中間一條直線段，則與之相配合的壓蓋內(nèi)側(cè)應(yīng)有具有相同的曲面，為了防止輸液管隨著轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)而移動(dòng)，在壓蓋內(nèi)側(cè)設(shè)計(jì)一個(gè)U型槽，其尺寸應(yīng)能滿足輸液管完全被擠壓后的寬度（6mm），設(shè)計(jì)U型槽尺寸為7×5mm。</p>

61、;<p>　　由于壓蓋通過(guò)U型槽與轉(zhuǎn)輪組相配合，致使壓板只能從垂直于殼體上表面的方向安裝和取下，而且壓板與殼體的緊固的操作也應(yīng)以簡(jiǎn)便為主，能夠很容易的安裝輸液管，據(jù)此，將壓板與泵殼體的連接與緊固方式設(shè)計(jì)為一端通過(guò)一個(gè)卡扣與殼體卡緊，另一端通過(guò)一個(gè)擰緊旋鈕與固定在殼體上的螺栓連接，因此實(shí)際操作時(shí)，只需將壓板垂直于殼體放好，將卡扣卡緊后擰緊旋鈕即可，簡(jiǎn)單方便。</p><p>　　3.2.3傳動(dòng)齒輪設(shè)計(jì)

62、</p><p>　　輸液泵裝置采用齒輪傳動(dòng)，裝置內(nèi)一共有三種齒輪，分別是和轉(zhuǎn)輪設(shè)計(jì)成一體的轉(zhuǎn)輪齒輪Ⅰ（三個(gè)）、用于相鄰兩個(gè)轉(zhuǎn)輪傳動(dòng)的齒輪Ⅱ（兩個(gè)），以及步進(jìn)電機(jī)軸上用來(lái)驅(qū)動(dòng)中間轉(zhuǎn)輪的齒輪Ⅲ（一個(gè)），它們均采用漸開(kāi)線圓柱齒輪的形式。</p><p>　　3.2.3.1齒輪Ⅰ由于轉(zhuǎn)輪直徑為31.2mm，尺寸A=4mm，則齒輪Ⅰ的齒頂圓直徑不能超過(guò)da=31.2-2×4=23.2mm

63、。</p><p>　　按設(shè)計(jì)計(jì)算公式1選擇齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)。</p><p>　　1）根據(jù)傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。</p><p>　　2）運(yùn)輸機(jī)為一般機(jī)器，速度不高，選用7級(jí)精度</p><p>　　3）材料選擇由表(10-1)選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為2

64、40HBS，二者硬度差為40HBS。</p><p>　　4）初選小齒輪的齒數(shù)，選</p><p>　　2按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)</p><p>　　由設(shè)計(jì)公式（注:腳標(biāo)t表示試選或試算值,下同.）</p><p>　?。?）確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值</p><p><b>　　1）試選載荷系數(shù)</b>&

65、lt;/p><p><b>　　2）計(jì)算小齒輪轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　3）由表10-7選取齒寬系數(shù)（非對(duì)稱布置）</p><p>　　4）由表10-6查取材料彈—性-影-響-系-數(shù)</p><p>　　5）由圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度</p><p

66、>　　6）由式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)</p><p>　?。╦為齒輪轉(zhuǎn)一圈，同一齒面嚙合次數(shù)；為工作壽命）</p><p>　　7）由圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)</p><p>　　8）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力</p><p>　　取失效概率為1%，安全系數(shù)為S=1，由式10-12得</p><p><

67、b>　?。?）計(jì)算</b></p><p>　　1）試算小齒輪分度圓直徑，代入較小值</p><p><b>　　由計(jì)算式得，</b></p><p><b>　　mm</b></p><p><b>　　2）計(jì)算圓周速度</b></p><

68、;p><b>　　3）計(jì)算齒輪b</b></p><p>　　4)計(jì)算齒寬與齒高比</p><p><b>　　模數(shù)</b></p><p><b>　　齒輪高</b></p><p><b>　　齒高比</b></p><p&g

