電子與信息工程畢業(yè)論文醫(yī)院點滴自動控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計</p><p>　　醫(yī)院點滴自動控制系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 電子與信息工程 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 <

2、;/p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　醫(yī)院點滴自動控制系統(tǒng)是實現(xiàn)醫(yī)院輸液系統(tǒng)智能化的重要組成部分，也是構(gòu)建現(xiàn)代化、智能化醫(yī)院的重要環(huán)節(jié)

3、。本設(shè)計主要采用多塊STC12C5A60S2單片機(jī)作為系統(tǒng)的從機(jī), 采用一塊STC12C5A60S2單片機(jī)作為該系統(tǒng)的主機(jī)。系統(tǒng)所有的從機(jī)都可以在主機(jī)的控制下完成相應(yīng)的操作，也可以脫離主機(jī)的控制自主完成對點滴速度控制的操作；系統(tǒng)主從機(jī)間的信息交流主要通過電力線載波通信的方法實現(xiàn)，采用LM1893模塊實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信號的調(diào)制和解調(diào)，從而實現(xiàn)了信號在電力線上的傳輸，最終達(dá)到系統(tǒng)主從機(jī)間的兩線制多機(jī)通信的功能；系統(tǒng)同時采用紅外光電管作為點滴滴速的

4、檢測裝置，保證了系統(tǒng)檢測滴速的可靠性和精度。以步進(jìn)電機(jī)作為本設(shè)計的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，采用增量式PID算法實現(xiàn)單片機(jī)對步進(jìn)電機(jī)的精確控制，步進(jìn)電機(jī)在接收到單片機(jī)的信號脈沖后，作出正轉(zhuǎn)或則反轉(zhuǎn)相應(yīng)步數(shù)的操作，從而實現(xiàn)對點滴管管徑的擠壓或者釋放，最后達(dá)到精確控制點滴滴速的目的。此外，還擴(kuò)充了聲光報警等功能。經(jīng)調(diào)試及多次測試，該控制系統(tǒng)運行可靠，實現(xiàn)了醫(yī)院輸液的智能化控制的要求。通過此次設(shè)計，充分體會到醫(yī)院點滴自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)的最大難點在于實現(xiàn)主從機(jī)間

5、可靠的通信和對點滴速度精</p><p>　　關(guān)鍵詞：單片機(jī)；多機(jī)通信；電力線載波通信</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The hospital is to realize the automatic control system for every hospital infusion system i

6、ntellectualization, also an important part of building the modern, an important index of intelligent hospital. This design mainly USES the chunks STC12C5A60S2 single chip microcomputer as system from the machine, with a

7、STC12C5A60S2 single chip microcomputer as the system of the host, system from machine can all finished in under the control of the host, also can corresponding operation control of the com</p><p>　　Keywords:

8、 Single-chip；Multicomputer communication；Power line carrie</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前言1</b></p><p><b>　　第1章 緒論5</b></p><p>

9、　　1.1系統(tǒng)總體設(shè)計方案5</p><p>　　1.2系統(tǒng)組成模塊方案6</p><p>　　1.2.1電源方案6</p><p>　　1.2.2點滴實時檢測方案6</p><p>　　1.2.3主從機(jī)通信信號傳輸方案6</p><p>　　1.2.4點滴滴速控制方案7</p><p&

10、gt;　　第2章 主機(jī)控制系統(tǒng)電路設(shè)計8</p><p>　　2.1主機(jī)系統(tǒng)電源模塊電路設(shè)計8</p><p>　　2.2主機(jī)液晶顯示系統(tǒng)的設(shè)計8</p><p>　　2.3主機(jī)單片機(jī)控制電路的設(shè)計9</p><p>　　2.3.1 STC12C5A60S2單片機(jī)簡介9</p><p>　　2.3.2單片機(jī)

11、最小系統(tǒng)電路組成10</p><p>　　2.3.3 單片機(jī)在線編程功能設(shè)計10</p><p>　　2.4主從機(jī)通信電力線載波通信電路設(shè)計11</p><p>　　2.4.1信號耦合變壓器參數(shù)設(shè)計13</p><p>　　2.4.2諧振電路設(shè)計14</p><p>　　2.5主機(jī)系統(tǒng)點滴報警電路的設(shè)計14

12、</p><p>　　2.6主機(jī)系統(tǒng)點滴速度控制系統(tǒng)設(shè)計14</p><p>　　2.6.1單片機(jī)按鍵電路原理15</p><p>　　2.6.2主機(jī)系統(tǒng)按鍵電路設(shè)計15</p><p>　　第3章 從機(jī)控制系統(tǒng)電路設(shè)計16</p><p>　　3.1從機(jī)系統(tǒng)電源模塊電路設(shè)計16</p>&l

13、t;p>　　3.2從機(jī)系統(tǒng)液晶界面顯示電路設(shè)計16</p><p>　　3.3從機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)控制電路設(shè)計18</p><p>　　3.4步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計18</p><p>　　3.4.1步進(jìn)電機(jī)工作原理18</p><p>　　3.4.2步進(jìn)電機(jī)控制電路設(shè)計18</p><p>　　3.5液體點滴

14、檢測系統(tǒng)設(shè)計20</p><p>　　3.5.1光電三極管工作原理20</p><p>　　3.5.2液體點滴檢測電路設(shè)計20</p><p>　　第4章 軟件系統(tǒng)設(shè)計23</p><p>　　4.1主機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計23</p><p>　　4.2從機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計24</p><p&g

15、t;　　第5章 系統(tǒng)調(diào)試過程25</p><p>　　5.1軟件開發(fā)環(huán)境Keil uVision325</p><p>　　5.1.1 Keil uVision3的外圍接口功能25</p><p>　　5.1.2 Keil uVision3的代碼作用范圍分析功能25</p><p>　　5.2硬件制作調(diào)試過程25</p&g

16、t;<p>　　5.2.1 PCB板前期制作25</p><p>　　5.2.2 PCB板后期制作和元器件焊接26</p><p>　　5.2.3硬件電路調(diào)試26</p><p>　　5.2.5軟硬件系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試26</p><p><b>　　小 結(jié)27</b></p><

17、p><b>　　致 謝28</b></p><p><b>　　[參考文獻(xiàn)]29</b></p><p>　　附錄A：醫(yī)院點滴自動控制系統(tǒng)電路原理圖及實物圖30</p><p>　　附錄B：系統(tǒng)軟件程序33</p><p><b>　　前言</b></p&

18、gt;<p>　　21世紀(jì)是信息技術(shù)高度發(fā)達(dá)的時代，也是智能控制飛速發(fā)展的黃金時期。智能化已逐漸成為當(dāng)今科技社會發(fā)展的主旋律。21世紀(jì)過去的頭十年，先后涌現(xiàn)了建筑智能化、家居智能化、醫(yī)院智能化等一系列全新的生活概念。那么究竟什么才是智能化呢？目前，智能化的概念還沒有一個比較統(tǒng)一、準(zhǔn)確系統(tǒng)的學(xué)說，普遍認(rèn)同的觀點是由現(xiàn)代通信與信息技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、行業(yè)技術(shù)、智能控制技術(shù)匯集而成的針對某一個方面的應(yīng)用的智能集合。</p

19、><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷飛速發(fā)展，醫(yī)院智能化系統(tǒng)已經(jīng)成為衡量一個醫(yī)院現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)準(zhǔn)【1】。通過將先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動化控制技術(shù)等應(yīng)用于現(xiàn)在醫(yī)院中將更好的節(jié)省人力資源，降低能源消耗、提高醫(yī)院內(nèi)工作效率，使現(xiàn)代化醫(yī)院更加人性化，更加高效、穩(wěn)定地運行。智能化醫(yī)院建設(shè)的目標(biāo)就是要實現(xiàn)對醫(yī)院的安全、設(shè)備、信息的有效管理；使智能化系統(tǒng)能為醫(yī)院業(yè)務(wù)管理、設(shè)備運行以及對外服務(wù)提供一個運行平臺，提供

