医疗点滴报警器.docx
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医疗点滴报警器
毕业设计（论文）
题目：
医疗点滴报警器
年级专业：
电子信息工程
学生姓名：
指导教师：
2010年8月26日
毕业设计任务书
毕业设计题目：
医疗点滴报警器
题目类型实验研究题目来源教师科研题
毕业设计时间
毕业设计内容要求：
（一）设计任务：
1、用单片机设计医疗点滴报警器；
2、led和蜂鸣器指示报警、4位数码管显示计数；
3、红外接收组感应液滴的数量；
4、根据药水的体积设置最初的显示数字，此项由按键控制；
（二）涉及要求：
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
2.主要参考资料
[1]金龙国.单片机原理与应用[M].中国水利水电出版社，2005.2～56.
[2]涂玉芳.二级C语言程序设计及同步训练.2008,03（第546期）：
331～332
[3]曹琳琳.单片机原理及接口技术.长沙：
国防科技大学出版社，2000
3.毕业设计进度安排
指导老师:
教研室主任:
系主任:
[1]题目类型：
（1）理论研究
（2）实验研究（3）工程设计（4）应用研究（5）软件开发
[2]题目来源：
（1）教师科研题
（2）生产实际题（3）模拟或虚构题（4）学生自选题
摘要
本设计主要采用了1块AT89C51微处理芯片,按键及4位数码管，3个LED，蜂鸣器，通过软件编程实现提醒医护人员的功能。
一种医用多功能点滴报警器，其技术方案要点是：
它包括由夹紧红外接收组成的传感装置、数码管显示装置、自动报警装置、处理和输出显示电路。
本实用新型的优点是:
集声、光、数显示为一体；点滴频率位于上、下限报警；点滴完毕自动报警；点滴频率的正常显示；时间、容量自动累加显示；替代护理人员监视点滴情况，改善护理条件，避免医疗事故的发生。
关键词单片机；数码管；程序设计；设置按键
目录
第一章概述-5-
第二章总体方案设计-6-
2.1总体设计思路-6-
2.2点滴速度的测量-7-
2.3医疗点滴报警器的发展趋势及应用-7-
第三章系统硬件的设计-8-
3.1单片机的选择及管脚介绍-8-
3.1.1单片机的选择-8-
3.1.2管脚介绍-9-
3.2LM567芯片的资料-10-
3.3蜂鸣器电路及按键电路-20-
3.3.1蜂鸣器电路-20-
3.3.2按键电路-21-
3.4数码管及LED显示电路-22-
3.4.1数码管与LED结合显示-22-
3.4.2LED显示电路-22-
第四章系统软件的设计-23-
4.1功能流程图-23-
4.2实现功能主程序-23-
第五章软硬件综合调试-24-
5.1软件仿真-24-
5.1.1KeiluVsion2软件仿真-24-
5.1.2Proteus软件仿真-25-
5.1.3软件仿真过程说明-25-
5.2硬件电路准备与调试-26-
结束语-27-
致谢-28-
参考文献-29-
附1源程序代码-30-
附2主电路原理图及PCB-37-
第一章概述
医疗点滴报警器，其主要包括：
包括一固定装置及设置在该固定装置上的一报警控制电路。
该固定装置可直接将报警控制电路固定在点滴液管上，该报警控制电路是通过光学原理来检测输液管内的液体是否为空，进而作出报警与否，其操作方便，且能够大大减轻医护人员工作量。
属于医疗器械类的用于医治人体或动物疾病的医用吊瓶液位监护装置，解决了吊瓶内的液位达到极限位置时，及时发出声光信号，提醒医护人员进行处置，主要特征是夹在点滴管外侧的红外接受管感应点滴的信号，将其转化为高低电平信号，输入到微机第5脚，通过计数功能及显示剩余液滴体积，当吊瓶液位降到极限位置时，接通声光信号装置，及时提醒医护人员进行处置，可以避免药液输完，使空气输入静脉血管后危及病体生命的事故发生，为提高医疗水平具有积极的效果。
