输液控制装置毕业论文.doc

2013 届本科生 毕业 论文输液控制装置学 号： 201301015054 姓 名： 学 院： 计算机学院 指导老师： 占 超 专 业： 医疗电子仪器 完成时间： 2017.4.30 学位论文独创性声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文 输液控制装置 是本人在指导老师的指导下，独立研究、写作的成果。论文中所引用他人的以任何方式发布的文字、研究成果，均在论文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人独自承担。毕业论文作者签名： 2017年4月30日摘 要随着社会的进步、科技的发展，越来越多的领域都渐渐实现了技术的机械化、智能化。对科研教育者们而言，也都在尽己之力，把理论知识付于实践，为服务大众、推动各个领域的技术发展而努力。一个智能化产品的研发生产，其背后的推动力往往都是社会的高需求。作为无处不有、无处不用的医疗手段-静脉输液，其在社会的作用度一直很高，因此它的技术、装置更新也一直在进行着，静脉输液装置的技术科技化会始终是科研教育者们关注的方向。 相较于几十年前，我国目前的人口数量多了很多，自然医院的患者也比过去多，因此如果还是使用以往的静脉输液方式便会对疾病治疗产生不利影响。本论文将以单片机为控制中心，采用透射式技术设计出一种输液控制装置，以帮助患者得到更放心、更舒适的输液治疗，也能大大减轻医院护理人员的工作负担、提高工作质量。关键词：静脉输液；科技化；输液控制装置；单片机；透射式技术AbstractWith the progress of the society, science and technology are also advancing.More and more areas are gradually realized mechanization of technology and Intelligentized technology. For scientific research personnels,also try their best to do it.Put theoretical knowledge into practice.In order to serve the public and promote the development of technology in various fields to work on.An intelligent products ' research and development production.The driving force behind all stems from the high demand of society.The  intravenous fluidstransfusion is a medical treatment that is everywhere and every place need to use it. And it has been very high in the social role.So it has been kept to update technology and equipment.The intravenous fluids equipment's technology high technicalization is the direction which is always the research educators pay close attention to it.Compared to a few decades ago.At present, the number of chinas population is growing.Naturally the hospital patients is much more than before.So if still use previous way of intravenous fluids, it will be