20、高效率、高質(zhì)量的管理和服務(wù)；實現(xiàn)醫(yī)院建筑管理自動化、醫(yī)療管理自動化、安全防范多媒體化、辦公管理智能化；最終形成診療手段完備、管理科學(xué)、信息一體化、高效節(jié)能的信息化、數(shù)字化醫(yī)院【2】。醫(yī)院智能化系統(tǒng)主要包括醫(yī)用信息智能系統(tǒng)、建筑自動化管理系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及智能化基礎(chǔ)平臺四個方面。而實現(xiàn)這些系統(tǒng)功能的核心理論是自動控制理論。一般的自動控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、被控對象、執(zhí)行器等部分【3】。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。</p>&

21、lt;p>　　圖1 自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　(1)、控制器：從最初的單一地以計算機(jī)作為控制系統(tǒng)的控制器，到如今各種各樣功能齊全的微控制器，控制器的發(fā)展經(jīng)歷了幾次質(zhì)的飛躍?？刂破鞯陌l(fā)展正朝著微型、低功耗、功能齊全等方面發(fā)展。應(yīng)用最為廣泛的微控制器包括51、PIC、AVR等系列的單片機(jī)，還包括DSP、ARM芯片等功能齊全的控制器。</p><p>　　以單片機(jī)為例，單

22、片機(jī)就是把各種功能部件包括中央處理器(CPU)、只讀存儲器(ROM)、隨機(jī)存儲器(RAM)、輸入輸出設(shè)備(I/O)、定時器計數(shù)器和串行口等集成在一塊芯片上的單片微型計算機(jī)，是由基于馮．諾依曼結(jié)構(gòu)的微型計算機(jī)發(fā)展而來的【4】。它的發(fā)展階段大致可分為如下四個階段：初始階段、低性能階段、高性能階段、16位單片機(jī)階段【6】。目前，8 位的單片機(jī)是品種最為豐富，應(yīng)用最為廣泛的單片機(jī)，幾乎在我們現(xiàn)代生活的每個方面都存在它的影子，例如家用電器、通訊設(shè)

23、備等等；16位單片機(jī)的應(yīng)用技術(shù)也日益成熟，主要應(yīng)用于工業(yè)控制、智能儀器儀表、便攜式設(shè)備等場合。</p><p>　　未來單片機(jī)發(fā)展的主要方向是在提高CPU的處理能力的同時兼顧系統(tǒng)的功耗、體積、價格、性能等因數(shù)【5】。最近幾年32位的單片機(jī)已越來越受到人們的青睞，處于領(lǐng)先地位的如ARM嵌入式處理器系列。不久之前最新的64位單片機(jī)也已經(jīng)問世，例如東芝公司的TX49系列和TX99系列單片機(jī)。</p>&l

24、t;p>　　(2)、傳感器：是一種以一定精確度把被測量對象（主要是非電量）轉(zhuǎn)換為與之有確定關(guān)系、便于應(yīng)用的某種物理量（主要是電量）的裝置【7】。目前，應(yīng)用最為廣泛的主要包括光電傳感器、溫度傳感器、霍爾傳感器、壓電傳感器等。以光電傳感器檢測技術(shù)為例，光電檢測技術(shù)可分為：光度量和輻射度量的檢測、光電器件及光電成像系統(tǒng)特性的檢測、光學(xué)材料、光學(xué)元件及系統(tǒng)特性的檢測、非光學(xué)物理量的光電檢測【8】。其中，非光學(xué)物理量的光電檢測是當(dāng)前光電檢測

25、技術(shù)應(yīng)用最為廣泛、發(fā)展最快的領(lǐng)域。光電檢測技術(shù)未來的發(fā)展目標(biāo)將是非接觸化、集成化、智能化。非接觸化將是未來傳感器的一大特點，而光電檢測的非接觸式正符合了這個潮流，集成化和智能化則是微機(jī)在檢測系統(tǒng)中應(yīng)用帶來的效果，微控制器的運用將使得傳感器的性能發(fā)生質(zhì)的飛躍。未來傳感器的發(fā)展趨勢將朝著一器多能，智能化等方面發(fā)展。</p><p>　　(3)、控制算法：目前自動控制系統(tǒng)的控制算法包括：PID控制算法、Fuzzy模糊控

26、制算法、Optimal優(yōu)化控制算法、Robust控制算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法、模型預(yù)測控制算法，智能控制算法等【9】。</p><p>　　PID控制算法是工業(yè)生產(chǎn)中最普遍采用的控制方法，計算機(jī)和微控制器控制系統(tǒng)中采用的是數(shù)字PID控制器，它可分為：位置式PID控制算法和增量式PID算法。一般可根據(jù)不同的場合選擇不同的PID控制算法，比如在晶閘管作為執(zhí)行器或者控制精度要求較高的系統(tǒng)中可采用位置式PID控制算法，而步

27、進(jìn)電機(jī)或電動閥門作為執(zhí)行器的系統(tǒng)則可采用增量式PID控制算法。</p><p>　　目前出現(xiàn)的新型PID控制算法還包括自適應(yīng)PID控制、智能PID控制、模糊PID控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制等。目前國際上最新型的PID控制器是基于遺傳算法的PID控制器。所謂遺傳算法即是模擬達(dá)爾文生物進(jìn)化論的自然選擇和遺傳學(xué)機(jī)理的生物進(jìn)化過程的計算模型，是一種通過模擬自然進(jìn)化過程搜索最優(yōu)解的方法【10】。是由美國Michigan大學(xué)J

28、.Holland教授于1975年率先提出的。其基本思想是將待求解問題轉(zhuǎn)換成由個組成的演化群體和對該群體進(jìn)行操作的一組遺傳算子，經(jīng)歷生成一評價一選擇一操作的演化過程，反復(fù)進(jìn)行，直到搜索到最優(yōu)解【25】。</p><p>　　(4)、通信技術(shù)：通信按照傳統(tǒng)的理解就是信息的傳輸，在當(dāng)今高度信息化的社會，信息和通信已成為現(xiàn)代社會的“命脈”。通信的目的就是傳遞消息中包含的信息。按照通信信道中傳輸?shù)男盘栴愋屯ㄐ畔到y(tǒng)分為模擬系

29、統(tǒng)和數(shù)字通信；按照通信方式的不同又可分為單工通信、雙工通信、半雙工通信等【11】。按傳輸媒介還可分為有線通信和無線通信兩大類，有線通信即是指用導(dǎo)線作為傳輸媒質(zhì)完成通信；無線通信即是依靠電磁波在空間傳播達(dá)到傳輸消息的目的。</p><p>　　國外電力線通信研究現(xiàn)狀</p><p>　　目前，國內(nèi)外都在致力于基于電力線通信的研究，最近幾年，基于電力線通信的技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的成就，歐美等一些

30、發(fā)達(dá)國家已發(fā)展到實際應(yīng)用階段。電力線通信技術(shù)的英文簡稱為PLC（Power Line Communication），是指利用電力線傳輸數(shù)據(jù)和話音信號的一種通信方式【12】。電力線通信設(shè)備采用的調(diào)制技術(shù)有正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，以下簡稱OFDM)、多載波調(diào)制(DMT)、擴(kuò)頻及常規(guī)的QPSK，F(xiàn)SK等。由于OFDM的頻譜利用率極高，如今傳輸速率較高的電力線通信技術(shù)均