69、t;<b>　　5）計(jì)算載荷系數(shù)K</b></p><p>　　根據(jù)，7級(jí)精度，由圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)</p><p><b>　　由表10-2查得</b></p><p>　　由表10-4用插值法，7級(jí)精度,小齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱布置</p><p><b>　　查得</b>

70、;</p><p><b>　　由查圖10-13得</b></p><p><b>　　故載荷系數(shù)</b></p><p><b>　　=1.562</b></p><p>　　6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算分度圓直徑，由式（10-10a）得</p><p&g

71、t;<b>　　7）計(jì)算模數(shù)</b></p><p>　　3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)</p><p><b>　　由式（10-5）</b></p><p><b>　?。?）確定計(jì)算參數(shù)</b></p><p>　　1)圖10-20C查得小齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪彎曲疲勞<

72、/p><p><b>　　強(qiáng)度極限為</b></p><p>　　由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)</p><p>　　3)算彎曲疲勞許用應(yīng)力</p><p>　　取彎曲疲勞安全系數(shù)由公式(10-12)得</p><p><b>　　4)算載荷系數(shù)=</b></p>

73、<p>　　5)取齒形系數(shù)，應(yīng)力校正系數(shù)</p><p><b>　　由表10-5查得</b></p><p>　　6)比較大小齒輪的大小</p><p><b>　　大齒輪的數(shù)值大</b></p><p><b>　?。?）設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p>

74、<p>　　對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，終合考慮，滿足兩方面，對(duì)模數(shù)就近取整，則</p><p><b>　　m=0.5</b></p><p><b>　　4幾何尺寸計(jì)算</b></p><p><b>　　（1）計(jì)算中心距</b></

75、p><p><b>　　=15mm</b></p><p><b>　　(2)分度圓直徑</b></p><p>　　所有齒輪的結(jié)構(gòu)及相互定位如圖3-8所示。</p><p>　　圖3-8齒輪定位示意圖</p><p>　　3.2.4殼體的設(shè)計(jì)</p><p&

76、gt;　　殼體分為前后兩個(gè)部分，如圖2-9所示，前部分的外側(cè)有用于和壓蓋卡扣相配合的凸起部分，后部分的外側(cè)固定有用于和擰緊旋鈕連接的螺栓。殼體兩部分內(nèi)壁的對(duì)應(yīng)位置都有用于齒輪軸向定位的凸臺(tái)，凸臺(tái)上有用于定位軸的孔。殼體下端鉆有螺紋孔，零件安裝完成后，用螺栓將兩部分連接在一起形成完整的殼體。為了精確定位壓蓋與殼體的相互位置，殼體后部分的左右兩端設(shè)置了銷，防止壓蓋與殼體位置存在偏差影響轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。另外殼體與壓蓋接觸的表面粘有厚度為1mm的橡

77、膠墊，目的是使壓蓋能通過(guò)后部分兩側(cè)的殼壁上設(shè)計(jì)了缺口，目的是使輸液管能更自然的放置，以免彎曲半徑過(guò)小發(fā)生局部變形。殼體后壁上留有能使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸及驅(qū)動(dòng)齒輪通過(guò)的孔，孔的位置由齒輪Ⅰ和齒輪Ⅲ的尺寸和相對(duì)位置決定。</p><p>　　殼體的壁厚為5mm，由于前后殼體在兩側(cè)和下端有螺栓連接，設(shè)計(jì)此處壁厚為10mm。</p><p>　　圖2-11輸液泵的裝配示意圖</p><

78、;p>　　Fig.2-11Sketchmapoftransfusionpumpassemblage</p><p><b>　　3.3本章小結(jié)</b></p><p>　　通過(guò)對(duì)目前常見(jiàn)的醫(yī)用輸液泵的優(yōu)缺點(diǎn)及影響蠕動(dòng)泵脈動(dòng)大小主要因素的</p><p>　　分析，提出了一種新型輸液泵的設(shè)計(jì)方案，通過(guò)對(duì)方案的可行性驗(yàn)證，證明采</p&