harmful to disease treatment.The thesis will be with the singlechip processor as the control center,Through transmission technology design a transfusion control device.To help patient get more relieve and more comfortable infusion treatment，Also can greatly reduce the workload of hospital nursing personnel,Improve the quality of work.Key Words: intravenous fluids; technicalization;transfusion control device;singlechip; transmission technology第一章 引言1.1 静脉输液技术将大量对人体没有副作用的液体、人体所需电解质、治疗疾病的药物或血液，利用自然界大气压强和液体由于重力自带的静压的原理，通过人体静脉注入体内的方法称为静脉输液技术。静脉输液技术是医疗上最常用的抢救与治疗技术，也是一种高度专业技术，因其注射的部位与输液种类的不同，可以把它分为外周静脉注射、中心静脉注射、高营养注射（TPN）与输血等1。 1.2 静脉输液控制装置的历史与现状随着静脉输液技术越来越成熟、医学上对静脉输液技术的要求越来越高，静脉输液的输液控制装置也在慢慢改进着。静脉输液技术发明于16世纪，但其巨大的进步主要发生于20世纪。在20世纪80年代之前，静脉输液控制装置使用的是输液夹法，即常见的把螺旋式夹或滚动式夹放在输液管上，以控制药物进入病人体内的流速。在20世纪80年代，静脉输液控制装置使用输液泵的方法，以实现在正压的情况下对患者进行静脉输液，这样的方式能够更精确的控制输液速度及输液量，达到预期的治疗目的。到了20世纪90年代，静脉输液控制装置便开始使用精密的输液器及输液治疗监护管理系统。精密输液器是通过特别设计的轮盘来调整静脉输液速度的2，从而可以实现精确的输液治疗，是连接输液器与穿刺之间的输液流速控制器。这种系统可以精确的调节输液流速，给药治疗准确，而且使用方便，不需要反复调整液体药物的流速以减轻医院护理人员的工作负担。从输液监测技术的发展方面来看静脉输液控制装置，也能够清楚的了解到静脉输液控制装置的发展历程。从静脉输液技术刚发明投入使用到现在技术掌握熟练、使用范围变广，在输液速度监测技术上的装置改革也慢慢走向高科技化，直到现在，静脉输液装置共经历了机械式、电极式、电容式、光电式输液速度监测四个不同的发展阶段3。 在不同的时代，输液控制装置都会有很多不同的种类，而且各有特色，针对不同的医疗需求各自发挥所长。在21世纪的当下，高科技发展水平高，智能化科技产品涉及的领域亦是广的惊人。作为临床医疗工作中必需、常用的静脉输液控制装置自然会是科技爱好者的关注对象。目前，在医疗市场上已经有很多种类的静脉输液控制装置生产面世，有用电极法原理设计的，有用测重法原理设计的（误报率较高4），有用超声波回波检测原理设计的，也有使用液滴计数原理设计的等等。社会进步，科技继续高速发展，很多时代性的产品会慢慢退出社会舞台，但医疗上对静脉输液控制装置科技化的渴望一定不会减弱。1.3 课题的研究背景及意义静脉输液技术发展至今，在医疗使用方面上有很多的要求与早期大不相同，如果依然按照过往的方式来进行静脉输液则可能导致严重的医疗事故。目前的医疗技术对静脉输液要求较高，需要药液注射速度跟据实际情况做出精确的调整，因为不同年龄段的患者、不同的疾病需要的药液注射速度是不一样的5。因此，医疗上对静脉输液装置的要求越来越高，要求它能提供精确的输液速度才能以达到更好的治疗效果。如果依然一味按照老一套的方式进行静脉输液治疗自然会带来不少的麻烦，达不到很好的治疗效果，严重的还会产生医疗事故、闹出医疗纠纷。目前，临床医疗上的静脉输液装置大部分还是滑轮控制式，通过医护人员的手动控制莫非氏滴管滑轮上下滚动并且结合医护人员长年以来的工作经验，从而很好的控制静脉输液的速度。