31、采用OFDM調(diào)制。</p><p>　　PLC通信萌發(fā)于20世紀(jì)20年代,用于發(fā)電廠與變電站之間的調(diào)度通信,主要在中高壓電力線上實現(xiàn)使用模擬技術(shù)傳送語音信號,性能比較差。電力線載波技術(shù)的重大突破發(fā)生在1997年,英國聯(lián)合電力公司的子公司Norweb通信公司與加拿大Nortel公司利用新開發(fā)的數(shù)字配電線載波技術(shù)實現(xiàn)了在配電網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行的1Mbit/s遠(yuǎn)程通信。電力線通信的主要優(yōu)點表現(xiàn)為實現(xiàn)成本低、即插即用、應(yīng)用范圍廣

32、。而其主要缺點表現(xiàn)為噪聲干擾、時變衰減等，一部分是耦合衰減,另一部分是線路衰減。</p><p>　　目前,國外對于PLC應(yīng)用的研究,主要分為歐洲和美國兩大陣營。歐洲主要研究PLC在Internet高速接入網(wǎng)上的應(yīng)用,而美國則把主要研究精力放在PLC在智能小區(qū)建設(shè)以及智能家電領(lǐng)域的應(yīng)用上，包括遠(yuǎn)程抄表和家居自動化方面。</p><p>　　國內(nèi)電力線通信研究現(xiàn)狀</p>&l

33、t;p>　　我國研究PLC技術(shù)起步較晚,但發(fā)展較快。自1997年以來,國內(nèi)有關(guān)電力線調(diào)制解調(diào)器的研制發(fā)開發(fā)工作陸續(xù)見報。中國電力科學(xué)研究院自1997年開始研究PLC技術(shù),主要考慮將其用于低壓抄表系統(tǒng),對傳輸速率要求較低,自1999年5月開始進(jìn)行高速PLC系統(tǒng)的研發(fā)工作, 2000年同韓國KEYIN公司在華北電力大學(xué)和電科院宿舍測試,速率為1Mbit/s。福建省電力試驗研究院在全國首先推出應(yīng)用于電力線上網(wǎng)的電力調(diào)制解調(diào)器,傳輸速度達(dá)

34、到10Mbit/s。</p><p>　　未來電力線通信研究發(fā)展趨勢</p><p>　　未來電力線通信技術(shù)發(fā)展面臨的主要問題包括：（a）、電力線傳輸技術(shù)的完善及通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化選擇。（b）、如何實現(xiàn)電力網(wǎng)與其他通信網(wǎng)絡(luò)(電信網(wǎng)、有線電視網(wǎng)、計算機(jī)網(wǎng)、無線通信網(wǎng))的互聯(lián)以及如何解決由此帶來的復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)管理問題（c）、現(xiàn)有的PLC技術(shù)體制(CEBus、Home Plug等)都存在不完善之處

35、,缺乏規(guī)范性、廣泛性,所針對的技術(shù)相對滯后。</p><p>　　自動控制發(fā)展的高級階段即為智能控制，是人工智能、控制論、系統(tǒng)論、信息論、仿生學(xué)等學(xué)科的高度綜合和集成。智能控制的發(fā)展歷史可以概括為四個階段，包括智能控制的萌芽階段(196年以前)、智能控制的初期階段(1965年-1979年)、智能控制的迅速發(fā)展（1980-1991）、智能控制新的發(fā)展階段（1992年至今）。</p><p>

36、　　國外智能控制的發(fā)展概況</p><p>　　人工智能的發(fā)展促進(jìn)自動控制向智能控制發(fā)展。1965年傅京孫教授首先把人工智能啟發(fā)式推理規(guī)則引入學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)【14】，奠定了智能控制的基礎(chǔ)，開創(chuàng)了智能控制理論的新時代。經(jīng)過半個世紀(jì)的發(fā)展，國外已經(jīng)實現(xiàn)了智能控制的實際應(yīng)用，比如智能家居、只能辦公系統(tǒng)、智能醫(yī)院等一系列的智能化設(shè)施全都是以智能控制為核心的。目前，智能控制技術(shù)在美國、歐洲和日本等發(fā)達(dá)國家得到了飛速發(fā)展。在人

37、工智能技術(shù)領(lǐng)域十分活躍的IBM 公司，已經(jīng)為加州勞倫斯·利佛摩爾國家實驗室制造了ASCI White 電腦，號稱具有人腦的千分之一的智力能力。而正在開發(fā)的更為強(qiáng)大的新超級電腦———“藍(lán)色牛仔”（Blue Jean），據(jù)其研究主任保羅·霍恩稱，“藍(lán)色牛仔”的智力水平將大致與人腦相當(dāng)【24】。</p><p>　　國內(nèi)智能控制的發(fā)展概況</p><p>　　近年來對智能控制

38、的研究也開始活躍并涌現(xiàn)出熱潮。除召開一些與只能控制有關(guān)的學(xué)術(shù)會議（比如中國自動化學(xué)會召開的全球華人智能控制與智能自動化大會；中國智能自動化學(xué)術(shù)會議等）外，在智能控制的研究方面也取得了突破性的進(jìn)展（如浙江大學(xué)、中國科學(xué)院自動化研究所等已經(jīng)取得一批重要成果）。家居智能化、醫(yī)院智能化、辦公智能化等基于智能控制系統(tǒng)的現(xiàn)代化生活方式正悄然興起。技術(shù)的發(fā)展總是超乎人們的想象，要準(zhǔn)確地預(yù)測人工智能的未來是不可能的，但是，從目前的一些前瞻性研究可以看出

39、，未來人工智能可能會向以下幾個方面發(fā)展:模糊處理、并行化、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和機(jī)器情感等【15】。</p><p>　　傳統(tǒng)醫(yī)院點滴自動控制系統(tǒng)弊端</p><p>　　目前醫(yī)院點滴自動控制系統(tǒng)主要采用8位單片機(jī)作為主控制器；以I2C總線作為單片機(jī)主機(jī)和從機(jī)的通信總線，該方案至少需要三根通信線；而對滴速的控制，主要是由單片機(jī)通過控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動來調(diào)整點滴瓶的高度進(jìn)而調(diào)整點滴的滴速。該方案的缺點和不

40、足之處在于調(diào)整點滴瓶高度的落差較大，這就難免造成調(diào)整時間的延長，對系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和實時性提出考驗；另外若考慮較快的拖動速度則就需要電極具備較大的拖動力，這是一般的小電機(jī)無法達(dá)到的，若換較大拖動力的電機(jī)則需要考慮成本問題和能耗問題。</p><p>　　新型醫(yī)院點滴自動控制系統(tǒng)的優(yōu)點</p><p>　　由于醫(yī)院點滴自動控制系統(tǒng)對節(jié)省醫(yī)院人力、物力資源，保證輸液順利安全進(jìn)行，對保障患者生命健康

41、安全，減輕醫(yī)護(hù)人員工作負(fù)擔(dān)等方面具有突出的貢獻(xiàn)，也符合目前國家大力提倡的醫(yī)院智能化建設(shè)方針，所以研究出一套完美的醫(yī)院點滴自動控制系統(tǒng)是十分必要的。本設(shè)計旨在利用目前最流行的電力線載波通信原理解決單片機(jī)間通信的實時性和可靠性問題以及通過增量式的模糊PID控制算法的引入，解決系統(tǒng)的可靠性不足和精確度不高的問題。</p><p>　　醫(yī)院點滴自動控制系統(tǒng)利用單片機(jī)控制技術(shù)和電力線載波通信原理實現(xiàn)了點滴控制智能化的目的。

42、增量式模糊PID控制算法的引入，突破傳統(tǒng)醫(yī)院點滴控制系統(tǒng)精確度不高可靠性不足的難題。對實現(xiàn)我國目前大力提倡的智能化醫(yī)院的建設(shè)有重要的促進(jìn)作用，通過本系統(tǒng)的設(shè)計對智能化醫(yī)院這個全新的概念有了更為全面的了解。也反應(yīng)出一些醫(yī)院點滴自動控制系統(tǒng)在實際應(yīng)用中所要面臨的問題以及探討了解決這些問題的相關(guān)方法。</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　