79、gt;<p>　　用轉(zhuǎn)輪組結(jié)構(gòu)運(yùn)行的輸液泵能夠有效地減小脈動(dòng)，而且能保證精確控制輸液量</p><p>　　和輸液速度，泵裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積很小，符合設(shè)計(jì)要求。并計(jì)算出了泵裝置</p><p>　　所有元件的尺寸及參數(shù)，用solidworks繪圖軟件畫出了所有元件的結(jié)構(gòu)圖。</p><p>　　第4章 輸液泵電控設(shè)計(jì)</p><p

80、><b>　　4.1總體方案論證</b></p><p>　　在詳細(xì)的了解了設(shè)計(jì)要求后，通過(guò)資料的查閱，對(duì)各部分功能的掌握以及以往輸液器成品的了解，在反復(fù)比較和計(jì)算的前提下，建立了總體方案的框圖。</p><p><b>　　圖1.1</b></p><p>　　總體上確立了由AT89C51為控制芯片，通過(guò)擴(kuò)展片8

81、255連接鍵盤，并由液滴監(jiān)控電路、氣泡檢測(cè)電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和RS-232與上位機(jī)連接形成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。利用紅外傳感器檢測(cè)液滴流速，將采集到的數(shù)據(jù)送與AT89C51；CPU則控制步進(jìn)電機(jī)蠕動(dòng)角度和速度，將步進(jìn)電機(jī)的角度轉(zhuǎn)動(dòng)量轉(zhuǎn)化為直線進(jìn)給，并反復(fù)計(jì)算得出在一段時(shí)間內(nèi)電機(jī)控制下的實(shí)際滴數(shù)其與預(yù)設(shè)值相比，保證在系統(tǒng)允許誤差范圍內(nèi)正常工作。保持系統(tǒng)穩(wěn)定、精確的工作。</p><p><b>　　4.2方案比

82、較</b></p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　利用紅外管發(fā)出紅外光，受到莫菲氏管內(nèi)液滴的阻擋，變成斷續(xù)的液滴信號(hào)，紅外受光管將受到的斷續(xù)得信號(hào)整形、放大成脈沖信號(hào)。這個(gè)信號(hào)經(jīng)接口電路送入微機(jī)處理器，處理器根據(jù)原設(shè)定的醫(yī)學(xué)要求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并送往輸出接口電路，再由電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，直流電機(jī)帶動(dòng)氣泵往藥液瓶?jī)?nèi)送氣，使瓶?jī)?nèi)

83、產(chǎn)生一定的壓力，以控制液滴的滴注速度，使之達(dá)到臨床輸液要求。</p><p>　　總體結(jié)構(gòu)如圖1.2所示。</p><p><b>　　圖1.2</b></p><p>　　具體使用方法如下：a.準(zhǔn)備好藥液，將輸液瓶卡入支架內(nèi)，并將氣泵嘴插入氣管口內(nèi)，將莫非氏管卡入莫非氏支架內(nèi)。b.將電源開(kāi)關(guān)置于ON，儀器顯示01：23：45，此時(shí)按一下設(shè)

84、置，儀器顯示500ml，根據(jù)實(shí)際藥液量，用++鍵、+鍵或-鍵，設(shè)置好輸液總量。c.再按設(shè)置鍵，儀器顯示40滴，根據(jù)病情用++鍵、+鍵、-鍵設(shè)置輸液速度（滴/分）。d.斷續(xù)按動(dòng)NC鍵，使輸液管排氣，當(dāng)空氣排凈后使液滴正常滴注。e.常規(guī)消毒后，將輸液針頭插入靜脈，固定好，按行動(dòng)鍵，自動(dòng)輸液開(kāi)始。f.當(dāng)藥液剩余量為30ml時(shí)，儀器蜂鳴報(bào)警，待輸液結(jié)束，取出針頭、藥瓶，將電源開(kāi)關(guān)置于off。g.需要充電時(shí)，將充電器輸出插頭插入儀器充電

