基于单片机的液体点滴速度监控设计
基于单片机的液体点滴速度监控设计[20200410143651]
摘 要
当今临床医学中静脉输液是一种不可缺少的医疗手段，目前由于缺乏经济、有效的液滴速度的监控装置,患者在输液时需要专人看护,加重了病人及家属的心理负担和医护人员的劳动负荷,同时也给整个病区的统一管理带来不便。在此背景下，本课题采用单片机来监测与控制液滴滴速。主要是用AT89C52单片机为核心控制元件，设计一个能用光电传感器ST188测出液滴的速度并且运用LCD液晶屏来显示其滴速，且采用了步进电机来调整输液瓶的高低，通过改变输液瓶的重力势能进而改变液体的滴速。本液体点滴速度监控仪由主控模块；报警模块与液滴测控等模块组成。在主控模块上设4个功能按键和1个复位按键，该设置可以自由调整单片机内设滴速的上下限。超过液滴速度限制时用来报警，通过步进电机的正反转将会改变输液瓶的高度，进一步控制液体点滴的速度。此仪器成本低廉，应用效果好，具有较大的发展空间。
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关键字:单片机液滴控制测控
目录
1.绪论 1
1.1课题的研究背景 1
1.2课题研究的主要内容 1
2.滴速测控仪的总体结构设计 3
2.1液滴测控设置整体设计： 3
2.2系统的设计因素 3
3.硬件部分设计 5
3.1主控电路模块 5
3.2键盘模块与显示模块 5
3.3报警模块 7
3.4液滴滴速检测模块 7
3.5步进电机模块的设计 9
3.6电源模块的设计 10
4.单片机的软件部分 11
4.1LCD1602编程设计 12
4.2按键时的软件设计 13
4.3 中断程序与液滴测控程序的设计 15
5.系统的调试 18
5.1 系统的软件调试 18
5.2 系统的硬件调试 19
5.3 系统调试中问题 20
6.总结 22
6.1课题设计总结 22
6.2实物的效果与不足及发展方向 22
参考文献 23
附录 24
致谢 27
1.绪论
1.1课题的研究背景
在当今这个快节奏的生活中，在生病时选择静脉输液快速回复身体的病人越来越普遍，但是由于静脉输液的监控普遍用的是人工监控，所以由此发生的事故也不少见，根据液体的重力势能即输液瓶的高度对液滴的速度有很大的关系，并且输液开始的滴速根据护士所弄的开度不同，液滴的滴速也不相同，导致了2个人同一时间挂水，时间相差很多的情况，有些人不适应速度过快而引发的事件也频频发生。
在这些情况下，需要一个成本低，效果好的解决方案来改变这样的现状，这样单片机就是一个很好的选择。运用单片机对液滴的监控与控制的设计也就营运而出。故而产生了运用单片机来设计这个测控仪成为了实现成品效果，减少成本的目的。
1.2课题研究现状及主要内容
因为人们的生活条件不断的改善，所以对于自己的身体越来越关注，相比人工而言，仪器的可靠性更让人们放心，但由于医疗器械的准确性与人们的身体息息相关，所以在现在人工检测占主流。在之前也有许多关于本测控仪的相关研究，但由于对传感器，与控制的仪器的不同，大致可以分为几类：1.光电传感器2.利用红外发射接收反射管3.红外发射接收透射管。具体本测控仪的选择在硬件部分会进行一定的概述。
本着对病人负责的看法，顺应了时代的进步，减少事故发生的情况，本课题对基于单片机对液滴监控与控制做出了如下几点研究：
（1） 首先需了解目前有关于测控液滴速度相类似的研究，根据前人的经验少走歪路。规划好硬件与软件的实施。但由于输液不是少数病人的需求，所以测控仪器的成本是关键，对于单片机而言，画面的多少与功耗也有关，这也是本文所需要考虑的。
（2）由于医疗仪器的稳定性与正确性，选择相应的芯片与传感器尤为重要。AT89C52芯片相较于AT89C51芯片容量大了一倍。由C51的4kb变成8kb，这样对将来的增加的内容有了铺垫。并且由于AT89C52成本低变成了本测控仪的首选。
