電子裝備設(shè)計課程設(shè)計--點滴速度及液面控制設(shè)計

1、<p><b>　　《電子裝備設(shè)計》</b></p><p><b>　　課程設(shè)計報告</b></p><p>　　學校學院： </p><p>　　專業(yè)班級： </p><p>　　學 號：

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

3、b></p><p>　　利用光透射原理。使用紅外對管實現(xiàn)對液體點滴速度的檢測。當利用光的反射原理。使用反射式紅外光電傳感器檢測。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的強弱產(chǎn)生脈沖信號，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單片機可以處理的脈沖信號。實現(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;　　光反射原理檢測電路</b></p><p><b>　　輸液瓶液面檢測</b></p><p>　　通過軟件設(shè)置完全可以通過檢測點滴速度來產(chǎn)生報警信號，因此可以去掉液面檢測電路而完全由液體點滴速度檢測電路代替。這樣就不需要硬件的儲液瓶液面檢測電路，而由軟件控制。</p><p><b>　　鍵盤方案</b&g

5、t;</p><p>　　采用獨立式按鍵電路，每個按鍵單獨占有一根I/O接口線,每個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。缺點為當按鍵較多時占用單片機的I/O口數(shù)目較多，優(yōu)點為電路設(shè)計簡單，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)碼管顯示點滴數(shù)目。數(shù)碼管具有低能

6、耗、低損耗、低壓、壽命長、耐老化，對外界環(huán)境要求較低。同時數(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>　　電動機系統(tǒng)方案</b></p><p>　　采用單電機控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)是電機，用電機控制儲液瓶的高度，點滴測速傳感器測點滴水速，傳給從單片機處理輸出。單片機根據(jù)儲液瓶內(nèi)液面的高度H1，滴斗內(nèi)液面的高度H2，利用經(jīng)驗公

7、式或是實測關(guān)系計算出儲液瓶應(yīng)在的高度。用直流電機控制液瓶上升或下降的高度。這個方案避開了因為點滴速度不準確，測試點滴水速很長的時間開銷的問題。所以控制起來的反應(yīng)相對比較快。但存在電機是不是能測準控制長度，傳感器能不能測準高度的問題。</p><p><b>　　點滴速度控制方案</b></p><p>　　采用單片機和可編程邏輯器件控制輸液軟管的松緊來控制點滴速度。改

8、變塑料點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。首先由于對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，但以其結(jié)構(gòu)小巧，可移動性強，電機要求低，機械設(shè)備簡潔的優(yōu)點。</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)可以分為以下幾個模塊：點滴速度測量模塊，儲液液面檢測模塊，鍵盤顯示模塊，電機系統(tǒng)控制（點滴速度控制）模塊。</p><p><b>　　系統(tǒng)基本框圖</b></p><p>　　系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn)</p><p>　　系統(tǒng)硬件的基本

10、組成部分</p><p>　　傳感器檢測部分：系統(tǒng)利用紅外對管發(fā)射接收即光電傳感器將檢測到的信號轉(zhuǎn)化為控制器可以辨別的電信號。傳感器檢測電路包括2個單元電路：點滴速度測量電路、儲液檢測電路。</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進行邏輯判斷，控制點滴的速度及數(shù)碼管的顯示，完成了點滴裝置的自動檢測、自動調(diào)速、數(shù)碼顯示及報警功能等各項任務(wù)?？刂撇糠种饕?

11、個電路：單片機控制電路、電動機的驅(qū)動電路、數(shù)碼管的動態(tài)顯示電路。</p><p>　　液體點滴速度檢測電路</p><p>　　液體點滴速度檢測是整個系統(tǒng)的重要組成部分，檢測精度是衡量系統(tǒng)精確性的一個最重要指標。將滴管放置在檢測用槽形光耦的中間，在檢測過程中，液滴呈近橢圓狀向下加速運動并通過槽型光耦。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，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。因為系統(tǒng)滴速范圍為60-80 滴/分，以最快要求來算，每分 80 滴，兩滴之間的最小間隔時間為0.75s，所設(shè)計的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器就應(yīng)該使得暫穩(wěn)態(tài)的時間小于0.75s。取R=400K,C=1uF,則暫穩(wěn)態(tài)的時間為T=1.1RC=0.44s，可以有效的避免兩個液滴之間的干擾。當沒有液滴滴落時，通過傳感器的光照強度最大，

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；當有液滴滴落時，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是否有液滴通過。</p><p>　　液體點滴速度檢測電路</p><p><b>　　儲液瓶液面檢測電路</b></p><p>　　液位檢測是指輸液時，當液

14、面低于給定的輸液位置時，認為輸液過程己經(jīng)結(jié)束，應(yīng)發(fā)出報警信號，停止輸液操作，以保證患者的安全液位檢測電路原理圖如圖2-2所示。當瓶內(nèi)藥液液面在光路之上時，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”；當瓶內(nèi)藥液液面逐漸下降至光路附近時，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”，此時驅(qū)動相應(yīng)電路發(fā)出報警信號，通知醫(yī)護人員及時采取措施。報警時的輸液剩余量應(yīng)該足夠，符合

