医用点滴报警毕业设计.docx

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医用点滴报警毕业设计

湘潭职业技术学院工学院

2011届毕业设计

专业：

应用电子专业

毕业设计课题：

医用点滴报警器

班级：

08302班

姓名：

王守德

指导教师：

蒋求生

2010年6月10日

毕业设计

开题报告书

课题：

医用点滴报警器

专业：

应用电子专业

班级：

电子08302

报告人：

王守德

指导教师：

蒋求生

时间：

2010年6月

湘潭职业技术学院工学院

主要研究（设计）内容：

1、总体方案设计及框图

2、设计原理电路图及分析

3、单元电路说明和器件的选择

4、使用protues仿真

5、使用protel设计pcb并制作、调试电路

方法及其预期目的：

1、具有点滴识别功能；

2、具有滴液体积设置功能;

3、液滴剩余量三组声光报警

4、点滴无线传输报警

5、具有液体体积剩余量显示功能

课题进度计划：

第五周：

调查、了解医用点滴的现况和以及系类产品

第六、七周：

了解医用点滴各部分的原理

第八周：

上网购买一些元器件

第九、十、十一周：

焊接电路，学习单片机无线通信协议，熟悉并掌握编码、解码，单片机编程，程序调试

第十二周：

外观装饰

参考文献资料：

1、北京航空航天大学出版社单片机C51程序设计教程与实验祁伟杨亭编著2006

2、书《单片机原理与接口技术》第三章MCS-51单片机的结构和工作原理

3、书《单片机原理与接口技术》第八章串口通信技术

4、专用无线SP发射和接收模块

指导教师意见：

指导教师签字：

年月日

摘要

摘要：

本系统设计是以单片机AT89S52为核心，以按键及红外对射式传感器作为输入系统，以数码管及蜂鸣器作为无线输出系统的智能化输液控制及报警系统。

红外传感器的功能为检测点滴的速度。

关键字：

红外对射式传感器按键系统智能化输液控制监测系统

无线传输报警系统

前言

本次毕业设计是为了让我们更清楚地理解应用电子技术这门课程，为我们即将走上工作岗位的毕业生打基础，通过制作单片机智能控制系统，培养我们电路分析以及智能控制上了一个新台阶。

应用电子技术在世界各个领域都有广泛应用，很多电路应用到单片机智能控制相关知识，各种单片机系列芯片在电子产品都有运用，芯片的运用在产品中地位越来越重要，这一切给产品结构带来了深刻的变化。

为电子领域新型人才带来新的机遇和挑战。

随着我国综合国力的进一步加强和加入世贸组织。

我国经济全面与国际接轨，并逐步成为全球制造中心，我国企业广泛应用电子技术参与国际竞争。

单片机的多功能化在进一步加强，一直在慢慢的进步，不断的改进升级，为提高产品质量，提高劳动生产率是不可少的技术手段。

3.3.4电源电路设计

3.5.7四位共阳数码管..........................................24

程序附录37

第一章绪论

20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。

时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间。

忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候，这种遗忘无伤大雅。

但是，一旦重要事情，一时的耽误可能酿成大祸。

目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。

下面是单片机的主要发展趋势。

医用点滴输液已经成为现在医疗常规的手段。

对于不同年龄、不同病患程度的受液患者或使用不同的输液药物，要求有不同的点滴流速，合理的点滴流速可以避免出现危险，同时可以让患者感到舒适和方便护士操作。

为确保输液安全，本文设计了基于单片机的医用点滴监测、无线声光报警，可以对输液状况实施监测，而且能通过无线报警。

第二章设计方案论证

做一个简易的单片机最小系统。

该系统有4位共阳数码管，分别显示百位、千位，十位、个位。

其显示方式为：

XXXX。

2.1设计要求

1画出电路原理图（或仿真电路图）

2元器件及参数选择

3电路仿真与调试

4写出完整的设计任务书：

课题的名称、系统的功能、硬件原理图、软件框图、程序清单、参考资料；

5时间以100次为一个周期;显示的格式为：

XXXX，由左向右分别为：

千、百、十、个，完成显示由5000减减直到0，再恢复为5000。

2.2设计目的

1、熟悉单片机最小系统的组成及引脚。

2、了解面包板结构及其接线方法。

3、了解单片机的组成及工作原理。

4、熟悉四位数码管的位码和段码的使用。

5、培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力，提高组成系统、编程、调试的动手能力；

2.3设计报告

写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。

第三章医用点滴报警器设计与制作

3.1设计原理及其框图

3.1.1医用点滴报警器的构成

1系统的功能、结构及工作原理

1.1系统的功能

本系统所要实现的具体功能如下：

（1）可以在点滴斗处监测点滴流度，4个LED数码管可以动态地显示点滴（滴/min）；

（2）当点滴少于适宜的范围（即小于30滴/min或大于150滴/min）会自动声音灯光报警；（3）当输液瓶内的药水液停止时或血液倒流时，会发出声光报警信号；（4）具有一定无线报警功能，便于医务人员管理。