85、插座內(nèi)，充電器指示燈亮，當(dāng)指示燈熄滅，充電結(jié)束。方案二：</p><p>　　采用AT89C51芯片，通過(guò)光電傳感器監(jiān)測(cè)液滴信號(hào)，經(jīng)脈沖整形電路送芯片（當(dāng)無(wú)液滴落下時(shí)，光電傳感器輸出低電平；當(dāng)液滴經(jīng)過(guò)傳感器，傳感器感測(cè)到光線變化，輸出脈沖信號(hào)，送與芯片的電平為高電平），單片機(jī)芯片根據(jù)接收到的脈沖的頻率就可以計(jì)算出當(dāng)時(shí)的輸液速度，并控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速以精確控制流量和流速。一、本方案的液滴檢測(cè)部分采用的是直射式紅外

86、光電傳感器ST150該傳感器特點(diǎn)如下：1．采用高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成。2．采用非接觸檢測(cè)方式。3．光縫寬度（分辨率）有0.8mm、0.4mm兩種該光電傳感器外形尺寸小巧，靈敏度高且價(jià)格便宜，能滿足本設(shè)計(jì)輸液器的各項(xiàng)性能要求指標(biāo)。二、步進(jìn)電機(jī)部分采用四相步進(jìn)電機(jī)35by48bh10驅(qū)動(dòng)電壓為12v。采用ULN2003芯片對(duì)其驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電壓為5v，該電壓小于12v，因此要外加電壓直到12v從而為電機(jī)提供

87、足夠的能量。三、顯示部分采用數(shù)碼管顯示方式，比起液晶顯示器數(shù)碼管能實(shí)現(xiàn)相同的功能且價(jià)格低廉，所以選擇74LS48數(shù)碼管顯示較為合理。四、步進(jìn)電機(jī)控制液滴—流速為力求得到準(zhǔn)確的、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，并且控制液滴數(shù)和預(yù)設(shè)值的起始</p><p>　　測(cè)得電機(jī)轉(zhuǎn)角最大值和最小值的滴數(shù)。根據(jù)病人的實(shí)際情況設(shè)定預(yù)設(shè)值，假如起始值輸入每分鐘100滴，設(shè)定測(cè)試時(shí)間的范圍為30秒，如果實(shí)際得到只有60滴，而此時(shí)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角為3

88、0度，那么加大步進(jìn)電機(jī)的進(jìn)給角度為60度，得出實(shí)際的滴數(shù)，假如得到110滴，那么逐漸減小角度，若得到90滴，就再加大進(jìn)給角度，經(jīng)過(guò)多次的調(diào)試，得到再測(cè)試時(shí)間范圍內(nèi)的穩(wěn)定實(shí)際數(shù)值在和預(yù)設(shè)值的允許誤差范圍內(nèi)，則此方案可行。因?yàn)闇y(cè)試時(shí)間較短，一個(gè)儲(chǔ)液瓶滴完大概要一個(gè)小時(shí)左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于裝置的測(cè)試時(shí)間，一點(diǎn)不影響正常病人藥液的輸入，故可以忽略。此計(jì)算方法簡(jiǎn)單明了，容易實(shí)施。比較以上兩種方案，前一種控制復(fù)雜，系統(tǒng)造價(jià)較高且精度不好，利用空氣壓力控

89、制流速會(huì)對(duì)外界條件的要求很苛刻，對(duì)輸液瓶的結(jié)構(gòu)要求也很高，不適合使用在經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)的醫(yī)療機(jī)構(gòu)或站地醫(yī)療之中。而方案二控制原理簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)的功能俱全，且整體造價(jià)經(jīng)濟(jì)，易于操作，對(duì)外界環(huán)境要求不高，是總體性價(jià)比較高的方案，故選擇第二套方案。</p><p>　　第5章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　5.1總體硬件設(shè)計(jì)</b></p><p&g

90、t;　　硬件設(shè)計(jì)的基本思路是實(shí)用、可靠以及小型化。為此選用了美國(guó)ATMEL公司AT89C51單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。</p><p>　　氣泡檢測(cè)電路由紅外傳感器及放大器組成。傳感器采用S