43、1.1系統(tǒng)總體設(shè)計方案</p><p>　　醫(yī)院點滴控制系統(tǒng)主要由主機(jī)和從機(jī)兩個子系統(tǒng)組成，兩個系統(tǒng)間的通信主要由電力線載波通信子系統(tǒng)實現(xiàn)。各個子系統(tǒng)中又包含了若干液晶顯示模塊、按鍵模塊、聲光報警模塊、點滴速度檢測裝置、點滴速度控制模塊等。主機(jī)主要功能主要實現(xiàn)和從機(jī)間的多機(jī)通信，以控制從機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的操作，同時主機(jī)的液晶實時顯示界面顯示當(dāng)前的點滴速度，從站編號等信息。當(dāng)某一從站的輸液出現(xiàn)異常（比如回血，輸液完成等情

44、況）主機(jī)和從機(jī)能夠同時報警，提示醫(yī)護(hù)人員處理異常情況。主站按鍵子系統(tǒng)主要實現(xiàn)點滴速度的設(shè)定，手動消除聲光報警等功能。從站主要功能實現(xiàn)對點滴速度的實時監(jiān)測，并將信息通過電力線載波系統(tǒng)傳遞回主機(jī)，同時響應(yīng)主機(jī)設(shè)定的點滴速度，并通過PID算法產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號給步進(jìn)電機(jī)，以實現(xiàn)點滴速度的精確控制。若輸液出現(xiàn)異常，從站自身能夠?qū)崿F(xiàn)聲光報警外，還需負(fù)責(zé)將聲光報警信號實時傳回給主機(jī)，以實現(xiàn)主從機(jī)的同時報警。而其液晶顯示界面則實時顯示當(dāng)前的點滴速度，

45、輸液狀態(tài)等信息；按鍵子系統(tǒng)同樣可實現(xiàn)對自身點滴速度的設(shè)定和聲光報警的消除等功能。醫(yī)院點滴自動控制系統(tǒng)組成框圖如圖1.1。</p><p>　　圖1.1醫(yī)院點滴自動控制系統(tǒng)組成總體框圖</p><p>　　1.2系統(tǒng)組成模塊方案</p><p><b>　　1.2.1電源方案</b></p><p>　　電源是整個系統(tǒng)中至

46、關(guān)重要的環(huán)節(jié)，是保證整個系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的前提。由于本系統(tǒng)中不同電路模塊所需要的工作電壓和電流有所不同，例如主從機(jī)系統(tǒng)的電源電壓和電力線載波通信子系統(tǒng)的電源電壓以及步進(jìn)電機(jī)的控制電壓相差就很大，所以系統(tǒng)中必須包含多個獨立的供電電路。由于單獨三端穩(wěn)壓集成塊具有組合靈活、價格便宜等特點，所以本設(shè)計的電源采用多塊三端集成穩(wěn)壓塊組成電源系統(tǒng)。集成三端穩(wěn)壓器件主要選用ST公司生產(chǎn)的78XX系列，其封裝和管腳如圖1.2所示。</p>&l

47、t;p>　　圖1.2 78XX三端穩(wěn)壓器件引腳圖</p><p>　　1.2.2點滴實時檢測方案</p><p>　　方案一：采用電容傳感器實現(xiàn)對液體點滴速度的檢測，在點滴管的點滴斗位置安裝兩塊金屬片充當(dāng)電容的兩個電極，成為一個變介質(zhì)的電容傳感器。當(dāng)沒有點滴液體穿過時，電容的值較??；當(dāng)有點滴從兩塊金屬板的中間穿過時，引起了電容兩極板間介質(zhì)的變化，那么電容的值也跟著發(fā)生變化。而該電容值

48、的變化可根據(jù)電橋電路測得或者由LC震蕩器測得。電容值的變化引起LC震蕩頻率的變化，當(dāng)LC振蕩器輸出不同頻率的信號時，即可對該信號進(jìn)行檢測。但此種傳感器電路復(fù)雜，且精度和靈敏度都較低是它致命的兩個弱點，因此滿足不了本系統(tǒng)實時檢測點滴速度的要求。</p><p>　　方案二：采用激光傳感器檢測點滴的速度，該類傳感器雖然能滿足精度和靈敏度上的要求。激光發(fā)射和接收器的價格一般較高。而對于本設(shè)計應(yīng)該尋求相對更加廉價的傳感器

49、。</p><p>　　方案三：脈沖調(diào)制的紅外對射傳感器，紅外發(fā)射管的最大工作電流是由平均工作電流決定的，若調(diào)制信號的占空比相對小，在平均電流不變的情況下，其瞬間電流會非常大，提高了信號的信噪比，有利于提高檢測裝置的抗干擾能力。但由于紅外光譜與外界干擾光源光譜接近，所以容易受到干擾。因此實際應(yīng)用中需要加黑色的盒子以隔離外界干擾光源的干擾。本設(shè)計采用方案三實現(xiàn)液體點滴速度的實時檢測。</p><

50、p>　　1.2.3主從機(jī)通信信號傳輸方案</p><p>　　方案一：采用傳統(tǒng)的I2C總線的傳輸通信方式，其弊端是無法解決多機(jī)通信中的比特流碰撞問題，導(dǎo)致通信的可靠性不高。而且傳輸?shù)男盘柧€需要另外架設(shè)，既增加了成本也增加了工作量。所以傳統(tǒng)的通信方式有一定的局限性。</p><p>　　方案二：采用新型的電力線載波通信，該方案能較好的避免通信過程中的比特流碰撞問題，提高了通信的可靠度。

51、同時，電力線載波通信只需要在信號發(fā)送端增加一個調(diào)制發(fā)射裝置，在接受端增加一個解調(diào)接受裝置；不需要再架設(shè)另外的通信線，大大節(jié)約了成本和工作量。這在未來醫(yī)院智能輸液系統(tǒng)的實際應(yīng)用中將會體現(xiàn)得更加明顯。因此，本設(shè)計采用方案二實現(xiàn)主從機(jī)間的多機(jī)通信功能。</p><p>　　1.2.4點滴滴速控制方案</p><p>　　方案一：直接由步進(jìn)電機(jī)控制輸液裝置自帶的點滴夾來控制液體點滴滴速的目的，其優(yōu)

52、點是控制方法簡單易于實現(xiàn)。缺點是點滴速度控制的范圍較小，尤其是控制精度較低，達(dá)不到本設(shè)計的要求。</p><p>　　方案二：采用醫(yī)院專用的點滴蠕動泵控制液體點滴的滴速，優(yōu)點是精度能達(dá)到本設(shè)計的要求，甚至能達(dá)到更高精度的要求；但其缺點同樣明顯蠕動泵的成本太高，若采用該方案整個系統(tǒng)的成本將提高幾倍。</p><p>　　方案三：采用步進(jìn)電機(jī)拖動點滴瓶以調(diào)整點滴瓶的高度從而實現(xiàn)控制點滴速度的目

53、的，該方案要求步進(jìn)電機(jī)具有較大的拖動力，一般小的步進(jìn)電機(jī)拖動能力達(dá)不到要求，所以必須使用較大功率的步進(jìn)電機(jī)，一方面增加了步進(jìn)電機(jī)的成本導(dǎo)致設(shè)計成本的提高，另外一方面也更大功率就意味著更大的能耗，這與目前國家大力提倡的節(jié)能減排觀點完全不符。</p><p>　　方案四：采用步進(jìn)電機(jī)控制偏心輪轉(zhuǎn)動的角度實現(xiàn)控制點滴管管徑的大小從而達(dá)到控制點滴滴速的目的。該方案在精度上能夠滿足設(shè)計的要求，而且步進(jìn)電機(jī)控制管徑的大小并不