3.2医用点滴发射原理图如下

3.2.1DXP原理图

3.2.2PCB板如下

3.2.3仿真原理图

3.2.4红外LM567电路组成

此部分是负责处理外部液滴脉冲，可以调节灵敏度效果好

1、原理图

LM567资料介绍

LM567为通用锁相环电路音调译码器，LM567的内部电路及详细工作过程非常复杂（具体的可参考:

音频*567芯片详解），这里仅将其基本功能概述如下：

当LM567的③脚输入幅度≥25mV、频率在其带宽内的信号时，⑧脚由高电平变成低电平，②脚输出经频率/电压变换的调制信号；如果在器件的②脚输入音频信号，则在⑤脚输出受②脚输入调制信号调制的调频方波信号。

用外接元件独立设定中心频率带宽和输出延迟。

主要用于振荡、调制、解调、和遥控编、译码电路。

如电力线载波通信，对讲机亚音频译码，遥控等。

本文讨论锁相环电路，介绍NE567单片音频解码器集成电路。

此音调解码块包含一个稳定的锁相环路和一个晶体管开关，当在此集成块的输入端加上所先定的音频时，即可产生一个接地方波。

此音频解码器可以解码各种频率的音调。

例如检测电话的按键音等。

此音频解码器还可以用在BB机、频率监视器和控制器、精密振荡器和遥测解码器中。

LM567管脚图及内部框图

管脚功能描述:

①、②脚通常分别通过一电容器接地，形成输出滤波网络和环路单级低通滤波网络。

②脚所接电容决定锁相环路的捕捉带宽：

电容值越大，环路带宽越窄。

①脚所接电容的容量应至少是②脚电容的2倍。

③脚是输入端，要求输入信号≥25mV。

⑤、⑥脚外接的电阻和电容决定了内部压控振荡器的中心频率f2，f2≈1/1.1RC。

⑧脚是逻辑输出端，其内部是一个集电极开路的三极管，允许最大灌电流为100mA。

LM567的工作电压为4.75～9V，工作频率从直流到500kHz，静态工作电流约8mA。

3.3无线发射和接收部分

3.3.1接收部分是利用AT89C2051作为接收处理，原理图如下：

3.3.3

无线发射和接受模块芯片资料：

SP多用途无线数据收发模块

 无线数据传输广泛地运用在车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线标签、身份识别、非接触RF智能卡、小型无线数据终端、安全防火系统、无线遥控系统、生物信号采集、水文气象监控、机器人控制、无线232数据通信、无线485/422数据通信、数字音频、数字图像传输等领域中。

这是数据发射模块的电路图

SP发射模块主要技术指标：

1。

通讯方式：

调幅AM

2。

工作频率：

315MHZ/433MHZ

3。

频率稳定度：

±75KHZ

4。

发射功率：

≤500MW

5。

静态电流：

≤0.1UA

6。

发射电流：

3～50MA

7。

工作电压：

DC3～12V

   SP数据发射模块的工作频率为315M，采用声表谐振器SAW稳频，频率稳定度极高，当环境温度在－25～＋85度之间变化时，频飘仅为3ppm/度。

特别适合多发一收无线遥控及数据传输系统。

声表谐振器的频率稳定度仅次于晶体，而一般的LC振荡器频率稳定度及一致性较差，即使采用高品质微调电容，温差变化及振动也很难保证已调好的频点不会发生偏移。

    SP发射模块未设编码集成电路，而增加了一只数据调制三极管Q1,这种结构使得它可以方便地和其它固定编码电路、滚动码电路及单片机接口，而不必考虑编码电路的工作电压和输出幅度信号值的大小。

比如用PT2262或者SM5262等编码集成电路配接时，直接将它们的数据输出端第17脚接至DF数据模块的输入端即可。

SP数据模块具有较宽的工作电压范围3～12V，当电压变化时发射频率基本不变,和发射模块配套的接收模块无需任何调整就能稳定地接收。

当发射电压为3V时，空旷地传输距离约20～50米，发射功率较小，当电压5V时约100～200米，当电压9V时约300～500米，当发射电压为12V时，为最佳工作电压，具有较好的发射效果，发射电流约60毫安，空旷地传输距离700～800米，发射功率约500毫瓦。

当电压大于l2V时功耗增大，有效发射功率不再明显提高。

这套模块的特点是发射功率比较大，传输距离比较远，比较适合恶劣条件下进行通讯。

天线最好选用25厘米长的导线，远距离传输时最好能够竖立起来，因为无线电信号传输时收很多因素的影响，所以一般实用距离只有标称距离的一半甚至更少，这点需要开发时注意。