在输液的过程中，又是通过医护人员的不间隔巡视或患者本人时刻的盯视点滴瓶内药液的量，以防范药液在不知不觉中输送完毕对患者造成回血或更严重的伤害。在病人较多的当今社会，使用滑轮式的输液控制装置还会带来的后果是，医护人员出于减轻工作负担的考虑，会在药液输完前提前一点帮患者关闭或更换药液。可以看出，通过滑轮控制静脉输液速度的方法不仅输液速度不稳定、精度偏低，而且会浪费大量的人力、物力，需要医护人员和患者时刻注意，增加医护人员的工作量，对于患者而言也会让他们无法安于修养，危险性高6。总之，在这个科技发达、特别注重生活舒适度的社会，以往的这种静脉输液装置是时候更换或改进了。本文基于单片机技术，以51单片机系统为主要的控制中心，利用红外线透射原理设计一款输液控制装置。相对于传统的滚轮式输液控制装置，其控制药液输入人体的速度更能精准测量、调节，为输液治疗达到很好的治疗效果，结构也较简单，使用方便。该控制装置还带有报警系统，在药液输完之前能够提醒医护人员或患者关闭点滴，防止带来不必要的伤害。该装置大大的减轻了医护人员的工作负担，也能够让患者安于治疗、安心休养。第二章 课题研究计划与论证2.1 输液控制装置硬件设计方案该输液控制装置采用单片机技术为控制中心，以红外线的透射原理对输液速度进行检测、收集数据7。该装置能实现的主要功能为：能利用输液速度检测电路采集药液注射速度；可以显示实时的药液注射速度；可以通过按键设置输液速度的上下限，当实际注射速度不在设定范围内时便会自动报警；当剩余药液低于设定值时，系统自动发出报警，以提醒医护人员及时处理。根据该装置的具体功能，我们能够知道该输液控制装置分为以下几个部分：药液注射速度测量模块，数据显示模块，按键设置模块，药液余量检测模块。具体结构图如下图数据显示模块51单片机按键设置模块声光报警模块复位电路模块数据检测模块晶振电路模块图2.1 结构框图2.2 输液速度检测电路设计方案本课题研究的输液控制装置其功能的实现很依赖数据检测模块采集的数据精确程度，因此药液注射速度的精确测量在本设计中有着非常重要的作用，为数据检测模块选用合适的工作原理至关重要。目前，在市场上针对液滴流速的检测技术用的较多、较常见的有几下几种：方案一：采用电容式传感器技术来测量药液注射的速度。该方法首先需要在静脉输液管的滴管外周围放置一对精度较高的电极，从而形成一个精确度较高的电容8。进行静脉输液时，当药液滴下瞬间，由于电容内的电解质发生了变化，由变化之前的空气变为了药液，在那瞬间电容的电容量便发生了变化，电容量的这一微小、瞬间的变化可以通过由电感、电容组成的LC振荡电路来测量到。在检测系统内，当输出的频率值发生了变化时，便说明有药液液滴通过了，能够实现检测药液注射速度的功能。通过此方法测量药液注射速度，如果只是单一的药液其测量的精确度确实较高，但若换成不同种类的药液时其测量效果并不理想，因为不同的电解质其导致电容的变化程度是不一样的。再考虑到采用电容式传感器的方法需在输液管滴管外周安装一对电极，外周的电路较为复杂，该方法工作繁琐，使用不便，因此不适合本课题设计采用。方案二：采用反射式的红外光电传感器测量输液速度。该方法是将反射式红外光电传感器放在输液管漏斗的一端，当有药液滴下的时候，传感器利用红外线的反射性能，在接收端将检测到返回来的光电信号，通过检测有反射信号的次数从而得知输液的速度。但是该方法会有很多不稳定的因素容易影响测量的精确度，如水滴表面不规则，使接收端收集到的反射信号强度不够，并且利用该方法进行测量要求液滴下落的过程中与传感器发射信号方向的夹角要很精确。考虑到影响因素较多、不容易控制，因此该方法不适用在本课题设计中。方案三：采用红外线透射式原理，利用液体和空气对红外线的吸收差异来进行药液注射速度的测量。将透明的输液管卡入红外对管的空隙中，调整红外对管的位置，当输液管漏斗内有液体滴下时，接收管一端接收到的红外光信号变小，此时输出呈高阻态。当输液管漏斗内没有液体滴下时，接收管一端接收到的红外光信号增大，输出阻抗变小。通过这一些列的变化便能测量出药液的注射速度。利用该方式进行测量，系统功能稳定、影响因素少，测量系统功能齐全、体积小，使用方便。