第二章总体方案设计
2.1总体设计思路
医疗点滴报警器的原理：
通过红外接收组装（光电传感器）、显示装置、单片机系统、键盘和报警系统组成。
利用单片机完成简单的数学运算，信号处理以及控制功能，点滴速度的闭环控制。
同时，点滴流动速度测控系统通过串行通信可以实现基于PC机的多路管理。
将液滴流动频率经过LM567转化为高低电平，经单片机及程序控制，在液滴少于5ML时候使得发光二极管、蜂鸣器显示报警。
初步设计思路：
由设计功能
（1）红外检测，通过红外检测实现点滴计数功能
（2）数显计数，通过四位数码管显示点滴数
（3）报警功能，当点滴瓶内液体少于5ml时报警
本系统采用单片机作为中央处理器，它为核心设计了一种用于点滴显示和报警控制仪器。
用红外系统来测液体的滴数，设置了多项报警措施，保证了系统工作的可靠性。
2.2点滴速度的测量
图1液体检测
“流量”是表征流体（液体、气体）特征的一个物理量，一般是用单位时间内通过某个关口（断面）流体的数量来反映。
但是，这个词十分通行，不单灌溉的渠道、防汛的河段须测定“水流量”繁忙的道路须控制“车流量”测定。
测定流量的办法种类繁多。
其中，体积法可算是最明白的测流法，比如用桶接自来水，桶水的体积（比如45升）除以开、关水龙头所经历的时间（比如30秒），自来水的流量就得到。
医院里给人打点滴输药水，就是按此算出平均输液流量，所以一滴药水约0.03ml-0.06ml，这里设为0.05ml每滴。
装置模式如图
（图1所示）。
2.3医疗点滴报警器的发展趋势及应用
随着科学技术尤其是电子信息技术的飞速发展，报警器的内涵已发展为具有信息获取、存储、处理和控制等综合功能的报警系统；微型化、集成化、远程化、网络化、虚拟化成为以计算机为核心的现代报警技术的一个发展趋势。
报警探测器需要防范入侵的地方很多，可以是某些特定的点、线、面，甚至是整个空间。
探测器由传感器和信号处理器组成。
在入侵探测器中传感器是探测器的核心，是一种物理量的转化装置，通常把压力、震动、声响、光强等物理量转换成易于处理的电量（电压、电流、电阻等）。
信号处理器的作用是把传感器转化的电量进行放大、滤波、整形处理，使它能成为一种能够在系统传输信道中顺利转送的信号。
目前，国内外液体点滴报警器方面已经有了一些研究，已经研制出来一些新产品。
如图2.1所示并且被很多大型的医院引进，因其体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。
红外光电自动控制，在方便和适合医护吊瓶习惯的前提下，降低医护人员和护理人员的劳动强度，扩大工作范围。
适用医院、疗养院、卫生所、家庭病房、野战医院等输液作业。
图2
第三章系统硬件的设计
3.1单片机的选择及管脚介绍
3.1.1单片机的选择
单片机是单片微型计算机的简称。
它是一个系统的核心。
目前单片机应用系统开始进入软、硬件平台方式的社会化大生产平台开发模式是现代电子产品在现代化大生产方式下产品开发唯一的正确模式。
世界上每个大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位，16位，32位。
选择单片机很重要，要符合实情。
89C51单片机是深圳宏晶科技公司生产的兼容8051内核的增强型单片机，工作电压在5.5V~3.4V，工作频率可达40Mhz，而且功耗低，抗干扰能力强，尤其是它具有支持在系统可编程（ISP），因此无需价格昂贵的编程器，只需通过串口即可直接下载用户程序，这样便于低端用户的学习与开发。
这也是我选择此单片机的最主要原因。
3.1.2管脚介绍
STC89C51的封装和引脚功能如下：
1，Vss和Vcc：
主电源引线，Vss接地