（3） 根据硬件的选择，为了简化电路，降低成本，在相关的硬件电路中选择效果好成本低的电路模块。关于硬件部分在本文中有一定的叙述，在这不多提了，关于人机友好界面，本文中未对其进行编著，对于医疗仪器而言实用性才是关键。所以本文优先考虑在现实社会中的应用效果。
（4）软件部分不仅仅需要考虑到测控仪所需要的要求，还得计算AT89C52的内存。所需完成的画面多，那么单片机的运行速度必然降低，导致数据不及时，对于大众化的医疗仪器有着致命缺陷。因此考虑到实用与大部分病人，软件部分不能特别的复杂，可以使对单片机不怎么了解护士和病人都能使用。2.滴速测控仪的总体结构设计
2.1系统的设计因素
设计完成液滴测控系统需要各个方面因素，如单片机的选择，传感器的选择与应用，各个硬件的性能，条件限制等等。
单片机的选择：液滴测控系统的控制核心就是单片机。由于医疗仪器的稳定性与正确性，选择相应的单片机尤为重要。相应的单片机它能够对整个系统运行的稳定性进行大幅度的提高。本测控仪选型时应该对液滴测控系统设计的实际情况进行分析，如成本的计算;数据的前期计算;延时考虑的时间及最重要的效果演示等，最终选定单片机的型号:AT89C52。AT89C52芯片相较于AT89C51芯片容量大了一倍。由C51的4kb变成8kb，这样可以在未来加入更新的程序。并且由于成本低变成了本测控仪的首选。
传感器的选择与应用：液滴测速传感器是本系统的关键部分，不仅仅在灵敏度中考虑，还要考虑成本，因本设置是大众使用的，所以成本不得不成为本文考虑的重点。性价比很重要，在众多非接触传感器中，本系统选择了光电传感器ST188，在本文后面部分由ST188的详细介绍。
条件限制：本课题是采用单片机来监测与控制液滴滴速，其所有元器件在一个电路板上安装，互相间的影响也需要考虑。因此，元器件的合理摆放与结合对于各个模块的分布起着重要作用；对于成本方面，成本低则对于处理器的运算与内存提了很大的要求，所以处理器的性价比更是重要。
设计成本：任何一个仪器它的成本因素的重要性都是关键的。成本过低，它会降低系统功能的体现并且有一定几率会破坏系统的稳定性；设计成本高于实际需求，由于本液滴测控设置是适用于所有大部分病人的，成本过高必然会影响本测控仪的后期制作与运用到医院的所需的地方，并且影响了它的研究前途。
功耗：单片机系统可以采用电池供电也可采用USB数据线供电。但便携性是单片机系统的特色，结合实际情况，在医院等地方，采用电池供电，所需成本过高，为了减少数据线的使用可以使用上位机对其控制。
2.2液滴测控设置整体设计：
由2.1章节所述，由此设计出该测控仪的整体，由主控模块，报警模块与液滴测控等模块组成，在主控模块上设4个功能按键和1个复位按键。由此合成图2-1
图2-1 整体模块设计
由图2-1可以看出整个单片机系统由电源模块供电，复位和晶振组成了最小的模块。液滴测控模块使用光电传感器ST188通过发射红外线，看是否有液滴通过，经过反馈给单片机测出液滴的速度。液晶显示模块，接收单片机的输出控制信号，实时显示液滴速度。在液滴实时速度超过单片机内部设置的速度时报警。在报警模块运行时，步进电机工作，通过改变输液瓶的高低来改变它的速度，使液滴速度恢复正常。
系统的硬件部分遵循模块化，在后面的硬件介绍中会有所介绍。软件部分则是在单片机通电后，整个程序立即运行，从而完成本文所需的要求。当单片机通电后，首先部分模块将进行初始化，当“设置”按键的按下后，就会调用设置速度上下限功能的子程序，根据加减键的使用，再确定为所需速度后，最后按下“确认”按钮。光电传感器ST188持续工作。由于各个子程序的调用需要在软件中实施，所以在设计之初必须要有清晰的介绍，所以可以采用分层的软件研究设计。
3.硬件部分设计
任何一个系统的实施都需要硬件的配合，硬件的选择与设计的合理性对于整个系统的稳定性与运行有着很大的影响。采用了硬件模块化的方法，它的设计过程也就是相当于一个个电路模块的研究过程。
3.1主控电路模块