综合考虑，本输液控制装置的设计选用方案三来进行药液注射速度的测量。2.3 输液速度显示模块电路设计方案该输液控制装置可以实现设定并显示药液注射速度上下限的功能，显示模块的电路设计目前有两种可行方案。方案一：采用液晶显示屏作为显示器。液晶显示屏有以下几个优点：功耗小、节能，轻巧较薄，美观。但使用时，液晶显示屏的程序编程难度与对字符的要求比较大，在使用前需要对其进行单独的编译。并且，液晶显示屏的使用功能多样化，如果在本装置上使用会浪费它很多的功能，大材小用。方案二：采用数码管作为显示器。数码管具有耗能低、损耗低、工作电压低、使用寿命长等优点，且其工作性能稳定，不容易受环境因素的影响。而且相较于液晶显示屏，数码管的程序编程更简单，更加符合本课题的设计要求。数码管的功能较为单一，本装置采用数码管作为显示器不会造成资源浪费，选择两位的数码管完全可以满足本设计的需要。因此，综合各方面的比较，再结合本设计的实际需求，选择方案二更为妥当。2.4 键盘控制电路设计方案通过键盘控制模块输入，本装置可以实现设置药液注射速度的上下限的功能，当实际注射速度超过或低于预先设计值时，报警系统便会发出警告提示，因此可以看出键盘电路模块的方案设计在本系统中非常重要。键盘控制系统在本课题设计的应用系统中，可以实现输入所需数据、传送目标命令的功能，是人工操作、调节单片机系统的主要手段。键盘设计模式有两大类：编码式键盘系统与非编码式键盘系统9。编码式键盘：编码式键盘系统自身带有可以实现接口主要功能所需要的硬件逻辑电路，通过硬件电路完成必要的按键识别任务。人工每调节一次按键，键盘电路系统可以向单片机自动提供被按键的次数，而且在同一时刻会产生一种脉冲以通知微处理器，该方法具有使按键读数反弹跳与保护按键的功能。编码式键盘使用方便，但由于功能较多、性能完善，其硬件电路的设计较为复杂，因此不适用于功能单一、结构简单的本课题设计。非编码式键盘：与编码式键盘系统相比，非编码式键盘系统省去了结构复杂的硬件电路设计，其只简单的提供键盘的行列矩阵，键码的输入与确定等都是交由软件系统完成的，但这种方式设计的键盘系统在工作时占用CPU的时间便会较多。但由于本课题的设计功能较为单一，结构简单，主机任务较轻，所以非编码式键盘完全可以满足本设计的需要。非编码式键盘又有独立式按键结构和矩阵式按键结构两种。独立式键盘输入端口多，编程简单，调用快捷，每个按键都是单独接到STC89C52单片机的一个I/O口上的，在工作状态时不会互相之间有影响。而矩阵式键盘是将按键分为行与列，按键的两端接在行与列上，通过行列交叉按键编码进行键码识别，原理设计相对复杂，所需按键数量较多综合各方面的考虑，为结构简单、功能单一的本设计选择独立式键盘是最为合理的方案。2.5 51单片机的功能介绍STC89C52单片机是STC公司推出的一种高速、低功耗的CMOS8位微控制器。该单片机芯片内含有8K字节的可反复擦写多次的Flash只读程序存储器，芯片内拥有通用8位CPU和ISP Flash存储单元，能够在系统内进行编程，该单片机通过电脑软件即可将所需要的程序代码烧写进单片机内部，不需要通过通用编程器进行程序的输入，种种优越的性能使得STC89C52单片机为很多的嵌入式控制系统提供了更加灵活、高效、快捷的解决方案10。STC89C52具有以下功能与特点：拥有容量为8K字节的程序存储空间；数据存储空间的大小为512字节；芯片内自带2K字节的EEPROM存储空间；32位通用I/O口线；能够在系统内就进行编程，通过P3.0、P3.1引脚可直接烧写所需程序；可以作为看门狗定时器；有2个16位定时器/计数器。STC89C52的引脚说明： 2根电源引脚VCC（P40）：高电平端口，电源输入GND（P20）：低电平端口，接地线 2根外接晶振引脚XTAL2(P18)：单片机内振荡电路的输入端口XTAL1(P19)：单片机内振荡电路的输出端口 4根控制引脚RST(P9)：复位输入端口，高电平时有效。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位ALE/PROG(P30)：地址锁存允许端口，可以实现数据与低位地址的复用PSEN(P29)：程序储存允许端口，输出是外部程序存储器的读选通信号，低电平时有效EA/VPP(P31)：外部访问允许端口。