基于单片机的输液监控装置--毕业设计.doc

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1、学 号：XINJIANG INSTITUTE OF ENGINEERING毕业设计设计题目：基于单片机的输液监控装置摘 要摘 要随着智能化控制的不断发展，自动化临床设备的研究已成为医疗器械的一个重点.其可以减轻工作人员的压力，提高医护人员的工作效率。静脉输液是一种常见的临床治疗方法，通过在静脉输入起到治疗的作用，本课题是研究智能输液系统的设计方法，本方案是基于AT89S51控制的。这个系统操作简洁、上手较快、具有报警功能并且方便集中控制，在现代医疗事业具有较大意义，推动了自动化的智能医疗事业的发展， 有利于提高医护质量。本课题的主要功能有：实现了利用电路采集液滴速度，可设置液滴速度并且进行比较

2、，可显示液滴滴速和剩余输液时间；可自行设置液滴滴速；在输液剩余液量低于设定值，自动报警，或者输液过程出现特殊情况也可报警。补充了这个方向的输液系统的部分研究空白，对于设备结构的分析和其电子设计的研究具有重要意义；通过理论分析，很好的分析了整个输液系统的理论与实践基础。本课题的研究成果为输液系统的研究提供了丰富的信息。 关键词 单片机；医院输液系统；输液监控；智能 i AbstractAbstract With the continuous development of intelligent control， clinical research automation equipment has

3、 become a focus of medical devices. It can reduce the pressure of staff， improve the working efficiency of medical staffs. Intravenous infusion is a common clinical treatment，the treatment effect in the vein of the input，this topic is the design method of the intelligent infusion system， the scheme

4、is based on AT89S51 control. This system operation is simple， started fast， has an alarm function and convenient centralized control， is of great significance in modern medical enterprise，promote the development of intelligent medical business automation，is conducive to improving the quality of medi

5、cal care. The main function of this subject: the circuit for collecting the droplet velocity，droplet velocity can be set and compared， can display the drop speed and the rest of the infusion time; can set up their own drop speed; in the infusion of remaining liquid volume is lower than the set value

6、， the automatic alarm， or infusion process there are special circumstances can also alarm. Part of the research blank infusion system added to the direction， have important significance for analyzing the structure of the equipment and electronic design research; through theoretical analysis， a very

7、good analysis of the theory and practice basis of the infusion system. The results of research on this to picprovides abundant information for the study of transfusion system.Keywords MCU;hospital infusion system;transfusion monitoring;intelligencei目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 课题的背景和意义11.1.1 医疗输液监控系统设计

8、背景11.1.2 输液监控系统设计的背景21.2 装置设计需要解决的问题21.3 装置实现的功能22 系统方案设计与论证42.1 系统硬件总体设计方案42.2 点滴速度测量电路方案42.3 电机选择及控制方案42.4 回血检测电路方案52.5 显示模块接口电路方案52.6 键盘接口电路方案53 输液系统硬件设计73.1 单片机型号的选择与论证73.2 最小系统113.3 滴速检测模块及工作原理133.3.1 红外发光二极管和光敏三极管153.3.2 红外发光二极管主要参数153.3.3 光敏三极管的主要参数163.4 报警模块173.5 复位电路173.6 显示模块183.7 按键模块193.

9、8 无线模块203.9 步进电机模块223.10 三极管233.11 原件清单263.12 系统接线图274 系统软件及框图设计284.1 软件介绍284.2 主程序流程图304.2.1 速检测子程序314.3 输液监控装置的制作324.3.1主模块324.3.2液滴计数模块334.3.3报警模块334.3.4回血模块33结 论34参考文献35谢 辞37附 录38i1 绪论1 绪论随着科技的进步，越来越多的地方需要用到对液体的流量或者滴速进行控制，如人工肾机的透析液储液罐中透析液储量、自动洗胃机中冲洗液的液量、中药使用的药浴机中煎药锅中的水位等，医疗保健领域中药液的输液量与输液速度需要精确的控