91、T150,當(dāng)有氣泡通過(guò)時(shí),發(fā)射管發(fā)射出的光信號(hào)由于氣泡的影響而改變了強(qiáng)度,造成接收管電壓的改變,經(jīng)放大器LM324放大后給89C51發(fā)出一個(gè)低電平信號(hào)。阻塞檢測(cè)電路由一個(gè)橡膠導(dǎo)管及微動(dòng)開(kāi)關(guān)組成,當(dāng)出現(xiàn)輸液阻塞現(xiàn)象時(shí),藥液流入橡膠導(dǎo)管,觸動(dòng)微動(dòng)開(kāi)關(guān),微動(dòng)開(kāi)關(guān)發(fā)給89C51一個(gè)低電平號(hào),89C51接到低電平信號(hào)后,控制報(bào)警蜂鳴器及故障報(bào)警燈進(jìn)行聲光報(bào)警,步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)動(dòng),進(jìn)行故障處理。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用ULN2003芯片,89C51通過(guò)驅(qū)

92、動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī),步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速與輸液速度成正比?？刂齐姍C(jī)的轉(zhuǎn)速即可改變輸液的速度。輸液容量與步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的步數(shù)以及輸液泵系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量(即步進(jìn)電機(jī)每運(yùn)行一步輸液泵輸出藥液的體積)成正比。不同的輸液管對(duì)應(yīng)的脈沖當(dāng)量不同?？刂撇竭M(jìn)電機(jī)運(yùn)行的步數(shù)即可控制輸液量。</p><p>　　5.2 AT89C51單片機(jī)管腳特性及相應(yīng)參數(shù)</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可

93、擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。</p><p>　　5.1.1主

94、要特性　</p><p>　　·與MCS-51兼容</p><p>　　·4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器</p><p>　　·壽命：1000寫/擦循環(huán)</p><p>　　·數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年</p><p>　　·全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz</p>&

95、lt;p>　　·三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定</p><p>　　·128×8位內(nèi)部RAM</p><p>　　·32可編程I/O線</p><p>　　·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器</p><p><b>　　·5個(gè)中斷源</b></p><p&

96、gt;<b>　　·可編程串行通道</b></p><p>　　·低功耗的閑置和掉電模式</p><p>　　·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路</p><p><b>　　5.1.2管腳說(shuō)明</b></p><p><b>　　VCC：供電電壓。</b>&l

97、t;/p><p><b>　　GND：接地。</b></p><p>　　P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。</p

98、><p>　　P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。</p><p>　　P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口

99、被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。</p><p>　　P3

100、口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。</p><p>　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：</p><p><b>　　口管腳備選功能</b></p>

101、<p>　　P3.0RXD（串行輸入口）</p><p>　　P3.1TXD（串行輸出口）</p><p>　　P3.2/INT0（外部中斷0）</p><p>　　P3.3/INT1（外部中斷1）</p><p>　　P3.4T0（記時(shí)器0外部輸入）</p><p>　　P3.5T1（記時(shí)器1外部輸入）&l

102、t;/p><p>　　P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）</p><p>　　P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）</p><p>　　P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。</p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。</p><p>　　ALE/PR

103、OG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果

104、微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。</p><p>　　/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。</p><p>　　/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)

105、部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。</p><p><b>　　圖5.1</b></p><p&

106、gt;<b>　　振蕩器特性:</b></p><p>　　XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。</p><p>　　5.3傳感器

107、控制檢測(cè)</p><p>　　氣泡檢測(cè)電路由紅外傳感器及放大器組成。傳感器采用ST150紅外對(duì)管,當(dāng)有氣泡通過(guò)時(shí),發(fā)射管發(fā)射出的光信號(hào)由于氣泡的影響而改變了強(qiáng)度,造成接收管電壓的改變經(jīng)放大器LM324放大后給AT89C51發(fā)出一個(gè)低電平信號(hào)。阻塞檢測(cè)電路由一個(gè)橡膠導(dǎo)管及微動(dòng)開(kāi)關(guān)組成,當(dāng)出現(xiàn)輸液阻塞現(xiàn)象時(shí),藥液流入橡膠導(dǎo)管,觸動(dòng)微動(dòng)開(kāi)關(guān),微動(dòng)開(kāi)關(guān)發(fā)給AT89C51一個(gè)低電平信號(hào),AT89C51接到低電平信號(hào)后,控制