SP数据模块采用ASK方式调制，以降低功耗，当数据信号停止时发射电流降为零，数据信号与DF发射模块输入端可以用电阻或者直接连接而不能用电容耦合，否则DF发射模块将不能正常工作。

数据电平应接近DF数据模块的实际工作电压，以获得较高的调制效果。

SP发射发射模块最好能垂直安装在主板的边缘，应离开周围器件5mm以上，以免受分布参数影晌。

SP模块的传输距离与调制信号頻率及幅度，发射电压及电池容量，发射天线，接收机的灵敏度，收发环境有关。

一般在开阔区最大发射距离约800米，在有障碍的情况下，距离会缩短，由于无线电信号传输过程中的折射和反射会形成一些死区及不稳定区域，不同的收发环境会有不同的收发距离。

发射模块配套的接收模块

超再生接收模块的体积：

30x13x8毫米模块的中间两个引脚都是信号输出，连通的

这是数据接收模块的电路图

SP接收模块主要技术指标：

1。

通讯方式：

调幅AM

2。

工作频率：

315MHZ/433MHZ

3。

频率稳定度：

±200KHZ

4。

接收灵敏度：

－106DBM

5。

静态电流：

≤5MA

6。

工作电流：

≤5MA

7。

工作电压：

DC5V

8。

输出方式：

TTL电平

 SP接收模块的工作电压为5伏，静态电流4毫安，它为超再生接收电路，接收灵敏度为－105dbm，接收天线最好为25～30厘米的导线，最好能竖立起来。

接收模块本身不带解码集成电路，因此接收电路仅是一种组件，只有应用在具体电路中进行二次开发才能发挥应有的作用，这种设计有很多优点，它可以和各种解码电路或者单片机配合，设计电路灵活方便。

这种电路的优点在于：

    1。

天线输入端有选频电路，而不依赖1/4波长天线的选频作用，控制距离较近时可以剪短甚至去掉外接天线

    2。

输出端的波形在没有信号比较干净，干扰信号为短暂的针状脉冲，而不象其它超再生接收电路会产生密集的噪声波形，所以抗干扰能力较强。

    3。

SP模块自身辐射极小，加上电路模块背面网状接地铜箔的屏蔽作用，可以减少自身振荡的泄漏和外界干扰信号的侵入。

    4。

采用带骨架的铜芯电感将频率调整到315M后封固，这与采用可调电容调整接收频率的电路相比，温度、湿度稳定性及抗机械振动性能都有极大改善。

可调电容调整精度较低，只有3/4圈的调整范围，而可调电感可以做到多圈调整。

可调电容调整完毕后无法封固，因为无论导体还是绝缘体，各种介质的靠近或侵入都会使电容的容量发生变化，进而影响接收频率。

另外未经封固的可调电容在受到振动时定片和动片之间发生位移；温度变化时热胀冷缩会使定片和动片间距离改变；湿度变化因介质变化改变容量；长期工作在潮湿环境中还会因定片和动片的氧化改变容量，这些都会严重影响接收频率的稳定性，而采用可调电感就可解决这些问题，因为电感可以在调整完毕后进行封固，绝缘体封固剂不会使电感量发生变化。

SP无线数传模块开发注意事项：

    SP模块必须用信号调制才能正常工作，常见的固定码编码器件如PT2262/2272，只要直接连接即可非常简单，因为是专用编码芯片，所以效果很好传输距离很远。

  模块输出脚在模块内部通过一个上拉39K电阻到+5V，使用的时候需要考虑解码器件的输入阻抗。

   SP模块还有一种重要的用途就是配合单片机来实现数据通讯，这时有一定的技巧

1。

合理的通讯速率

   SP数据模块的最大传输数据速率为9.6KBs，一般控制在2.5k左右，过高的数据速率会降低接收灵敏度及增大误码率甚至根本无法工作。

2。

合理的信息码格式

单片机和SP模块工作时，通常自己定义传输协议，不论用何种调制方式，所要传递的信息码格式都很重要，它将直接影响到数据的可靠收发。

码组格式推荐方案

前导码＋同步码＋数据帧

前导码长度应大于是10ms，以避开背景噪声，因为接收模块接收到的数据第一位极易被干扰（即零电平干扰）而引起接收到的数据错误。

所以采用CPU编译码可在数据识别位前加一些乱码以抑制零电平干扰。

同步码主要用于区别于前导码及数据。

有一定的特征，好让软件能够通过一定的算法鉴别出同步码，同时对接收数据做好准备。

    数据帧不宜采用非归零码，更不能长0和长1。

采用曼彻斯特编码或POCSAG码等，如下面的数据格式有一定检错功能：

3。

单片机对接收模块的干扰

    单片机模拟2262时一般都很正常，然而单片机模拟2272解码时通常会发现遥控距离缩短很多，这是因为单片机的时钟频率的倍频都会对接收模块产生干扰，

    51系列单片机工作的时候，会产生比较强的电磁辐射，频率范围在9MHZ-900MHZ，因此它会影响任何此频率内的无线接收设备的灵敏度，解决的方法是尽量降低CPU晶体的频率。