10、制以达到更好治疗效果。根据我国各地卫生厅的标准不同输液系统的滴速设定也不尽相同，湖北省卫生厅的护理技术操作规范规定：成人静脉输液滴速4060滴/min，儿童及老年人2040滴/min；高于此标准10滴/min为过快；低于此标准10滴/min为过慢。而辽宁省卫生厅规定以滴速40-60滴/min为标准，高于70滴/min为过快，低于30滴/min为过慢，基于此我们可以看出静脉输液作为一种常见的临床治疗方法，通过向静脉输入药液起到治疗的作用，滴速控制尤为重要，并且新药品越来越多，在治疗疾病的过程中，采用静点输液治疗方法已越来越普遍。然而，在输液过程中，不同药液，不同年龄患者均有其不同的最佳滴速要求。

11、滴速过快、过慢均会影响疗效甚至给患者带来不适；此外在输液过程中，当输液完成需要换药液时，需要医务人员发现不及就会出现空气进入血管内形成空气栓塞，凝血堵塞针头等情况，轻则延误治疗，重则会危及病人生命安全，发生事故，还有当病人单独输液时，有可能睡着或者忘记观察剩余药液量引起血液外流等事故。综上可以看出输液监护控制系统在未来医疗中的重要地位和作用。1.1 课题的背景和意义1.1.1 医疗输液监控系统设计背景随着智能化控制的不断发展，自动化临床设备的研究已成为医疗器械的一个重点其可以减轻工作人员的压力，提高医护人员的工作效率。静脉输液是一种常见的临床治疗方法，通过在静脉输入起到治疗的作用，所以其滴速的

12、控制很重要，随着新药品研发的越来越多，采用静点输液治疗方法在治疗疾病的过程中已变得很普遍了。然而，在输液过程中，对于不同药液，不同年龄患者均有其不同的最佳滴速要求。其滴速过快或者过慢均会影响治疗效果；在输液过程中，若需要换输液，若发现不及就会出现空气进入血管内就会危及病人生命安全，还有当病人单独输液时，由于睡着或者忘记观察药液量导致血液外流等事故。以上就体现出输液监控的重要地位和作用。本课题就是针对以上问题进行设计研究，对提高医疗事业的发展起到很大的作用。利用科技去提高整个医疗事业，是造福整个人民的好事情，对于此我们应努力的去改善。1.1.2 输液监控系统设计的背景本设计所针对的医疗产品在国内

13、只有一些大型医院引进。在国内输液装置的研究相对起步较晚，在市场上也存在一定国产输液装置。但是总体来说，国内的自动输液系统需要很长的路要走。并且国内的医疗设备技术相对落后、种类方面也相对较少、性能与质量也参差不齐。而智能输液系统在国外的发达国家，如日本、美国等研制的较早并且种类较多，其也基本实现了智能化，在医院输液监控使用已经十分普遍。医疗设施发展趋势在于单片机智能输液系统的发展，单片机的性价比优越，而以前的输液系统。现在的单片机可以进行多个系统的控制，减轻工作人员的压力，提高医护工作效率。在人为控制下可能对病人带来麻烦，以前的临床输液中有患者医护人员观察监视药液余量，此方法涉及的精力大且效率低

14、，不利于医疗的综合管理。而使用智能输液系统只要考虑周到，运行的时候就可以解决以上问题。该课题研究具有应用价值，对于提高我国的医疗水平有深远影响。医疗的安全问题离不开科技，利用科技去提高医疗事业是对医疗事业的一大促进。1.2 装置设计需要解决的问题（1）如何实现滴速设置。（2）如何提示护士应该换药。（3）如何实现回血功能。（4）怎么样使整个系统稳定可靠。1.3 装置实现的功能护士用滚珠调节滴速，滴速可以再数码显示屏上及时显示出来。可以设置滴速的上限和下限，一旦超出或低于上线下限就会报警。同时会发出无线信号，护士室的无线接收端胡收到报警信号并发出报警。当输液瓶的药品用尽或输液管意外打结，点滴管有十

15、秒没有药液滴下就会报警，同时步进电机开始动作，锁紧输液管，防止发生回血。当回血发生时，装置检测到回血立刻报警并且步进电机开始工作，锁紧输液管。病人端有一个报警按钮，病人按下按钮护士端就会报警，再按按钮报警解除。 - 1 -2 系统方案设计与论证2 系统方案设计与论证2.1 系统硬件总体设计方案本课题的输液系统分为以下部分：滴速测量模块，回血检测模块，键盘模块，显示模块。结构图如下图2.1 。显示模块按键模块单片机复位电路声光报警模块检测模块晶振电路图2.1 总体结构框图2.2 点滴速度测量电路方案速度测量在设计中占有极其重要的位置，它是本系统的基础，在进过分析思考后整理出以下几种方案：方案一：