当EA为高电平时，CPU执行片内程序存储器指令；当EA为低电平时，CPU只执行片外程序存储器指令。 32根可编程输入/输出引脚STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别为P0、P1、P2、P3口，每个口有8位，共32根引脚。P0口（P39-P32）：P0口是一个8位漏极开路的双口I/O口。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。分为P0.0-P0.7P1口（P1-P8）：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口。对P1端口写“1”时内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。分为P1.0-P1.7P2口（P21-P28）：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口。对P2端口写“1”时内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。分为P2.0-P2.7P3口（P10-P17）：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口。对P3端口写“1”时内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。分为P3.0-P3.7图2.2 STC89C52引脚图第三章 输液控制装置的硬件电路设计本课题设计的输液控制装置其硬件电路共分为五大模块，分别为：单片机最小系统模块、按键设置模块、数码管显示模块、药液注射速度检测模块、蜂鸣器报警模块，其中单片机最小系统模块又包括电源供电模块、复位电路模块、振荡电路模块等11。整个装置系统的功能实现是由各个模块共同工作、相互协调完成的。3.1 设计所需主要元器件介绍在硬件方面，系统若需实现目标功能，则需要各个模块的元器件共同工作运转，互相之间相互协调、帮助。对于电子作品的设计来说，对每个元器件的型号、规格大小等条件都是有严格要求的，不同的元器件所能实现的功能并不一致，且元器件都是微小、敏感的，如果有一电路模块使用的元器件型号、规格大小不符，则容易造成其他模块元器件的损坏。经过深入的了解及多次的验证，现列出以下本课题设计所用到的主要元器件：STC89C52单片机220电阻 *2LM393芯片 *2103精密电位器（蓝）*25mm红外对管（对）*2102排阻12M晶振10uF电容30P瓷片电容 *20.36寸两位一体共阴数码管蜂鸣器5mmLED *3（2红1黄）9012三极管按键 *310k电阻 *5自锁开关2.2k电阻 *2导线若干1k电阻 *2USB电源线（DC接头+电池盒）表3.1 主要元器件3.1.1 LM393 芯片介绍LM393芯片又叫双电压比较器集成电路，是高增益、宽频带器件，同市场上大部分的比较器一样，如果输入端与输出端之间有寄生的电容存在，便会产生耦合从而容易产生振荡。LM393芯片内部具有2个独立的电压比较器12，共四个输入端、两个输出端，而四个输入端分别为两个同相输入端和两个反相输入端，在本课题设计中只使用到了一组引脚。在本课题设计中，LM393芯片的GND引脚接地，5引脚是同向输入端，连接一个精密电位器，6引脚是反相输入端，连接红外对管中发射管的负极，7引脚是输出端，连接到STC89C52单片机的P3.3引脚，而8引脚的VCC端接到电源正极。LM393芯片的工作原理是：5引脚与电位器相连，使得该引脚的电位可以是一个确定值，而6引脚的电位大小由红外对管决定。当6引脚的电位比5引脚电位高时，7引脚输出低电平；当6引脚的电位比5引脚电位低时，7引脚则输出高电平。LM393芯片的7引脚输出电平高低的变化通过单片机的P3.3引脚输入到单片机内进行处理，然后通过数码显示管显示具体的输液速度。