54、需要太大的力量，意味著較小功率的步進(jìn)電機(jī)就可以達(dá)到設(shè)計的要求。這在成本控制和能耗上都滿足了系統(tǒng)的要求。因此，本設(shè)計采用方案四作為實現(xiàn)液體點滴滴速控制的主要方法。</p><p>　　第2章 主機(jī)控制系統(tǒng)電路設(shè)計</p><p>　　2.1主機(jī)系統(tǒng)電源模塊電路設(shè)計</p><p>　　主機(jī)控制系統(tǒng)所用電源模塊采用ST公司生產(chǎn)的三端穩(wěn)壓器件7805。7805三端穩(wěn)壓器

55、件是最常用的線性降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器， 簡單易用、價格低廉。其電路原理圖如圖2.1所示。220v交流電輸出經(jīng)過變壓器變壓后輸出給D1橋式整流整流后，再經(jīng)過兩個濾波電容濾除紋波由三端穩(wěn)壓器件7805穩(wěn)壓后作為系統(tǒng)的電源輸入。經(jīng)示波器測量發(fā)現(xiàn)穩(wěn)壓后的電壓幅值是完全標(biāo)準(zhǔn)的+5V直流電，符合系統(tǒng)設(shè)計的要求。</p><p>　　圖2.1 7805穩(wěn)壓電路原理圖</p><p>　　2.2主機(jī)液

56、晶顯示系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　本設(shè)計的主機(jī)部分顯示系統(tǒng)主要采用12864F點陣型液晶顯示模塊實現(xiàn)。該液晶顯示模塊是一種圖形點陣型液晶顯示模塊，主要由行驅(qū)動器和列驅(qū)動器組成，可顯示128（列）X64(行)點陣?？赏瓿蓤D形的顯示，也可顯示8X4個漢字。工作電壓為+5V，完全兼容主機(jī)系統(tǒng)的電源模塊電壓；它的控制指令簡單，一共只有7條控制指令，其與主機(jī)系統(tǒng)CPU的接口采用8位數(shù)據(jù)總線并口輸入輸出的方式。</

57、p><p>　　該模塊的工作電壓為+5V，LCD的電壓驅(qū)動端VO接一20K的電位器用來調(diào)整對比度。由于本系統(tǒng)只需用到12864F的左半屏即可完成顯示任務(wù)，為了節(jié)約能耗， 圖2.3 12864液晶實物圖2.2 12864F液晶電路原理圖 所以只需選中液晶的左半屏即可，即12864F的片選信號線CS1輸入高電平即可。而且系統(tǒng)上電后不需要液晶復(fù)位功能所以其復(fù)位端同樣接一個高電平即可。液晶的背光功能通過一個開關(guān)三極

58、管8550連接到單片機(jī)的LCD_LIGHT（P2.3管腳）端，可由單片機(jī)輸出高低電平的不同來控制開關(guān)三極管8550的導(dǎo)通和截止，從而達(dá)到控制液晶背光功能開關(guān)的目的。液晶的讀寫控制端和使能端即D/I、R/W和E端分別與單片機(jī)的P2.0、P2.1、P2.2管腳相連，可由單片機(jī)控制液晶模塊的使能和讀寫功能。其數(shù)據(jù)端D0——D7以并口的形式和單片機(jī)P0口連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和指令的并行讀寫功能。其硬件原理圖和實物圖分別如圖2.2、2.3所示。當(dāng)液

59、晶模塊正常工作時用示波器測得其控制端E和其中一個數(shù)據(jù)端D0的波形圖分別如圖2.4、2.5所示。</p><p>　　圖2.4 12864液晶模塊E端波形圖 圖2.5 12864液晶模塊D0端波形圖</p><p>　　若要保證液晶模塊的正常工作，則必須對液晶模塊進(jìn)行必要的初始化操作，這一部分工作是由軟件來完成的，主機(jī)系統(tǒng)的液晶初始化程序如下所示：</p>

60、;<p>　　void LCD_initia(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　LCD_E = 0;</p><p>　　LCD_write_com(0x30); 功能設(shè)定，指令集為基本指令集</p><p>　　LCD_write_com(0x02); 地

61、址歸位</p><p>　　LCD_write_com(0x04); 點設(shè)定，光標(biāo)自動右移</p><p>　　LCD_write_com(0x0c); 開LCD顯示，光標(biāo)不反白顯示</p><p>　　LCD_write_com(0x01); LCD清屏</p><p>　　LCD_write_com(0x80);

62、DDRAM地址歸位</p><p>　　delay_ms(1); 延時確保指令執(zhí)行完畢</p><p><b>　　}</b></p><p>　　該程序段的作用是首先向液晶寫入指令0x30,目的是設(shè)置液晶模塊的功能并設(shè)置其控制指令為基本指令集；接著寫入0x02指令目的是將液晶模塊的地址歸為，使其地址回到0x80；然后寫

63、入指令0x04進(jìn)入點設(shè)定功能，寫完一字節(jié)數(shù)據(jù)后光標(biāo)自動右移；再寫入0x0c的目的是開LCD顯示，并關(guān)閉光標(biāo)；最后進(jìn)行的是對液晶的清屏操作。</p><p>　　2.3主機(jī)單片機(jī)控制電路的設(shè)計</p><p>　　2.3.1 STC12C5A60S2單片機(jī)簡介</p><p>　　單片機(jī)作為主機(jī)系統(tǒng)的核心內(nèi)容，其作用相當(dāng)于一個人的大腦，控制著系統(tǒng)各部分模塊的正常工作。

64、本系統(tǒng)采用的控制器為宏晶公司生產(chǎn)的STC12C5A60S2單片機(jī)，該單片機(jī)具有功能豐富，性價比出眾的特點，同時相比于其他的51系列單片機(jī)還具有出色的抗干擾性能。該芯片完全兼容其他51系列單片機(jī)的指令系統(tǒng)，還增加了可位尋址的P4功能口。內(nèi)部程序存儲器容量高達(dá)60KB完全能夠滿足本系統(tǒng)設(shè)計的要求，片內(nèi)集成EEPROM保證數(shù)據(jù)在掉電的情況下不丟失，提高了系統(tǒng)性能的可靠性。片內(nèi)集成看門狗復(fù)位功能的同時，還集成了MAX810專用復(fù)位電路，確保程序

65、跑飛后能夠自動復(fù)位，提高了系統(tǒng)的可靠性。同時，該芯片還具有2路PWM和8路10位A/D轉(zhuǎn)換功能，轉(zhuǎn)換速度達(dá)到250K/S即25萬次每秒。與其他類型的單片機(jī)相比該單片機(jī)的速度可提高8-12倍，還具備SPI總線等功能。如此豐富的硬件功能確保系統(tǒng)軟件功能的正常實現(xiàn)，再加上其低廉的價格。因此，該款單片機(jī)非常適合作為主機(jī)系統(tǒng)的主控制器來使用。</p><p>　　2.3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)電路組成</p>&l

66、t;p>　　主機(jī)系統(tǒng)的單片機(jī)最小系統(tǒng)包括單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路等。其電路原理圖如圖2.6所示。</p><p>　　電容C1、C2和晶振Y1構(gòu)成單片機(jī)的晶振電路；本系統(tǒng)采用的時鐘電路為內(nèi)部方式時鐘電路，當(dāng)系統(tǒng)上電后震蕩電路便自激振蕩產(chǎn)生一定頻率的時鐘信號，電容C1和C2起到頻率微調(diào)的作用。電容C3和電阻R3組成單片機(jī)的復(fù)位電路，當(dāng)系統(tǒng)上電瞬間，RST端的電位和VCC相同，隨著RC電路充電電容的減小，RS