16、采用反射式的红外光电传感器将反射式红外传感器放置于输液器的漏斗一端，在液滴下落时，利用红外线的反射能力，接收端将检测到信号。但是有很多不稳定因素如水滴的表面不规则，收集到的反射信号弱，并且对于液滴下落时要和传感器的夹角要很精确，方案二：采用对射红外光电开关采用红外对射式光电开关，其功能齐全，体积小，具备交直流通用型，抗震性能好，液滴检测稳定，很适合精度要求高的医疗设备，此方案成本低。下落液滴可以遮挡红外光线，单片机检测信号可以确定滴速。经考虑选用方案二。2.3 电机选择及控制方案常用的电机主要有以下几种：直流电机、步进电机、伺服电机。方案一：直流电机上电即可转动，掉电后惯性较大，停机时还会转动

17、一定角度后才可停止，如果要求准确控制其转动的角度，其闭环算法比较复杂，系统硬件也会相应麻烦。 方案二：伺服电机的机械特性较好，输出功率大，启动转矩大，驱动电路简单，正反转控制容易且有抱死功能，但有由于其实际价格偏高，不适合普遍使用。方案三：步进电机是一种将电脉冲转换为角位移的执行元件。步进电机转矩相对直流电机大，控制精度比较高，其步进转过的一个角度也固定，适用于较精确的测量，这可有效提高输液速度的控制精度。因此，电机选用步进电机最佳。2.4 回血检测电路方案方案一：红外对管发射接收。根据血液回流颜色变化，遮挡红外光线，单片机检测到信号则进行中断报警。方案二：称重传感器检测。利用称重传感器对总质

18、量与实际警戒水位质量相比较，当测量总质量与设定值相等时发出报警。比较上述方案，选择方案一，其实用、方便，也能保证测量的准确度。2.5 显示模块接口电路方案此设计里要可以设定滴速。其显示内容需要有设定值和实际滴速。经过考虑和设计有以下两种设计方案：方案一：采使用(LCD)液晶显示屏。虽然液晶显示屏有功耗小、轻巧较薄等优点，但编程较数码管难并且对于字符的要求较大，需要单独编译。并且相比于数码管节能较差。对于以后产品会有一定影响。方案二：采用数码管显示。数码管具备低能耗、低损耗、低压、寿命长、且环境的要求较低等特性。而且数码管编程简单，完全可以满足显示方案的数据。综合比较以上两种方案，结合本设计的要

19、求可知采用方案二较为合适。2.6 键盘接口电路方案键盘是人为向机器输入的基本设备，可以有编码键盘和非编码键盘，在此设计内我们选择成本较低技术成熟的非编码键盘，非编码键盘有一下几种分类：独立式按键电路、矩阵式键盘电路，中断式键盘电路等。根据其特点我们提出了以下两种方案：方案一：独立键盘使用于输入端口较多，调用快捷，且每个键的工作状态不会影响其他几个键的情况，此方案可以大大减少程序的内容，编程较简单，使用起来也很方便，对于本设计，对于键盘的需求不大，只需要进行简单的操作即可。方案二：此键盘是将按键分为行和列，都有交叉点，键两端接于行和列上，一般有4*4、8*8、4*8的规格，用户可以根据自己的需求

20、选择合适自己的规格，但因为本设计简单可操作故不符合。该系统使用的按键数较少，故采用独立式键盘最为合适。- 3 -新疆工程学院毕业设计3 输液系统硬件设计在第二章的方案论证基础上，第三章主要对各个硬件结构以及主要硬件部分进行了论证。3.1 单片机型号的选择与论证AT89S51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有4K在系统可编程Flash存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能：4k字节Flash，512字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2个16 位 定时

21、器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外AT89S51 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。AT89S51主要功能如表3-1所示，其DIP封装如图3.1所示：表3-1 AT89S51主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系统4K可反复擦写Flash ROM32个双向I/O口256x8bit内部RAM2个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24

22、MHz2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能AT89S51引脚介绍 主电源引脚（2根）VCC(Pin40)：电源输入，接5V电源GND(Pin20)：接地线外接晶振引脚（2根）XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端控制引脚（4根）RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通