图3.2 LM393实物图 图3.3 LM393电路图3.1.2 红外对管电路介绍红外对管电路主要由红外发射管和红外接收管构成。红外发射管是一种发光体，由红外发光二极管矩组成，常用砷化镓制成PN结，通过正电压向PN结输入电流以激发红外光，发射出稳定的红外信号供接收管接收。红外对管的另一部分红外接收管，其内部结构包括一个响应速度高和灵敏度高的发光电二极管，其功能是将红外信号转换为单片机系统能够检测到的电信号，通常把它的输出引脚连接到单片机的外部中断引脚上。红外接收管一般是接收、放大、解调等功能一体化的，对红外信号解调之后形成数据“0”和“1”的脉冲，再由单片机解码。在红外对管电路模块，红外发射管与接收管是正对着的。在没有药液滴下时，发射管发出的红外光较强，接收管接收、放大、解调后输出的电信号也较大；在有药液滴下的情况下，下落的液滴会对发射管发出的红外光进行一定量的漫反射、散射及一定量的吸收作用，从而导致接收管接收的红外信号较弱13，与没有药液滴下时发生了较大的变化。每次红外接收管接收到信号之后便经一级施密特触发器送往单片机的中断输入口，根据红外信号前后发生的巨大变化，从而检测出药液液滴的下落速度，实现输液控制装置的功能。图3.5 红外对管电路图图3.4 红外发射管（白）、红外接收管（黑） 3.1.3 9012三极管介绍三极管9012是非常常见、好用的晶体三极管，属于PNP型小功率三极管，应用极为广泛。在本设计系统内，三极管9012起一个开关作用，其基极通过一个2.2K的电阻与单片机STC89C52的P2.0引脚相连，集电极与蜂鸣器的正极相连，发射极与高电平VCC连通。当单片机的P2.0引脚输出为低电平时，三极管9012处于导通状态，此时蜂鸣器鸣响；当单片机P2.0引脚输出为高电平时，三极管9012处于截至状态，此时蜂鸣器不发出声响。图3.6 三极管实物图 图3.7 9012三极管工作电路图3.1.4 两位共阴数码管介绍共阴极数码管是所有LED灯的负极连接在一起成为COM端，然后再与单片机的引脚相连，LED灯的各正极端分别与单片机的不同引脚互相连接。数码管在本课题设计中起到非常重要的作用，药液的注射速度就是通过它来显示的，操作人员通过数码管的显示功能能够精准的对输液速度进行调节把握，其具体的连接方式为：数码管1引脚（G）连接到单片机P0.6引脚，2引脚（DP）连接到单片机P0.7引脚，3引脚（A）连接到单片机P0.0引脚，4引脚（F）连接到单片机P0.5引脚，5引脚（S2）连接到单片机P2.7引脚，6引脚（D）连接到单片机P0.3引脚，7引脚（E）连接到单片机P0.4引脚，8引脚（C）连接到单片机P0.2引脚，9引脚（B）连接到单片机P0.1引脚，10引脚（S1）连接到单片机P2.6引脚。图3.8 数码管引脚图及内部电路 图3.9 数码管连接电路图3.2 单片机最小系统介绍单片机最小系统是电子设计的中心模块，起到重要的控制作用，把整个设计系统比作人的话，那么单片机最小系统就是人的大脑。单片机最小系统主要由工作电源、复位电路、振荡电路以及扩展部分等模块组成，工作电源、复位电路、振荡电路可以使单片机始终处于正常的运行状态，而扩展部分能使单片机完成较复杂的功能。电源电路 STC89C52单片机I/O口复位电路振荡电路图3.10 单片机最小系统原理框图3.2.1 电源供电模块一个完整的电子设计能够正常、有序的工作，必须有一个电源供电模块为该系统提供动力，稳定、可靠的供电电源是系统能平稳运行的最基本条件。本设计使用的51单片机相较于其他系列的单片机，会更容易受到外界因素的干扰而出现程序在实现功能时的不稳定性，因此为单片机最小系统提供一个稳定性极高的电源供电模块是非常必要的。电源供电模块由电源接口、自锁开关、电阻、LED指示灯等元器件组成，再与单片机的VCC引脚相连，从而实现为单片机供电的功能。最小系统的供电电源可以由计算机的USB接口来提供，也可以由充电宝、外接排插等外部稳定的5V电源供电。图3.11 电源供电模块电路图3.2.2 复位电路模块单片机的复位电路，从字面意思理解就能知道其作用，就是能够把单片机电路从工作状态恢复到原始的不工作状态或厂商设定的一个确定状态。