15、護理人員對藥液剩余量。</p><p>　　其報警信號也是由儲液信號來決定的。當儲液的液面的高度為2～3cm后，會由紅外對管發(fā)射接收產(chǎn)生檢測信號，即為報警信號。報警電路如圖示。</p><p><b>　　儲液瓶液面檢測電路</b></p><p><b>　　報警電路</b></p><p>&l

16、t;b>　　鍵盤電路</b></p><p>　　每個按鈕開關(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)。要進行設(shè)定之前首先要按下“Ctrl”按鈕，輸出高電平給單片機的 P0.0，說明設(shè)定開始。之后若按下按鈕“++”，輸出高電平給單片機的 P0.1；若按下按鈕“--”，輸出高電平給單片機的 P0.2。退出設(shè)定，要求同時給 P0.1和 P0.2 以高電平,即需要同時按下按

17、鈕 “++”“--”對單片機進行說明。</p><p><b>　　鍵盤電路</b></p><p><b>　　電動機驅(qū)動電路</b></p><p>　　如圖路采用的是H型的開關(guān)驅(qū)動電路。整個的電路可以分為兩級：第一級接單片機的I/O口，用射極跟隨電路加大電流的驅(qū)動能力；第二級才是驅(qū)動電路。當P3.0為高電平時，Q2導(dǎo)

18、通，Q1，Q3導(dǎo)通，電動機兩端的電壓為+5V，電動機正轉(zhuǎn)；當P3.1為高電平時，Q5導(dǎo)通，Q4，Q6導(dǎo)通，電動機兩端的電壓為-5V，電動機反轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　電機驅(qū)動電路</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、一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按能顯示多少個“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極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽極數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽極數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到+5V，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，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)用時應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮。當某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。在此次設(shè)計中，使用的是共陰極七段數(shù)碼管。</p><p>　　點亮LED顯示器有靜態(tài)和動態(tài)兩種方法。所謂靜態(tài)顯示，就是顯示某一字符時，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、的場合。</p><p>　　所謂動態(tài)顯示，就是一位一位地輪流點亮各位顯示器。對每一位顯示器而言，每隔一段時間點亮一次。顯示位的亮度既跟導(dǎo)通電流有關(guān)，也和點亮時間與間隔時間的比例有關(guān)。動態(tài)顯示器因其硬件成本較低，多數(shù)顯示時常常采用。</p><p>　　數(shù)碼管選用好后，將與其他硬件連接以完成一個理想的動態(tài)顯示系統(tǒng)。然而，每個數(shù)碼管都需要6個段碼掃描端和2兩個位碼掃描端。但是單片機上輸出口只

22、有有限的幾個可以使用，難以滿足數(shù)碼管的多輸入（單片機多輸出）的要求。因此，需要解決端口的局限問題進行進一步的設(shè)計。解決端口問題時，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)動器74LS06進行對端口的擴展與補充。</p><p><b>　　系統(tǒng)軟件設(shè)計</b></p><p>　　主程序?qū)δK進行初始化，接收從傳感器傳來的信號，并對此信號進

23、行處理，輸出調(diào)整信號控制電動機的轉(zhuǎn)動，掃描鍵盤進行動態(tài)顯示。用的是循環(huán)查詢方式，來顯示和控制點滴的速度。</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

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

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

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

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

28、 1個 0.1uF </p><p><b>　　心得體會：</b></p><p>　　本次設(shè)計運用了各類傳感器，同時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)計的方面，經(jīng)過仔細斟酌篩選出最好最方便的設(shè)計方案。在設(shè)計過程中，我遇到的問題很

29、多，在同學老師的幫助下，完成了本次的設(shè)計。越是不懂的東西才要去學，在學習的過程中你會收獲很多，其中一點就是互相學習是最好的學習途徑，在學習之后你會感覺到很有成就感，這也是我在完成設(shè)計之后體會到的。</p><p>　　通過這次的設(shè)計，讓我了解設(shè)計電路的程序與設(shè)計理念。通過這次學習，讓我對各種電路與電子裝備設(shè)計兩門課都有了更深層次的了解，對于我以后的工作學習有很大的幫助。在整個設(shè)計的過程中我學到了做任何事情所要有的

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

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32、>　　[4] 王兆月等.微型計算機接口技術(shù).機械工業(yè)出版社.2006 </p><p>　　[5]全國大學生電子設(shè)計競賽獲獎作品選編2003.北京理工大學出版.2005 </p><p>　　[6] 王紫婷,王瑞峰,嚴天峰.智能液體點滴速度監(jiān)控儀.自動化與儀器儀表,2004,(5)：48-50.

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