23、，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。可编程输入/输出引脚（32根）AT89S51单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。P0口（Pin39Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0P0.7P1口（Pin1Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0P1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0P3.7作频率35Mhz，6T/12T可选。图3.1 AT89S51 DIP封装图最小系

24、统包括单片机及其所需的必要的电源、时钟、复位等部件，能使单片机始终处于正常的运行状态。电源、时钟等电路是使单片机能运行的必备条件，可以将最小系统作为应用系统的核心部分，通过对其进行存储器扩展、A/D扩展等，使单片机完成较复杂的功能。AT89S51是片内有ROM/EPROM的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单可靠。用AT89S51单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，结构如图3.2所示，由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。图3.2单片机最小系统原理框图(1) 时钟电路AT89S51单片机的时钟信号通常有两种方式产生：一是内部时钟方式，二是外

25、部时钟方式。内部时钟方式如图3.3所示。在AT89S51单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的XTAL1(18)和XTAL2(19)引脚外接石英晶体(简称晶振)，就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。图中电容C1和C2的作用是稳定频率和快速起振，电容值在530pF，典型值为30pF。晶振CYS的振荡频率范围在1.212MHz间选择，典型值为12MHz和6MHz。图3.3 AT89S51内部时钟电路(2) 复位电路当在AT89S51单片机的RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机内部就执行复位操作(若该引脚持续保持高电平，单片机就处于循环复位状态)。最简单的上电自动复位电路中

26、上电自动复位是通过外部复位电路的电容充放电来实现的。只要Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位。除了上电复位外，有时还需要按键手动复位。本设计就是用的按键手动复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过RST(9)端与电源Vcc接通而实现的。图3.4 AT89S51复位电路（3） AT89S51中断技术概述中断技术主要用于实时监测与控制，要求单片机能及时地响应中断请求源提出的服务请求，并作出快速响应、及时处理。这是由片内的中断系统来实现的。当中断请求源发出中断请求时，如果中断请求被允许，单片机暂时中止当前正在执行的主程序，转到中断服务处理程序处理中断服务请求。中

27、断服务处理程序处理完中断服务请求后，再回到原来被中止的程序之处（断点），继续执行被中断的主程序。图3.5为整个中断响应和处理过程。图3.5中断响应和处理过程- 7 -3 输液系统硬件设计3.2 最小系统图3.6最小系统 单片机最小系统，或者称为最小应用系统，是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对51系列单片机来说，最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、复位电路。下面给出一个51单片机的最小系统电路图。复位电路：一、复位电路的用途：单片机复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。单片机也一样，当单片机系统在运行中，受到环境干扰出现程序

28、跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。二、复位电路的工作原理在书本上有介绍，51单片机要复位只需要在第9引脚接个高电平持续2US就可以实现，那这个过程是如何实现的呢？在单片机系统中，系统上电启动的时候复位一次，当按键按下的时候系统再次复位，如果释放后再按下，系统还会复位。所以可以通过按键的断开和闭合在运行的系统中控制其复位。开机的时候为什么会复位：在电路图中，电容的的大小是10uF，电阻的大小是10k。所以根据公式，可以算出电容充电到电源电压的0.7倍（单片机的电源是5V，所以充电到0.7倍即为3.5V），需要的时间是10K*10UF=0.1S。也就是说在单片机启动的0.1S内，

29、电容两端的电压时在03.5V增加。这个时候10K电阻两端的电压为从51.5V减少（串联电路各处电压之和为总电压）。所以在0.1S内，RST引脚所接收到的电压是5V1.5V。在5V正常工作的51单片机中小于1.5V的电压信号为低电平信号，而大于1.5V的电压信号为高电平信号。所以在开机0.1S内，单片机系统自动复位（RST引脚接收到的高电平信号时间为0.1S左右）。按键按下的时候为什么会复位：在单片机启动0.1S后，电容C两端的电压持续充电为5V，这是时候10K电阻两端的电压接近于0V，RST处于低电平所以系统正常工作。当按键按下的时候，开关导通，这个时候电容两端形成了一个回路，电容被短路，所以