本设计使用的STC89C52单片机的复位模式为高电平复位，电路结构是在单片机的RST引脚上连接一个10uF的电容通到VCC端口，再连接一个10K电阻到地线GND端口，从而形成一个由电容、电阻组成的充放电回路，以确保单片机在上电时复位引脚RST上有足够时间的高电平进行复位，复位完成后单片机又回归到低电平进入工作状态。图3.12 复位电路模块电路图3.2.3 振荡电路模块最小系统的振荡电路一般由晶振（晶体振荡器）、两个30pF的电容等元器件组成，然后与单片机的XTAL2引脚、XTAL1引脚相连构成振荡电路模块。振荡电路模块在单片机系统里的作用非常之大，其作用是结合单片机内部的电路为系统提供所需的基本时钟信号。振荡电路模块为单片机提供的时钟频率越高，单片机的工作运行速度就会越快，单片机的一切指令的执行都是建立在晶振提供的时钟频率之上。图3.13 振荡电路模块 3.3 键盘控制电路模块在本课题的电路设计中，键盘控制电路模块采用的是独立式按键接口设计。相较于其他方式的按键接口设计，这种方式更符合本设计的需求，它的输入端口多，编程简单，调用快捷，每个按键都是单独接到单片机的一个I/O口上的，在工作状态时不会互相之间有影响。该课题设计共使用了三个按键开关S1、S2、S3。S1按键开关一端接地，另一端连接到单片机的P3.5（T1）引脚，由于P3.5引脚是计数器/定时器1输入口，因此S1按键开关起着向单片机输入数据信号的作用。S2按键开关一端接地，另一端连接到单片机的P3.6（WR）引脚，而P3.6引脚是外部数据存储器写选通的接口，因此S2按键开关的作用是通过单片机调节、控制数码显示管的数据，使数据大小满足操作者的需求。S3按键开关一端接地，另一端接到单片机的P3.7（RD）引脚，该引脚与P3.6引脚功能差不多，是外部数据存储器写选通接口，所以S3按键开关与S2按键开关功能相差不大，都是通过单片机对数码显示管的数据进行调节，两个按键开关共同设置数码管数据上下限的大小。键盘控制电路模块的实现功能是：按下S1按键开关，进入对输液速度上限值的调节，此时再按S2开关可以把数码显示管数据上调，按S3开关可以把数码显示管数据下调。上限值设置完毕后按下S1按键开关进行保存同时进入对输液速度下限值得调节，此时按S2开关可以上调数值，按S3开关可以下调数值，最后按下S1开关对输液速度的下限值进行保存。图3.14 键盘控制电路3.4 数码管显示电路模块数码管显示电路模块主要的元器件是一个两位的共阴极数码显示管，因为药液注射速度正常范围为每分钟30到100滴，因此选用两位的数码管即可。数码显示管采用串行方式显示，与并行显示相比，占用的接口更少，更加适用于本课题设计，其引脚与单片机引脚相连接，具体连接方式在文中的3.1.4章节有介绍。该模块的主要功能是显示实时的药液注射速度及设置值。显示设置值是把键盘控制模块设置的数值通过单片机在数码显示管上具体的显示出来，能够让操作者明确设定输液速度的范围值。显示实时的输液速度可以让操作者掌握具体的输液速度，医务人员可以根据实际情况进行调节，弥补了只依靠工作经验来调节药液注射速度的不足。图3.15 数码管显示电路3.5 药液注射速度检测模块药液注射速度检测模块主要由电压比较器LM393芯片、红外对管、电阻、电位器、LED灯等元器件组成，通过检测红外对管信号的强弱变化来收集输液速度的数据。速度检测模块的功能实现原理：LM393芯片的5引脚与电位器相连，当电位器阻值不变时，5引脚的电平大小不变。6引脚连接在10K电阻和红外接收管的负极，当有药液滴下时，红外信号变弱，导致红外接收管的阻值增大，其两端电压增大，此时6引脚上是高电压。由于6引脚的电压高于5引脚电压，因此7引脚输出的是低电平，同时LED灯点亮。当没有药液滴下时，红外信号较强，红外接收管的阻值较小，其两端电压较低，此时6引脚上是低电压。由于6引脚电压不比5引脚电压高，因此7引脚输出的是高电平，LED灯两端都为高电平所以不点亮。速度检测模块这一高低电平的变化通过单片机的P3.3引脚输入到单片机系统内，再经过程序调制，最终在数码显示管上显示出实时的药液注射速度。图3.16 速度检测模块电路图3.6 报警模块报警模块主要由PNP型三极管9012、蜂鸣器和2.2K的限流电阻组成，三极管的基极通过限流电阻与单片机的P2.0I/O口相连。