67、T端 的電位逐漸下降，只要RST端電位保持10ms以上的高電平即可使單片機(jī)有效地復(fù)位。</p><p>　　圖2.6單片機(jī)電路原理圖</p><p>　　2.3.3 單片機(jī)在線編程功能設(shè)計</p><p>　　STC12C5A60S2單片機(jī)支持在線編程功能，這也是STC單片機(jī)相比于其他單片機(jī)的一大特色。該功能的實現(xiàn)為本系統(tǒng)的軟件開發(fā)提供了許多的便利，我們不用再為燒寫

68、程序而一次次地插拔芯片，這無形中也提高了芯片的使用壽命和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但由于主機(jī)系統(tǒng)使用的的STC12C5A60S2單片機(jī)其電平時TTL的，與PC的電平并不兼容，所以，必須在單片機(jī)和PC間加一個電平轉(zhuǎn)換模塊，以實現(xiàn)主機(jī)系統(tǒng)的在線編程功能。本設(shè)計采用的電平轉(zhuǎn)換芯片是MAX公司生產(chǎn)的MAX3088芯片，該芯片是安全、高速(速度可達(dá)10Mbps)的RS485/RS422轉(zhuǎn)換芯片?！　　　　D2.7 MAX3088芯片引腳圖</p>

69、;<p>　　其引腳如圖2.7所示。其各管腳的功能如下：Pin1為芯片數(shù)據(jù)TTL電平的輸出端，當(dāng)Pin2和Pin3均為高電平時芯片正常工作，Pin4為芯片數(shù)據(jù)TTL電平的輸入端，Pin8 和Pin5分別為芯片的VCC和GND端，Pin6為RS485/RS422電平的輸出端，Pin7為RS485/RS422電平的輸入端。</p><p>　　主機(jī)系統(tǒng)的在線編程功能原理圖如圖2.8所示。其中網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號為R

70、XD和TXD端的管腳分別接單片機(jī)的RXD和TXD端；TE接單片機(jī)的P3.6端口，當(dāng)單片機(jī)需要和PC機(jī)通信時，由單片機(jī)輸出高電平控制芯片的工作模式，平時則輸出低電平，抑制芯片的工作，以節(jié)約能耗同時也提高了芯片的使用壽命。電容C4用來濾除電源中的高頻分量，抑制電源中高頻信圖2.8 單片機(jī)在線編程功能硬件原理圖　　　　　 號的干擾，從而確保芯片的正常工作，保</p><p>　　證單片機(jī)和PC機(jī)的通信質(zhì)量。</p

71、><p>　　2.4主從機(jī)通信電力線載波通信電路設(shè)計</p><p>　　本設(shè)計的通信系統(tǒng)部分采電力線載波通信的方式實現(xiàn)。主要采用電子載波芯片LM1893實現(xiàn)信號的調(diào)制和解調(diào)，LMl893是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的電力線調(diào)制解調(diào)芯片，可實現(xiàn)串行數(shù)據(jù)的半雙工通信，具有發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的全部功能【20】。它由發(fā)送電路和接收電路兩部分構(gòu)成。芯片的工作狀態(tài)由5腳控制。具有抗噪聲FSK調(diào)制、高達(dá)4.8 k

72、Baud的數(shù)據(jù)傳輸速率、50至300 kHz載波頻率的選擇、兼容TTL和MOS電平等特點。其管腳圖如圖2.9所示。 圖2.9 LM1893引腳圖 </p><p>　　當(dāng)芯片5腳為高電平時,芯片處于發(fā)送狀態(tài)；反之，則處于接收狀態(tài)。將數(shù)據(jù)從17腳輸入，由此輸入的數(shù)據(jù)經(jīng)FSK調(diào)制后形成開關(guān)控制電流，驅(qū)動電流控制振蕩器產(chǎn)生三角波，再由正弦波形成器形成已調(diào)正弦波信號，由輸出放大器放大后，送10腳輸出到電力線上

73、。ALC則用以控制輸出信號的幅值。18腳為外接電阻端，用以調(diào)節(jié)載波頻率。通過調(diào)節(jié)5kQ的可調(diào)電阻，LMl893的中心頻率可以在50～300kHz的范圍內(nèi)選擇。8、9腳用于外接放大管的射級和基極以提高發(fā)射功率。接收電路部分則由限幅放大器、鎖相環(huán)解調(diào)器、RC濾波器、直流偏置消除電路和脈沖噪聲濾波電路構(gòu)成。載波信號由10 圖2.10電力線載波通信電路PCB</p><p>　　腳輸入，

74、經(jīng)限幅放大器放大后，送鎖相環(huán)解調(diào)器(PLL)解調(diào)，解調(diào)輸出通過RC濾波器、直流偏置消除電路濾掉直流信號和高頻信號，最后經(jīng)脈沖噪聲濾波電路濾除信號中的脈沖干擾，從12腳輸出解調(diào)后的數(shù)據(jù)信號。其應(yīng)用電路和PCB圖分別如圖2.10、2.11所示。</p><p>　　圖2.11電力線載波通信電路原理圖</p><p>　　本系統(tǒng)中焊接完成調(diào)試成功的電力線載波系統(tǒng)實物如圖2.12所示。當(dāng)電力線載波

75、系統(tǒng)正常工作時經(jīng)示波器測量觀察，其本身振蕩波形、PLL-EL2端口波形和載波輸出端口的波形分別如圖2.13、2.14和2.15所示。</p><p>　　圖2.12電力線載波通信模塊實物圖 圖2.13電力線載波通信模塊空載時輸出端波形圖</p><p>　　圖2.14電力線通信模塊PLL-EL2端波形圖 圖2.15電力線通信模塊正常工作輸出波形圖</p><

76、;p>　　圖2.13為LM1893模塊處于發(fā)送就緒狀態(tài)時發(fā)送端的波形圖，圖中所示波形為沒有數(shù)據(jù)輸入時，LM1893自身振蕩產(chǎn)生的125KHZ的正弦波載波信號。圖2.15所示波形是在LM1893數(shù)據(jù)端送入頻率為200HZ，電壓為5V的方波信號產(chǎn)生的調(diào)制信號，由圖中波形可以看出其調(diào)制后的頻率為200HZ左右。</p><p>　　有了完整的硬件系統(tǒng)還必須具備相應(yīng)的軟件系統(tǒng)作為支撐，整個通信系統(tǒng)才能完整地運轉(zhuǎn)。本

77、系統(tǒng)主要由單片機(jī)來控制LM1893芯片的工作狀態(tài)，即由單片機(jī)控制其PIN5管腳輸入電平的變化來實現(xiàn)LM1893收發(fā)功能的切換。保障通信的完成還必須設(shè)定相應(yīng)的波特率，而波特率的設(shè)定是單片機(jī)通過軟件完成的。該部分軟件如下所示：</p><p>　　void UART_initia(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>

78、　　RS485TE = 0;</p><p>　　SCON = 0x50; 模塊的串行通信方式工作于方式1,8位UART，波特率可變</p><p>　　BRT = 178; 設(shè)定BRT寄存器的初值為217即本系統(tǒng)的通信波特率為4800</p><p>　　AUXR = 0x15;</p>

79、<p>　　TI = 1; </p><p><b>　　}</b></p><p>　　2.4.1信號耦合變壓器參數(shù)設(shè)計</p><p>　　在電力線載波電路中，信號耦合變壓器既要保證有用信號的正確耦合，又要隔離電網(wǎng)雜波。因此其參數(shù)選擇是數(shù)據(jù)準(zhǔn)確傳輸?shù)年P(guān)鍵。變比N選擇的依據(jù)為負(fù)載ZL?？赡艿淖畹?/p>