30、在按键按下的这个过程中，电容开始释放之前充的电量。随着时间的推移，电容的电压在0.1S内，从5V释放到变为了1.5V，甚至更小。根据串联电路电压为各处之和，这个时候10K电阻两端的电压为3.5V，甚至更大，所以RST引脚又接收到高电平。单片机系统自动复位。晶振电路：晶振是晶体振荡器的简称 在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络 电工学上这个网络有两个谐振点 以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振 较高的频率是并联谐振 由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近 在这个极窄的频率范围内 晶振等效为一个电感 所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路

31、 这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路 由于晶振等效为电感的频率范围很窄 所以即使其他元件的参数变化很大 这个振荡器的频率也不会有很大的变化。晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值。选择与负载电容值相等的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率。一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器(注意是放大器不是反相器)的两端接入晶振 再有两个电容分别接到晶振的两端 每个电容的另一端再接到地 这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容 请注意一般IC的引脚都有等效输入电容 这个不能忽略。一般的晶振的负载电容为15pF或12.5pF 如果再考虑元件引脚的等效输入电容 则两个22pF的电容

32、构成晶振的振荡电路就是比较好的选择。如上图:晶振是给单片机提供工作信号脉冲的 这个脉冲就是单片机的工作速度 比如 12M晶振 单片机工作速度就是每秒12M 当然单片机的工作频率是有范围的不能太大 一般24M就不上去了不然不稳定。晶振与单片机的脚XTAL0和脚XTAL1构成的振荡电路中会产生偕波(也就是不希望存在的其他频率的波) 这个波对电路的影响不大 但会降低电路的时钟振荡器的稳定性 为了电路的稳定性起见 ATMEL公司只是建议在晶振的两引脚处接入两个10pf-50pf的瓷片电容接地来削减偕波对电路的稳定性的影响 所以晶振所配的电容在10pf-50pf之间都可以的 没有什么计算公式。P0口的上

33、拉电阻：P0口作为I/O口输出的时候时输出低电平为0输出高电平为高组态（并非5V，相当于悬空状态）。也就是说P0口不能真正的输出高电平，给所接的负载提供电流，因此必须接上拉电阻（一电阻连接到VCC），由电源通过这个上拉电阻给负载提供电流。由于P0口内部没有上拉电阻，是开漏的，不管它的驱动能力多大，相当于它是没有电源的，需要外部的电路提供，绝大多数情况下P0口是必需加上拉电阻的。1.一般51单片机的P0口在作为地址/数据复用时不接上拉电阻。2.作为一般的I/O口时用时，由于内部没有上拉电阻，故要接上上拉电阻。3.当p0口用来驱动PNP管子的时候，就不需要上拉电阻，因为此时的低电平有效；4.当P0

34、口用来驱动NPN管子的时候，就需要上拉电阻的，因为此时只有当P0为1时候，才能够使后级端导通。31脚EA/Vpp接电源：STC89C51/52或其他51系列兼容单片机特别注意：对于31脚(EA/Vpp)，当接高电平时，单片机在复位后从内部ROM的0000H开始执行，当接低电平时，复位后直接从外部ROM的0000H开始执行。3.3 滴速检测模块及工作原理光电传感器：光电传感器是由红外发射管进行发射，红外接收对管接收光信号来检测液滴的一种手段，将该传感器套于输液器的漏斗上，从而确保液滴的检测结果无误。结构图如图3.7。图3.7采集装置结构图红外发射管进过恒定的电源驱动下可以发射一定频率的恒定红外线

35、光，通过肉眼不可见。红外线穿过对管间的间隙，由接收管接收。当没有水滴是通过对管间隙时，红外接收管会处于完全导通状态，输出的为高电平；当有水滴通过对管间隙的时候，红外接收管的导通能力会有不同程度地下降，其输出的不规则是负向脉冲；每一个水滴的通过都会产生一个这样的不规则的负向脉冲，脉冲数目是与水滴数目一一对应。这样由红外对管传感器所产生的负向脉冲会经过LM339比较器后，然后输入端是输入的不规则负向脉冲，就会整形为规则的正向脉冲，然后将该脉冲输出到单片机的中断口 INT0。其数据采集电路图如图3.8，其输出波形如图3.9。图3.8数据采集装置图3.9 数据采集装置输出波形3.3.1 红外发光二极管