测试表明：

在1M晶体的辐射强度，只有12M晶体时的1/3，因此，如果把晶体频率选择在500K以下，可以有效降低CPU的辐射干扰。

另外一个比较好的方法是：

将接收模块通过一个3芯屏蔽电缆（地，+5V，DATA，屏蔽线的地线悬空）将模块引出到离开单片机2米以外，则不管51CPU使用那个频率的晶体，这种干扰就会基本消除。

对于PIC单片机，则没有上述辐射干扰。

可以任意使用。

    还可以改用频点较高的接收频率，如433MHz就可增加遥控距离，或者需要采用一些抗干扰措施来减小干扰。

比如单片机和遥控接收电路分别用两个5伏电源供电，将DF接收板单独用一个78L05供电，单片机的时钟区远离DF接收模块，降低单片机的工作频率，中间加入屏蔽等。

    接收模块和51系列单片机接口时最好做一个隔离电路，能较好地遏制单片机对接收模块的电磁干扰。

   SP接收模块工作时一般输出的是高电平脉冲，不是直流电平，所以不能用万用表测试，调试时可用一个发光二极管串接一个3K的电阻来监测SP模块的输出状态。

4、硬件抗干扰

5、在无线通讯中使用单片机会对通讯系统造成严重的干扰，相信许多技术人员一定有过同样的苦恼。

如果硬件设计不当，会造成原先硬件解码时通讯距离为200米，而用软件解码后可能只有十几米，因此解决硬件抗干扰问题在很大程度上可减少软件解码的误码率。

1、收发模块：

早期常用的频率为47MHz，在这种频率下，很难有好的解决方法；建议采用目前国家允许无线遥控使用的频率315MHz；

2、单片机振荡频率：

大量的MCS51教材中推荐大家使用的是12MHz及11.0592MHz的晶体，这些晶体在一般场合使用没有问题，但在此却不可以，它们在300MHz左右仍然能够产生较大的干扰，为解决单片机运行速度与电磁干扰的矛盾，建议采用频率为4MHz或3.58MHz的晶体。

3、隔离：

为了有效抑制单片机对接收模块的电磁干扰，建议采用①电源隔离；②端口隔离；端口隔离可采用三极管或比较器。

实践表明，采用隔离的效果非常明显。

3.3.4编码、解码算法

本系统无线发射和接收是采用上述发射和接收头载波和接收，通过单片机编码和解码实现的。

4、单片机芯片资料介绍：

4.4.1单片机AT89S52芯片：

主要性能

　　与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作：

0Hz～33MHz、三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。

　　At89s52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52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。

AT89S52具有以下标准功能：

8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

另外，AT89S52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。

8位微控制器8K字节在系统可编程FlashAT89S52

　　P0口：

P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。

作为输出口，每位能驱动8个TTL逻　　辑电平。

对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

　　当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。

在这种模式下，　　P0不具有内部上拉电阻。

　　在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。

程序校验　　时，需要外部上拉电阻。

　　P1口：

P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个　　TTL逻辑电平。

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。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

　　此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2　　的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。

　　在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。

　　引脚号第二功能　　P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出　　P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）　　P1.5MOSI（在系统编程用）　　P1.6MISO（在系统编程用）　　P1.7SCK（在系统编程用）　　P2口：

P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个　　TTL逻辑电平。

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。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

　　在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR）　　时，P2口送出高八位地址。

在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。

在使用　　8位地址（如MOVX@RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。

　　在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

　　P3口：

P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p3输出缓冲器能驱动4个　　TTL逻辑电平。

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。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

　　P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。

　　在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。

　　端口引脚第二功能　　P3.0RXD（串行输入口）　　P3.1TXD（串行输出口）　　P3.2INTO（外中断0）　　P3.3INT1（外中断1）　　P3.4TO（定时/计数器0）　　P3.5T1（定时/计数器1）　　P3.6WR（外部数据存储器写选通）　　P3.7RD（外部数据存储器读选通）　　此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。

　　RST——复位输入。

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——当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。

要注意的是：

每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。

　　对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。

　　如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。

该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。

此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。

　　PSEN——程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。

　　EA/VPP——外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。

需注意的是：

如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。

　　如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。

　　FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。

4.4.2单片机AT89C2051芯片资料：

AT89C2051

at89c2051是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含2kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-