108、報(bào)警蜂鳴器及故障報(bào)警燈進(jìn)行聲光報(bào)警,步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)動(dòng),進(jìn)行故障處理。輸液完畢與此同理。</p><p>　　本方案的液滴檢測(cè)部分采用的是直射式紅外光電傳感器ST150特點(diǎn)：1．采用高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成。2．采用非接觸檢測(cè)方式。3．光縫寬度（分辨率）有0.8mm、0.4mm兩種該光電傳感器外形尺寸小巧，靈敏度高且價(jià)格便宜，能滿足本設(shè)計(jì)輸液器各項(xiàng)性能要求指標(biāo)。</p>

109、<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3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。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。每一組運(yùn)算放大器可用圖1所示的符號(hào)來(lái)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)

110、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的引腳排列下圖。</p><p><b>　　圖5.2</b></p><p>　　5.4步進(jìn)電機(jī)控制電路</p><p>　　在這里采用ULN200

111、3芯片來(lái)對(duì)四相步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　下面介紹用AT89C51單片機(jī)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的方法。這款步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓12V步進(jìn)角為7.5度一圈360度,需要48個(gè)脈沖完成。該步進(jìn)電機(jī)有6根引線，排列次序如下：1:紅色、2:紅色、3:橙色、4:棕色、5:黃色、6:黑色。采用51驅(qū)動(dòng)ULN2003的方法進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。硬件連接如下圖。圖3.3</p><p>　　ULN2003的驅(qū)動(dòng)直

112、接用單片機(jī)系統(tǒng)的5V電壓，可能力矩不是很大，可自行加大驅(qū)動(dòng)電壓到12V。</p><p>　　;A組線圈對(duì)應(yīng)P2.4;B組線圈對(duì)應(yīng)P2.5;C組線圈對(duì)應(yīng)P2.6;D組線圈對(duì)應(yīng)P2.7;正轉(zhuǎn)次序:AB組--BC組--CD組--DA組(即一個(gè)脈沖,正轉(zhuǎn)7.5度)。</p><p>　　5.5 滴數(shù)換算方法</p><p>　　測(cè)得電機(jī)轉(zhuǎn)角最大值和最小值的滴數(shù)。根

113、據(jù)病人的實(shí)際情況設(shè)定預(yù)設(shè)值，假如起始值輸入每分鐘100滴，設(shè)定測(cè)試時(shí)間的范圍為30秒，如果實(shí)際得到只有60滴，而此時(shí)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角為30度，那么加大步進(jìn)電機(jī)的進(jìn)給角度為60度，得出實(shí)際的滴數(shù)，假如得到110滴，那么逐漸減小角度，若得到90滴，就再加大進(jìn)給角度，經(jīng)過(guò)多次的調(diào)試，得到再測(cè)試時(shí)間范圍內(nèi)的穩(wěn)定實(shí)際數(shù)值在和預(yù)設(shè)值的允許誤差范圍內(nèi)，則此方案可行。因?yàn)闇y(cè)試時(shí)間較短，一個(gè)儲(chǔ)液瓶滴完大概要一個(gè)小時(shí)左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于裝置的測(cè)試時(shí)間，一點(diǎn)不影響正

114、常病人藥液的輸入，故可以忽略。此計(jì)算方法簡(jiǎn)單明了，容易實(shí)施。</p><p>　　5.6鍵盤和顯示部分</p><p>　　鍵盤的主要功能是隨時(shí)設(shè)定輸液速度，本設(shè)計(jì)的鍵盤部分設(shè)計(jì)十分簡(jiǎn)單，按鍵“++”的的功能是加大輸液輸液速度按鍵的輸入值設(shè)為F，按鍵“——”的功能是減小輸液速度按鍵的輸入值暫定為E，按鍵“啟停”的功能是設(shè)定輸液速度后按一下這是輸液開(kāi)始，再按一下輸液停止按鍵設(shè)為D。輸液速度和