36、和光敏三极管红外线发光二极管其电气的电路符号及特性曲线，阳极（P极）电压加正，阴极（N极）电压加负，此时二极管所加之电压为正向电压，同时亦产生正向电流，提供了红外线发光二极管发射出光束的能量，其发光的条件与一般的发光二极管(LED)一样，只是红外线为不可见光。一般而言砷化镓的红外线发光二极体约须1V，而镓质的红色发光二极管切入电压约须1.8V；绿色发光二极管切入电压约须2.0V左右。当加入之电压超过切入电压之后，电流便急速上升，而周围温度对二极管的切入电压影响亦很大，当温度较高时，将使其切入电压数值降低，反之，切入电压降低。 光敏三极管又称光电三极管，它是一种光电转换器件，其基本原理是光照到

37、P-N结上时，吸收光能并转变为电能。它具有两种工作状态： （1）当光敏三极管加上反向电压时，管子中的反向电流随着光照强度的改变而改变，光照强度越大，反向电流越大，大多数都工作在这种状态。 （2）光敏三极管上不加电压，利用P-N结在受光照时产生正向电压的原理，把它用作微型光电池。光电传感器由发光源和受光器两部分组成。发光源常用砷化镓红外发光二极管，发光源引出的管脚为输入端。常用的受光器有光敏三极管、光敏晶闸管和光敏集成电路等。受光器引出的管脚为输出端。光耦合器利用电-光-电两次转换的原理，通过光进行输入与输出之间的耦合。3.3.2 红外发光二极管主要参数红外线发光二极管其电气的电路符号及特性曲线

38、，阳极（P极）电压加正，阴极（N极）电压加负，此时二极管所加之电压为正向电压，同时亦产生正向电流，提供了红外线发光二极管发射出光束的能量，其发光的条件与一般的发光二极管(LED)一样，只是红外线为不可见光。下表3-2为发光二极管主要参数：表3-2红外发光二极管主要参数HG313S参数数值HG313S参数数值最大功率（mw）75发射功率(mw)2最大正向电流(mA) 50发光峰值波长(nm)940正向压降(v)1.5半峰宽度(A)400反向电流(A)50结电容(pf)100反向耐压(v)5截止频率(mHZ)13.3.3 光敏三极管的主要参数光敏三极管又称光电三极管，它是一种光电转换器件，其基本原

39、理是光照到P-N结上时，吸收光能并转变为电能。下表为光敏三极管的主要性能参数，根据此性能参数对滴速度进行设计。如表3-3。表3-3光敏三极管的主要参数参数符号额定值工作温度()Topr-65 +125存储温度()Tstg-65 +150集射极击穿电压(v)Vceo45集电极基极击穿电压(v)Vcbo45发射极基极击穿电压(v)Vebo5功率损耗(mW)Pd300集电极电流(mA)Ic1.0饱和电压(v)Vce0.4峰值波长(nm)940开启时间(s)Ton8切断时间(s)Toff7- 13 -3.4 报警模块报警电路如图3.10所示，将接口接于单片机P2.0脚，在输液前，根据病人的情况设定输液

40、速度，当点滴的速度低于20滴/分或高于80滴/分的情况下，单片机会发出信号使P2.0输出高电平，将触发蜂鸣器报警装置，蜂鸣器会发出响声。如有人按报警按钮，I/O口也会输出高电平，触发蜂鸣器报警，以提醒医生和病人进行相关的应急措施，避免危险事故发生。如在10秒后仍然无人处理，则关闭输液器以保证病人安全。还有一种情况，当输液管回血时也会使单片机产生中断触发报警。报警电路如图3.10。图3.10 报警电路3.5 复位电路本系统采用的为手动复位，持续按复位键将会在RST端会产生高电位，之后会产生复位。电路图如图3.11：图3.11 复位电路3.6 显示模块按照相关的规定，输液时液速的正常范围应该是每分

41、钟30到100滴，所以本系统的数码管选择了两位。采用串行显示，与并行显示相比，串行显示占用接口少，更加适用于本系统，数码显示的电路如图所示。显示电路的功能是显示滴速与设置值，开机即显示滴速，医务人员会根据实际情况决定输液速度，保证输液过程的正常工作。当有液滴滴下时，就开始显示：一方面可以方便护士在给病人输液时调节药液滴速，这样就防止了只凭经验来调速，造成调速不准的医疗隐患;另一方面方便了护士巡房，使医疗服务更加的高效。以下图3.12为显示电路图：图3.12 数码管显示电路图3.13 数码显示管3.7 按键模块常用的按键接口一般分为独立式按键接口设计、专用芯片式设计和矩阵式接口设计几种。具体情况