2，XTAL1和XTAL2：
外接石英晶体玄谐振器的引脚.XTAL1是单片机内的一个反相放大器的输入端，XTAL2是输出端
3，RST/VPD：
复位信号/备用电源输入端。
当输入的复位信号延续2个机器周期以上的高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作。
图3单片机引脚
4，ALE/PROG:
地址锁存信号输出/编程脉冲PROG输入引脚.在CPU访问片外数据存储器或片外I/O设备时，此引脚输出地址锁存信号ALE。
在不对片外数据存储器或I/O设备操作时，此引脚为低电平。
ALE可驱动8个LSTTL电路输入端。
5，PSEN/：
外部程序存储器的读选通信号输出引脚.在从外部程序存储器取指令（或常数）期间，每个机器周期两次出现PSEN/负脉冲。
CPU用此负脉冲选通信号程序存储器，把一个指令字节读至寄存器锁存，PSEN/可以驱动8个LSTTL输入。
6，EA：
访问程序存储器控制信号。
当EA信号为低电平时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器；而当EA信号为高电平时，则对ROM的读操作是从内部程序存储器开始，并可延至外部程序存储器。
7，P0.0~P0.7,P1.0~P1.7,P2.0~P2.7,P3.0~P3.7：
输入/输出引脚（I/O引脚）。
P0.0~P0.7是P0口的8位，P0.0是最低位。
P0口既可作集电极开路的通用I/O口使用，也可作分时复用的低8位地址和8位数据总线使用。
P0口的各引脚均可驱动8个LSTTL输入端。
8，P1.0~P1.7是P1口的8位。
P1.0是最低位。
P1口是一个为内部带有上拉电阻的双向I/O口，不需要外接上拉电阻。
P1口能驱动（吸收或输出电流）4个LSTTL输入端。
9，P2.0~P2.7是P2口的8位，P2.0是最低位。
P2口既可用作通用I/O口，也可用作高8位地址总线。
P2口可驱动（吸收或输出电流）4个LSTT输入端。
10，P3.0~P3.7是P3口的8位，P3.0是最低位。
P3口是一个带内部上拉电阻的8位I/O口。
P3口除了可作为通用双向I/O口外，还有其专门功能，因此称多功能口。
P3口能驱动（吸收或输出电流）四个LSTTL输入端。
11，P3口各位功能如下：
通用端专用功能
P3.RXD（串行输入通道）
P3.1TXD（串行输出通道）
P3.2INT0（外中断0）
P3.3INT1（外中断1）
P3.4T0（定时器T0外部输入）
P3.5T2（定时器T2外部输入）
P3.6WR/（外部数据存贮器写选通）
P3.7RD/（外部数据存储器读选通）
3.2LM567芯片的资料
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。
图4
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。
3.3蜂鸣器电路及按键电路
3.3.1蜂鸣器电路
蜂鸣器发声原理：
是电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场来驱动振动膜发声的，因此需要一定的电流才能驱动它，单片机IO引脚输出的电流较小，单片机输出的TTL电平基本上驱动不了蜂鸣器，因此要增加一个电流放大的电路。
通过一个三极管来放大驱动蜂鸣器。
如图5所示：
当P2.4输出低电平时，三极管饱和导通，电源直接给蜂鸣器供电，使它发出鸣叫。
3.3.2按键电路
如图1.3所示，虽然P1口内部有上拉电阻，但为确保所有按键在初始状态一定为高电平，减少干扰，我在P1口再接了上拉电阻，这样就提高芯片输入信号的噪声容限增强抗干扰能力,保证初始状态P1口为高电平，万无一失了。
