基于單片機的液體點滴速度監(jiān)控裝置設計

叢德輝

摘 要：文章介紹了一種液滴速度監(jiān)控裝置的設計，鍵盤輸入，數碼管顯示器，滴液檢測，聲光報警功能。實踐證明，此設計在醫(yī)用輸液自動監(jiān)控領域可以很好的運用。

關鍵詞：單片機；液體點滴；流速檢測

1 系統硬件設計

1.1 芯片模塊

AT89S51 是一個低功率、高性能CMOS8位微控制器，片內含4k BytesISP（In-system programmable）的可反復擦寫1000次的 Flash只讀程序存儲器，采用ATMEL公司的高密度非易失性存儲器，制造技術，與標準MCS-51指令系統兼容，80針C51的結構裝置，芯片8位通用CPU和ISPFlash存儲單元，AT89S51已廣泛應用在許多嵌入式的控制應用程序。

89S51是89C51的升級版本，89SXX可以向下兼容89CXX等51系列芯片。其區(qū)別如下：

（1）89S51制作的過程中運用了0.35的新技術、降低成本，并將功能效果提升、提高競爭力。

（2）新增加很多功能，性能有了較大提升。

（3）在線編程功能，這種優(yōu)勢是重寫程序功能的單芯片內存芯片內，不需要剝離的工作環(huán)境。速度更快、穩(wěn)定性更好，編程電壓也只需要4～5V就可以。

（4）最大工作頻率為33MHz，24M工作頻率是極限。

（5）89s51具有雙工UART串行通道。

（6）單片機內部集成看門狗計時器，即不再需要為單片機外部看門狗定時器單元電路。

（7）89s51帶有雙數據指示器。

（8）89s51帶有電源關閉標識。

（9）有新的89S51加密算法，這使得89S51被破解變得不可能，保密程序大大加強，因此可以有效的保護知識產權。

（10）電源范圍：89S5*功率范圍為4～5.5v和895*系列是時一般不會低于4.8v和比5.3V更高的工作。

（11）燒寫壽命更長：89S5*標稱的1000倍，實際上至少在1000倍到10000倍，所以更有利初學者反復燃燒，降低學習成本。

1.2 數據輸入按鍵模塊

在設備上，系統的輸入設備可以使用鍵盤，鍵盤可以通過系統參數設置以控制檢測范圍。按程序設置數字鍵或按鍵，設備能自動完成設置功能鍵的程序。通過鍵盤模塊中，閱讀的時間信號可以穩(wěn)定地和有效地控制轉速信號的輸入信號，報警控制。（注意：在設計過程中鍵盤輸入設備的按鍵消除抖動過程，必須考慮到，程序運用delay函數控制延時，以達到消除抖動的效果。

1.3 數據輸出顯示模塊

液滴的數據監(jiān)控裝置實時顯示的是由三個8位數碼管顯示模塊的實現。本模塊中使用8位數碼管顯示模塊，該模塊可以顯示數字（因為可以顯示小數，所以使讀數變得更為精確）。該設備采用動態(tài)方式顯示液滴的速度信息，即當外部信號傳輸不到MCU時，間隔5秒更新一次滴液速率（滴/min）。芯片接收到更新的外部信號后，就要設置相應的點滴率（滴/min）。

1.4 電源模塊

在單片機系統的設計中，電源設計是需要考慮的，這就決定了系統采用單電源方案還是電源方案，系統的功耗有無特別的規(guī)定，供電方案取決于不同的選擇和整個系統的過程中選擇。在本設計中由于系統所選用的單片機是AT89S51，此單片機的工作電壓是在2.7V-6V之間，設計中采集所用的光電二極管和比較電路中所用的比較電壓比較芯片（既可單電源也可雙電源工作），他們的工作電壓都可以是+5V，因此在本設計中采用單電源方案，單電源方案的優(yōu)點是系統簡單，工作可靠，在設計中我們采用所有元件的適中電壓為+5V，它可以通過帶有USB的設備（例如：計算機、筆記本電腦、智能手機（OTG功能）、移動電源）得到，這樣既簡單又便于攜帶。

1.5 流速檢測模塊[1]

流量檢測模塊使用紅外傳感器技術來檢測泄漏的靜脈滴注。紅外發(fā)射裝置基本實現方法：555定時器用來產生高頻脈沖，然后三極管放大處理后，進行紅外管驅動時，其具有高頻率的脈沖功率的優(yōu)點，并且長傳輸距離。滴速檢測電路原理：門系統比較器的閾值電壓為可調電壓，使用跟隨的比較，可以適應不同的環(huán)境。當紅外傳感器區(qū)域內沒有點滴經過時，接收管導通，一個電壓比較器的反相輸入端VI輸入底電平，低于比較器的同向端電壓V+，V1輸出低電平。同向端的輸入信號是對反向端的輸入信號取了平均值。當點滴經過感應區(qū)時，紅外發(fā)射管發(fā)出的光線在短暫的時間內被滴液阻擋，接收管出現一個短暫的截止，Vi輸出電平產生一個上升沿，高于比較器的同向端電壓V-，比較器輸出一個高電平脈沖給單片機，觸發(fā)單片機計數，達到了單位時間內計數的目的。

由紅外發(fā)射被檢測出的貯液瓶高度的接收管中的液位。當液體上方的行的高度，接收器關閉V2的輸出線；當滴漏的高度警戒線以下，接收器打開，輸出低電平。電壓比較器和二極管的電容放電的輸入端的作用是快速的，因而可以避免因儲液瓶晃動所產生的誤報警。

1.6 聲光報警模塊

利用紅外發(fā)射接收管液位檢測儲瓶。當儲液的高度高于警戒線時，接收管截止，V2輸出高電平；當儲液的高度低于警戒線時，接收管導通，V2輸出低電平。其中電壓比較器（LM3324）同向輸入端中二極管的作用，達到對電容進行快速放電，從而可以避免因為儲液瓶晃動產生假信號，避免誤報警情況發(fā)生。

當報警單元異常情況發(fā)生時，作為報警模塊中的兩個的主要部分——紅色發(fā)光二極管和蜂鳴器將產生報警。輸送速度檢測，如果有異常情況，例如：超出滴漏邊距或者鍵盤設置的誤差范圍，蜂鳴器就會產生報警聲音，在同一時間，也控制LED閃爍不斷（二極管產生的紅光容易引起注意），以達到報警的目的。

2 結束語

本文的主要內容是對藥物輸注速度監(jiān)控系統的原理進行研究，該設備可以實現對滴液速度的自動檢測，以及對異常情況進行報警和對測量的參數進行顯示，這是基于醫(yī)用輸液過程的特殊要求所設計的。本設計實現了系統硬件的開發(fā)，包括選擇的51芯片和系統的鍵盤數據輸入模塊，顯示模塊，滴液體流量測量模塊，聲光報警模塊的工作特性和生產。通過實驗，該設備可以良好的應用在醫(yī)用輸液智能控制當中。

參考文獻

[1]吳今哲.機械與電子.2010，25.endprint