42、下采用哪种方式 ，应该实际情况而定。下面分别介绍这几种不同的接口方式优缺点以及适用场合。（1）独立式按键接口设计单一按键接口设计的优点是电路设计的软件。但缺点也很明显，需要所有键的总线，但这样让很多资源浪费比较严重，电路结构也复杂了。所以这次的方法主要是用更少的操作速度而使用简单的设备。易于实现的同时，也可以采用查询方式。 （2）专用芯片式设计专用键盘处理芯片一般功能比较完善，芯片自己能进行编码，扫描，消抖和重按钮等的处理问题，甚至像8279显示接口功能集成了。专用键盘处理芯片的优势明显，可靠性高，界面简单，使用方便，适合处理很多的按钮。但是很多的应用，如果考虑成本因素，可能是最好的选择。（3

43、）矩阵式接口设计矩阵式按键设计适应于按键数量较多，又不想使用专用键盘芯片的场合。这种方式的按键接口由行线和列线组成 ，按键位于行、列的交叉点上。这种方式的优点就是相对于独键盘控制我们采用了4乘4按键采用坐标查询的方式来识别按键，这是4乘4按键的基本原理图。其中P0、P1、P2、P3为输出端口，P4、P5、P6、P7为输入端口。当P0、P1、P2、P3都为高电平的时候，无论哪个按键被按下了，都与按键没被按下的状态相同，P4、P5、P6、P7端口的输入信号都为高电平。当P0为低电平，P1、P2、P3都为高电平时，若1号按键被按下，那么，P4口相当于和P0口直接相连，于是，P4口就读入低电平，而其他

44、三个口读入为高电平。若2号按键被按下，同理，P5口就读入低电平，其他三个端口读入为高电平。其他的5、6、7、8、9、0、A、B、C、D、E、F按键被按下时都没有反应。这样就达到了识别1、2、3、4号按键的功能了，当P1输出低电平，P0、P2、P3端口为高电平时，同理，可以识别5、6、7、8号按键了。按照这种方式，我们就可以通过8个引脚逐列地扫描按键，达到识别16个按键的功能，而不需要像独立按键那样需要16个引脚，大大地节约了单片机的端口资源。按键电路如图3.14。图3.14 键盘电路3.8 无线模块PT2262/PT2272工作原理：PT2262-IR发射芯片地址编码输入有“1”、“0”和“开

45、路”三种状态，数据输入有“1”和“0”两种状态。由各地址、数据的不同接脚状态决定，编码从输出端Dout输出，通过红外发射管发射出去。其编码时序波形如图3.15所示。Dout输出的编码信号是调制在38kHz载波上的，OSC1、OSC2外接的电阻决定载频频率，一般电阻可在430k470k之间选择即可。图3.15 PT2262时序编码图PT2262/2272 编解码芯片原理简介：PT2262/2272 是一种 CMOS 工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，PT2262/2272 最多可有 12 位(A0- A11)三态地址端管脚(悬空，接高电平，接低电平)，任意组合可提供 531441 地址码，P

46、T2262 最多可有 6 位。(D0-D5)数据端管脚，设定的地址码和数据码从 17 脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。编码芯片 PT2262 编码信号是由地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，从 17 脚输出到射频发 射模块的数据输入端发射出去。射频接收模块接收后送到解码芯片 PT2272，其地址码经过三次比较核对后 ， PT2272 的 VT 脚才输出高电平，与此同时与 PT2262 相应的数据脚也输出高电平，如果 PT2262 连续发送编码信号，PT2272 第 17 脚和相应的数据脚便连续输出高电平。PT2262 停止发送编码信号，PT2272 的 VT 端 便恢复为低电平状态。高频发射电路完全收控于 PT2262 的 17 脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK 调 制）相当于调制度为 100的调幅。PT2262/2272 特点：1、CMOS 工艺制造，低功耗2、外部元器件少3、RC 振荡电阻4、工作电压范围宽：2.6-15v5、数据最多可达 6 位6、地址码最多可达 531441 种应用范围：1、车辆防盗系统2、家庭防盗系统3、遥 控 玩 具4、其他电器遥控图3.16 发射模块图3.17 接收模块3.9 步进电机模块图3.18 步进电机模块