80、值ZLN。為了在滿足信號時驅(qū)動ZN。N應(yīng)該盡可能大些?？梢赃x擇一個偏高的N值，然后進(jìn)行檢測【21】。在LMl893芯片資料中推薦使用的變壓器副邊抽頭的N有三個值，分別為7.07，l0和14.1。理論上分別驅(qū)動的ZLN為14歐姆，7歐姆和3.5歐姆，根據(jù)實際需要本系統(tǒng)N為10。標(biāo)準(zhǔn)的工作時其自感阻抗比負(fù)載阻抗要大得多，因此耦合變壓器需要相適應(yīng)的L和Q 。</p><p>　　由于本設(shè)計采用的諧振頻率F=200K，選

81、擇合適的變壓器磁心就可以計算出原邊繞組匝數(shù)。諧振頻率FQ=Fo，需要最小化的帶寬，即最大化的Q值來確保信號在滿負(fù)載時能夠通過。取BW=11.5%×Fo。 </p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　變壓器原邊電感 (2-2)</p><p

82、>　　由(2-2)式可得L1=49.11uH。求出了Ll的值，選擇合適的變壓磁心就可以計算出原邊繞組匝數(shù)。本系統(tǒng)采用中軸的的高頻鐵氧體磁心，其磁導(dǎo)率A=285nH／N2, 原邊匝數(shù)為：</p><p><b>　　(2-3)</b></p><p>　　根據(jù)原邊與副邊匝比N=10。容易得出其副邊繞組匝數(shù)為1. 31。如此少的匝數(shù)會影響變壓器的精度。實際應(yīng)用中，可

83、以在變壓器中適當(dāng)增加氣隙。從而可以適當(dāng)增加繞組匝數(shù)。本系統(tǒng)采此方法將初級和次級繞組的匝數(shù)加倍。即初級匝數(shù)取26. 3匝。次級匝數(shù)取2.6匝。</p><p>　　2.4.2諧振電路設(shè)計</p><p>　　信號耦合是通過接口電路中諧振電容與變壓器初級電感的諧振實現(xiàn)的，因此諧振頻率必須與載波信號頻率相同。</p><p><b>　　(2-4)</b&

84、gt;</p><p>　　(2-4)中諧振頻率Fo=125kHz，L1=49.11uH，從而可以求出Co=33nF。此諧振電路允許芯片發(fā)送的125 kHz的載波信號耦合到電力線上，同時允許電力線上同頻率的載波信號傳人芯片進(jìn)行解調(diào)，這就濾除了其他高頻信號的干擾。然而，電網(wǎng)中負(fù)載的變化對信號傳輸有很大影響．因此應(yīng)根據(jù)應(yīng)用條件的不同適當(dāng)改變匝比以保證載波信號傳輸?shù)目煽啃浴?lt;/p><p>　　

85、LMl893的Pin8與Pin9之間的功率放大三極管．LMl893芯片資料推薦使用NPN型晶體管2N2222．但在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)使用同為NPN型晶體管的N2655效果更好，其發(fā)熱比前者有顯著減少，有利于整個系統(tǒng)降低損耗，提高效率。</p><p>　　2.5主機(jī)系統(tǒng)點滴報警電路的設(shè)計</p><p>　　考慮到病人在輸液的過程中可能出現(xiàn)一些意想不到的狀況,比如回血，點滴滴完，各種原因點滴停

86、止等, 所以整個系統(tǒng)必須具備自動報警的功能，一旦出現(xiàn)上述的緊急情況時，系統(tǒng)馬上自動報警提醒醫(yī)護(hù)人員過來處理緊急情況。該系統(tǒng)充分考慮到醫(yī)院的工作特點，在具備一般的聲音告警的同時還增加了光報警功能，當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時，系統(tǒng)報警紅燈不停閃爍，同時，蜂鳴器發(fā)出滴滴的報警聲。</p><p>　　其硬件電路原理圖2.17所示。報警系統(tǒng)的控制端SPK與單片機(jī)的P1.7端口連接，當(dāng)從站檢測電路檢測到輸液異常時，首先將異常情況傳遞

87、給從站的控制器，從站的報警電路接收到單片機(jī)指令后立刻啟動報警。同時，從站將報警信號傳遞給主機(jī)，主機(jī)在接收到報警信號后P1.7端口在軟件的控制下立刻輸出一定頻率的方波信號，以啟動主機(jī)系統(tǒng)的報警電路。其工作原理如下：當(dāng)SPK端處在方波信號的低電平時，開關(guān)三極管Q2導(dǎo)通；當(dāng)SPK端處在方波信號的高定平時，Q2截止。則在蜂鳴器和LED燈的兩側(cè)形成了與P1.7端口頻率完全相同的方波信號，蜂鳴器接收到此信號后立刻發(fā)聲啟動報警，LED接收此信號后按照

88、一定的頻率閃爍提示報警信息。這圖2.16主機(jī)報警系統(tǒng)硬件電路原理圖　就構(gòu)成了主機(jī) 系統(tǒng)完整的報警電硬件系統(tǒng)。</p><p>　　2.6主機(jī)系統(tǒng)點滴速度控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　本設(shè)計要求主機(jī)可以對從機(jī)的點滴速度進(jìn)行控制，所以主機(jī)系統(tǒng)也必須具有自己的點滴速度控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由按鍵構(gòu)成，當(dāng)向主機(jī)輸入設(shè)定的點滴速度時，主機(jī)通過電力線載波通信系統(tǒng)將點滴速度傳遞給從機(jī)，從機(jī)再根據(jù)接收到

89、的信號產(chǎn)生控制步進(jìn)電機(jī)工作的PWM波信號，從而達(dá)到主機(jī)控制點滴速度的目的。</p><p>　　2.6.1單片機(jī)按鍵電路原理</p><p>　　單片機(jī)按鍵電路主要有矩陣式鍵盤和直接式按鍵電路兩種，其原理都是單片機(jī)通過讀自身管腳的輸入電平的高低來判斷按鍵是否動作。矩陣式鍵盤適合按鍵數(shù)目較多的系統(tǒng)，達(dá)到了節(jié)約單片機(jī)I/O口得目的，但其對軟件的要求就較為復(fù)雜。直接式鍵盤一般由一個單獨的I/0口

90、控制一個按鍵，其電路原理簡單，軟件編程工作量少，但也有一個致命的缺點當(dāng)一個系統(tǒng)按鍵數(shù)目龐大時需要占用大量的I/O口資源，所以適合按鍵數(shù)目較少的系統(tǒng)。由于本設(shè)計按鍵數(shù)目不多，且單片機(jī)I/O口資源有相當(dāng)?shù)氖Ｓ嗫臻g，所以采用直接控制方式的按鍵電路。</p><p>　　2.6.2主機(jī)系統(tǒng)按鍵電路設(shè)計</p><p>　　主機(jī)按鍵電路由點滴速度加鍵，點滴速度減鍵盤，消警鍵等按鍵構(gòu)成，其硬件電路原理

91、圖如圖2.18所示。工作原理如下：當(dāng)有某個按鍵按下時，單片機(jī)檢測到P1口某個管腳的低電平信號，由軟件作相應(yīng)的消抖處理后，即延時10-20ms若仍為低電平則說明確實有按鍵按下，單片機(jī)等待按鍵釋放后，軟件對該操作做相同的消抖處理后，單片機(jī)再轉(zhuǎn)向去執(zhí)行相應(yīng)的按鍵程序，從而實現(xiàn)點滴速度加減，報警電路消警等功能?！　　　　　　　D2.17按鍵電路</p><p>　　按鍵的消抖處理主要由軟件實現(xiàn)，其實現(xiàn)代碼如下：