摘 要
当今临床医学中静脉输液是一种不可缺少的医疗手段，目前由于缺乏经济、有效的液滴速度的监控装置,患者在输液时需要专人看护,加重了病人及家属的心理负担和医护人员的劳动负荷,同时也给整个病区的统一管理带来不便。在此背景下，本课题采用单片机来监测与控制液滴滴速。主要是用AT89C52单片机为核心控制元件，设计一个能用光电传感器ST188测出液滴的速度并且运用LCD液晶屏来显示其滴速，且采用了步进电机来调整输液瓶的高低，通过改变输液瓶的重力势能进而改变液体的滴速。本液体点滴速度监控仪由主控模块；报警模块与液滴测控等模块组成。在主控模块上设4个功能按键和1个复位按键，该设置可以自由调整单片机内设滴速的上下限。超过液滴速度限制时用来报警，通过步进电机的正反转将会改变输液瓶的高度，进一步控制液体点滴的速度。此仪器成本低廉，应用效果好，具有较大的发展空间。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:单片机液滴控制测控
目录
1.绪论 1
1.1课题的研究背景 1
1.2课题研究的主要内容 1
2.滴速测控仪的总体结构设计 3
2.1液滴测控设置整体设计： 3
2.2系统的设计因素 3
3.硬件部分设计 5
3.1主控电路模块 5
3.2键盘模块与显示模块 5
3.3报警模块 7
3.4液滴滴速检测模块 7
3.5步进电机模块的设计 9
3.6电源模块的设计 10
4.单片机的软件部分 11
4.1LCD1602编程设计 12
4.2按键时的软件设计 13
4.3 中断程序与液滴测控程序的设计 15
5.系统的调试 18
5.1 系统的软件调试 18
5.2 系统的硬件调试 19
5.3 系统调试中问题 20
6.总结 22
6.1课题设计总结 22
6.2实物的效果与不足及发展方向 22
参考文献 23
附录 24
致谢 27
1.绪论
1.1课题的研究背景
在当今这个快节奏的生活中，在生病时选择静脉输液快速回复身体的病人越来越普遍，但是由于静脉输液的监控普遍用的是人工监控，所以由此发生的事故也不少见，根据液体的重力势能即输液瓶的高度对液滴的速度有很大的关系，并且输液开始的滴速根据护士所弄的开度不同，液滴的滴速也不相同，导致了2个人同一时间挂水，时间相差很多的情况，有些人不适应速度过快而引发的事件也频频发生。
在这些情况下，需要一个成本低，效果好的解决方案来改变这样的现状，这样单片机就是一个很好的选择。运用单片机对液滴的监控与控制的设计也就营运而出。故而产生了运用单片机来设计这个测控仪成为了实现成品效果，减少成本的目的。
1.2课题研究现状及主要内容
因为人们的生活条件不断的改善，所以对于自己的身体越来越关注，相比人工而言，仪器的可靠性更让人们放心，但由于医疗器械的准确性与人们的身体息息相关，所以在现在人工检测占主流。在之前也有许多关于本测控仪的相关研究，但由于对传感器，与控制的仪器的不同，大致可以分为几类：1.光电传感器2.利用红外发射接收反射管3.红外发射接收透射管。具体本测控仪的选择在硬件部分会进行一定的概述。
本着对病人负责的看法，顺应了时代的进步，减少事故发生的情况，本课题对基于单片机对液滴监控与控制做出了如下几点研究：
（1） 首先需了解目前有关于测控液滴速度相类似的研究，根据前人的经验少走歪路。规划好硬件与软件的实施。但由于输液不是少数病人的需求，所以测控仪器的成本是关键，对于单片机而言，画面的多少与功耗也有关，这也是本文所需要考虑的。
（2）由于医疗仪器的稳定性与正确性，选择相应的芯片与传感器尤为重要。AT89C52芯片相较于AT89C51芯片容量大了一倍。由C51的4kb变成8kb，这样对将来的增加的内容有了铺垫。并且由于AT89C52成本低变成了本测控仪的首选。
（3） 根据硬件的选择，为了简化电路，降低成本，在相关的硬件电路中选择效果好成本低的电路模块。关于硬件部分在本文中有一定的叙述，在这不多提了，关于人机友好界面，本文中未对其进行编著，对于医疗仪器而言实用性才是关键。所以本文优先考虑在现实社会中的应用效果。