当药液注射速度在设置的范围值内时，单片机通过程序调制使得P2.0I/O口输出高电平，此时三极管处于截止状态，蜂鸣器不响；当药液速度高出或低于设置范围内时，单片机通过程序调制使得P2.0I/O口输出低电平，此时三极管处于导通状态，蜂鸣器发出声响进行报警。图3.17 报警模块电路图第四章 输液控制装置软件介绍及程序框图输液控制装置在设计的过程中涉及了很多的软件技术，数码显示管及药液注射速度检测模块的功能实现也是通过程序来完成的。下面一一介绍本课题设计所使用的软件及程序设计的框图。4.1 开发软件介绍在本课题设计中主要使用了两个软件：Keil uVision4、Protel 99SE。Keil uVision4是由德国Keil公司出品的基于WINDOWS平台的C语言软件开发系统，属于51系列兼容单片机开发工具类型14。与汇编语言相比，C语言在功能上、可靠性、可读性、使用方便性上有着明显的优势，用过汇编语言后再使用Keil uVision4来开发的话体会会更加深刻。另外非常重要的一点，我们只需对比一下使用Keil C51编译后生成的汇编代码，就能感受到该软件生产目标代码的效率是非常高的，大部分的语句生成的程序代码很连贯，容易理解。图4.1 Keil C51软件界面Protel 99SE软件是由Ptltel公司出品的一款PCB电子电路辅助设计软件，该软件版本从开发到现在共经历了两个阶段，分别为Protel for DOS版本和Protel for window版本，目前电子设计上使用最多的还是Protel 99SE版本15。该版本功能特别完善，在Windows系统上的稳定性也有很大程度的增强。Protel 99SE软件主要包含电路工程设计和电路仿真与PLD两大部分，电路工程设计系统内又含有绘制电路原理图功能、印刷电路版设计功能及自动布线功能，而电路仿真与PLD系统内有模拟仿真功能、可编程逻辑设计功能和系统电路完整性验证功能。图4.2 Protel 99SE软件界面4.2 主程序设计框图开始设置参数，显示数值注射速度计算函数数码显示管计数器初始化初始化结束判断按键是否按下N YY图4.3 主程序设计框图4.3 药液注射速度检测程序设计框图再检测P3.3=1?即检测第二滴药液初始化判断P3.3=1?即是否有液滴启动计数机停止计数器利用中断次数、时间计算出液滴速度NYNY图4.4 速度检测程序框图总结在毕业课题设计准备之前，一直觉得大学四年的专业课学习并没有给我带来什么专业技能，也一度怀疑课堂上学的这些知识到底能用什么作用。然而，经过这次的实际操作、设计后，我意识到在课堂所学知识大有用途，不是之前停留在理论知识上所想的那样简单。理论知识的学习为我奠定了电子作品设计的基础，熟知各元器件的功能及结构原理是我在理论知识学习上的最大收获，而且在设计过程中遇见问题时，我也能够知道如何查找资料去解决。通过这次的实物作品设计、制作，增强了我的动手能力，实现了把理论知识付于实际，用理论知识完成实际作品，由实际作品更好掌握理论知识的应用。在作品电路的设计过程中，我进一步加深了对Keil uVision4软件和Protel 99SE软件的功能了解，同时C语言编程能力及作品设计的严谨性也得到了很大程度的提高。在电路焊接的过程中，我熟练掌握了单片机及各元器件的功能使用，也了解了它们的多功能性，知道理论的系统功能需要如何灵活的把各元器件连接在一起才能够实现。在实际制作的过程中，可能我们的电路图原理设计和线路焊接方式都没有问题，但最后作品还是无法正常工作，无法实现理论上的功能。在这个时候，我们不能气馁，应该仔细的检查各部件是否正常连接，或者各元器件是否因为焊接出现损坏等等。总之，仔细调试、纠正，耐心等待作品成功的那一刻。随着医疗要求越来越高，病患数量大幅度增多，医护人员的工作负担越来越大，输液控制装置在医疗市场上的应用前景是非常不错的。输液控制装置在各医院的使用满意度一直受到广大科技研究者的关注，曾有研究者对云南省第二人民医院的医护人员及病患进行过问卷调查。调查对象是骨科的30名医护人员、200名病患，调查结果显示：在使用前，有73.3%的医护人员、64.0%的病患对输液控制装置