92、 </p><p>　　if(key==0)　　　　　　　　檢測是否有按鍵按下</p><p><b>　　{</b></p><p>　　delay(10); 延時10MS</p><p>　　If(key2==0) 若仍有按

93、鍵按下則說明確實有按鍵按下</p><p><b>　　{</b></p><p>　　while（！key） 等待按鍵釋放</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　｝ 執(zhí)行相應(yīng)的按鍵程序</p><p><b>

94、　?。?lt;/b></p><p>　　第3章 從機(jī)控制系統(tǒng)電路設(shè)計</p><p>　　3.1從機(jī)系統(tǒng)電源模塊電路設(shè)計</p><p>　　從機(jī)系統(tǒng)的電源模塊與主機(jī)系統(tǒng)的電源模塊略有差別，除了單片機(jī)系統(tǒng)部分正常的5V電壓供電以外，還需要增加12V的穩(wěn)壓電源以供步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路的使用。主要采用ST公司生產(chǎn)的7812三端集成穩(wěn)壓模塊，其原理與5V電源模塊完全

95、相同，詳見2.1節(jié)主機(jī)電源模塊電路設(shè)計。</p><p>　　3.2從機(jī)系統(tǒng)液晶界面顯示電路設(shè)計</p><p>　　本設(shè)計從機(jī)系統(tǒng)的液晶顯示界面主要采用12232F液晶模塊。該液晶中文模塊可以顯示字母、數(shù)字符號、中文字型及圖形，具有繪圖及文字畫面混合顯示功能。提供三種控制接口，分別是8位微處理器接口，4位微處理器接口及串行接口。加上豐富的指令功能，該模塊完全能符合設(shè)計的要求，為了節(jié)約從機(jī)

96、系統(tǒng)的I/0口資源，決定采用該液晶模塊的串行接口功能，使用SPI總線的方式訪問液晶模塊。其串行功能引腳如表3.1所示。</p><p>　　表 3.1 12232F液晶模塊引腳說明</p><p>　　從機(jī)系統(tǒng)的液晶顯示模塊硬件原理圖如圖3.1所示。片選信號CS和單片機(jī)的P1.6連接，控制液晶的使能，當(dāng)不需要顯示時則關(guān)閉液晶，以降低系統(tǒng)的功耗，此時CS端只需要輸出低電平即可。SCLK和

97、SID則為液晶模塊和單片機(jī)通信的時鐘信號線和數(shù)據(jù)線。在時鐘信號線的控制下，單片機(jī)通過數(shù)據(jù)線SID將數(shù)據(jù)一位一位地發(fā)到液晶模塊。實現(xiàn)了液晶模塊的顯示功能。12232液晶模塊的實物圖如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.1 從機(jī)液晶模塊硬件電路原理圖</p><p>　　圖3.2 12232液晶模塊實物圖</p><p>　　圖3.3 液晶模塊串行數(shù)據(jù)傳輸時序圖

98、</p><p>　　該模塊串行工作的時序如圖3.3所示。其工作原理如下：當(dāng)CS處在高電平時，在時鐘信號線的控制下，STD數(shù)據(jù)線先接收5個連續(xù)的高電平，即5個連續(xù)的“1”， 再跟隨的兩個位字符串分別為傳輸方向位（RW）及寄存器選擇位（RS），最后第八的位則為“0”；接收完同步位及RW和RS的啟始字節(jié)后，每一個八位的數(shù)據(jù)將被分為兩個字節(jié)接收，較高4位（DB7~DB4）的數(shù)據(jù)將會被放在第一個字節(jié)的高四位部分，而較低4

99、位（DB3~DB0）的數(shù)據(jù)則會被放在第二個字節(jié)的高 圖3.4 12232液晶SID端波形圖</p><p>　　四位部分，其余的的另四位則都為“0”。當(dāng)12232液晶模塊正常工作時，用示波器觀測得的SID端得波形如圖3.4所示。12864液晶模塊的功能實現(xiàn)同樣由軟件控制，由于其采用了串口數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪Ｊ剑云渚幊趟枷牒筒⒖趥鬏敃r有很大的差別，其部分代碼如下： </p><

100、p>　　char spi(char cData)</p><p>　　{ </p><p>　　SPSTAT = 0xC0; 將SPI狀態(tài)寄存器清零，軟件寫入1清零 </p><p>　　SPDAT = cData; 需要發(fā)送的數(shù)據(jù)放到SPI數(shù)據(jù)寄

101、存器內(nèi) </p><p>　　while(!(SPSTAT & 0x80));等待傳輸完成，即狀態(tài)寄存器的D7位會被置1</p><p>　　return SPDAT;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void LCD_write_data(unsigned cha

102、r dat_d)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　LCD_CS=1;</b></p><p>　　spi(0xfa);串口數(shù)據(jù)第一個字節(jié)先發(fā)送連續(xù)的5個1，接著發(fā)送RW和RS，最后發(fā)送末尾的一個0</p><p>　　spi(dat_d&0xf0); 串口

103、數(shù)據(jù)第二個字節(jié)發(fā)送數(shù)據(jù)的高四位，末尾用四個0補(bǔ)充</p><p>　　spi(dat_d<<4); 串口數(shù)據(jù)第三個字節(jié)發(fā)送數(shù)據(jù)的低四位，末尾用四個0補(bǔ)充</p><p><b>　　LCD_CS=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　該部分程序主要

104、參考液晶模塊的串行時序編寫，首先發(fā)送5個連續(xù)的高電平，接著發(fā)送RS和RW和末尾的0，接著第二個字節(jié)發(fā)送數(shù)據(jù)的高四位末尾以四個0填充，同樣第三個字節(jié)發(fā)送的是數(shù)據(jù)的低四位，末尾以零補(bǔ)充。</p><p>　　3.3從機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)控制電路設(shè)計</p><p>　　從機(jī)系統(tǒng)的單片機(jī)控制電路與主機(jī)系統(tǒng)的單片機(jī)控制電路基本一致，包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、在線編程模塊、液晶顯示模塊、聲光報警模塊、按鍵模塊、點

105、滴檢測模塊和步進(jìn)電機(jī)控制模塊等。與主機(jī)系統(tǒng)相比，增加了從機(jī)地址設(shè)置的撥碼開關(guān)、檢測機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其中檢測機(jī)構(gòu)主要由紅外光電管組成，執(zhí)行機(jī)構(gòu)由步進(jìn)電機(jī)及其控制驅(qū)動器組成。從機(jī)系統(tǒng)還增加了設(shè)置從機(jī)地圖3.5 從機(jī)地址設(shè)定撥碼開關(guān)電路圖 址的撥碼開關(guān)電路。其硬件原理圖如圖3.5所示，只需對該撥碼開關(guān)設(shè)定初值，由單片機(jī)讀入后即可設(shè)定從機(jī)的地址。</p><p>　　3.4步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計</p>&

106、lt;p>　　3.4.1步進(jìn)電機(jī)工作原理</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€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的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個脈沖信號，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個步距角它還具有只有周期性的誤差而無累積誤差等特點【17】。本設(shè)計采用的是兩相四線混合式步進(jìn)電機(jī)，它結(jié)合了永磁式步進(jìn)電機(jī)和反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點，是目前廣泛應(yīng)用于

107、各種工控場合的最流行的一種步進(jìn)電機(jī)。</p><p>　　3.4.2步進(jìn)電機(jī)控制電路設(shè)計</p><p>　　由于單片機(jī)得輸出電壓只有5V左右且電流最大只有幾毫安不足以驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)工作，所以需要在單片機(jī)微控制器和步進(jìn)電機(jī)間增加相應(yīng)的驅(qū)動電路。本設(shè)計采用的驅(qū)動電路主要由L297和L298兩種專門的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片組成。L297是意大利SGS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)專用控制器，它能產(chǎn)生4相控制