（4）软件部分不仅仅需要考虑到测控仪所需要的要求，还得计算AT89C52的内存。所需完成的画面多，那么单片机的运行速度必然降低，导致数据不及时，对于大众化的医疗仪器有着致命缺陷。因此考虑到实用与大部分病人，软件部分不能特别的复杂，可以使对单片机不怎么了解护士和病人都能使用。2.滴速测控仪的总体结构设计
2.1系统的设计因素
设计完成液滴测控系统需要各个方面因素，如单片机的选择，传感器的选择与应用，各个硬件的性能，条件限制等等。
单片机的选择：液滴测控系统的控制核心就是单片机。由于医疗仪器的稳定性与正确性，选择相应的单片机尤为重要。相应的单片机它能够对整个系统运行的稳定性进行大幅度的提高。本测控仪选型时应该对液滴测控系统设计的实际情况进行分析，如成本的计算;数据的前期计算;延时考虑的时间及最重要的效果演示等，最终选定单片机的型号:AT89C52。AT89C52芯片相较于AT89C51芯片容量大了一倍。由C51的4kb变成8kb，这样可以在未来加入更新的程序。并且由于成本低变成了本测控仪的首选。
传感器的选择与应用：液滴测速传感器是本系统的关键部分，不仅仅在灵敏度中考虑，还要考虑成本，因本设置是大众使用的，所以成本不得不成为本文考虑的重点。性价比很重要，在众多非接触传感器中，本系统选择了光电传感器ST188，在本文后面部分由ST188的详细介绍。
条件限制：本课题是采用单片机来监测与控制液滴滴速，其所有元器件在一个电路板上安装，互相间的影响也需要考虑。因此，元器件的合理摆放与结合对于各个模块的分布起着重要作用；对于成本方面，成本低则对于处理器的运算与内存提了很大的要求，所以处理器的性价比更是重要。
设计成本：任何一个仪器它的成本因素的重要性都是关键的。成本过低，它会降低系统功能的体现并且有一定几率会破坏系统的稳定性；设计成本高于实际需求，由于本液滴测控设置是适用于所有大部分病人的，成本过高必然会影响本测控仪的后期制作与运用到医院的所需的地方，并且影响了它的研究前途。
功耗：单片机系统可以采用电池供电也可采用USB数据线供电。但便携性是单片机系统的特色，结合实际情况，在医院等地方，采用电池供电，所需成本过高，为了减少数据线的使用可以使用上位机对其控制。
2.2液滴测控设置整体设计：
由2.1章节所述，由此设计出该测控仪的整体，由主控模块，报警模块与液滴测控等模块组成，在主控模块上设4个功能按键和1个复位按键。由此合成图2-1
图2-1 整体模块设计
由图2-1可以看出整个单片机系统由电源模块供电，复位和晶振组成了最小的模块。液滴测控模块使用光电传感器ST188通过发射红外线，看是否有液滴通过，经过反馈给单片机测出液滴的速度。液晶显示模块，接收单片机的输出控制信号，实时显示液滴速度。在液滴实时速度超过单片机内部设置的速度时报警。在报警模块运行时，步进电机工作，通过改变输液瓶的高低来改变它的速度，使液滴速度恢复正常。
系统的硬件部分遵循模块化，在后面的硬件介绍中会有所介绍。软件部分则是在单片机通电后，整个程序立即运行，从而完成本文所需的要求。当单片机通电后，首先部分模块将进行初始化，当“设置”按键的按下后，就会调用设置速度上下限功能的子程序，根据加减键的使用，再确定为所需速度后，最后按下“确认”按钮。光电传感器ST188持续工作。由于各个子程序的调用需要在软件中实施，所以在设计之初必须要有清晰的介绍，所以可以采用分层的软件研究设计。
3.硬件部分设计
任何一个系统的实施都需要硬件的配合，硬件的选择与设计的合理性对于整个系统的稳定性与运行有着很大的影响。采用了硬件模块化的方法，它的设计过程也就是相当于一个个电路模块的研究过程。
3.1主控电路模块
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