图5蜂鸣器电路图1.3按键电路
四个按键的功能，一个S0即复位键，接于单片机的复位脚9，其他三个接在P1口处，可以通过程序来控制点滴的初始值。
3.4数码管及LED显示电路
3.4.1数码管与LED结合显示
这里四位7段数码管的功能主要是显示液滴的量，首先设置最初量；
图6
3.4.2LED显示电路
发光二极管有电源指示的作用、报警的作用。
每个LED通过的电流是：
5MA到15MA，经计算：
限流电阻采用210Ω至640Ω之间。
R=（5V-1.8V）/Ia;（Ia为LED通过的电流）
第四章系统软件的设计
4.1功能流程图
4.2实现功能主程序
C语言一共只有32个关键字,9种控制语句，程序书写形式自由，主要用小写字母表示。
它把高级语言的基本结构和语句与低级语言的实用性结合起来。
C语言可以像汇编语言一样对位、字节和地址进行操作，而这三者是计算机最基本的工作单元。
所以使用C语言编程简洁紧凑、灵活方便。
#include（附页有主从程序）
第五章软硬件综合调试
5.1软件仿真
5.1.1KeiluVsion2软件仿真
图7Keil部分程序图
5.1.2Proteus软件仿真
图8Proteus部分仿真图
5.1.3软件仿真过程说明
在软件调试过程中，（如图1.9，2.0示）第一阶段，我根据程序流程图在草稿上写出主体程序，然后逐步细化，主要采用模块化程序设计方法，如初始子程序，延时子程序等等，这样简洁明了，很方便查找问题；第二阶段，我将所写的程序誊写到电脑中，利用Keil软件调试：
新建项目，保存，新建文件，编译，仿真。
在多次的设试中，最难的算是逻辑错误了，不过在写程序之前，把设计任务务书和要求认真分析，理清思路，就可以把软件调试成功。
5.2硬件电路准备与调试
在做硬件的时候，对于选元器件由为重要，检测功能是否正常，焊接也要注意不要影响其功能
表
（一）为部分主要材料清单
对89C51烧录程序以后，开始调试硬件的功能。
在调试过程尤其注意不要烧坏硬件。
结束语
本系统经过验证，能够精确地实现输入、显示、信号采集、报警等各项功能，通过红外检测实现点滴计数功能，通过四位数码管显示点滴数，当点滴瓶内液体少于5ml时报警，完全满足应用的要求，可靠的报警系统，使得安全性增高，但由于药水的密度都是有不同的，使得系统调节静态误差较大，有待进一步完善。
这次设计过程中，我充分回忆了以前所学，C语言编程，PROTEL制图，PCB板的制造，模数知识的巩固。
该系统是光电技术、微机技术和计算机网络技术的综合应用，应用于临床实践，可以提高医疗设备的自动化水平，给护士输液工作提供了方便，具有较高的应用价值。
在不改变传统点滴系统的基础上增加该系统可获得较好的实用价值。
通信功能的预留为构建多机管理体系，方便多目标集中管理提供了前提。
因此，该设计具有很好的市场前景。
致谢
本论文是在老师的悉心指导下完成的，从论文选题到完成论文都挤满了恩师们的大量心血和精力，导师渊博的知识、严谨的治学态度和求实精神、忘我的工作作风、学术上的元件和生活上的平易近人，时刻激励着学生，是学生毕业学习的榜样。
值此论文完成之际，特向导师致以诚挚的感激和无尽的敬意！
在本文的完成过程中，始终得到通信与控制教研室领导和教员的热情帮助和就知道。
都有他们辛勤汗水。
在此谨向他们宝石诚挚的协议和感激之情。
在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！
参考文献
[1]金龙国.单片机原理与应用[M].中国水利水电出版社，2005.2～56.
[2]朱一纶.智能仪器基础[M].北京：
电子工业出版社,2007.141～158.
[3]胡宴如.模拟电子技术[M].北京：
高等教育出版社,2006.237～258
[4]涂玉芳.二级C语言程序设计及同步训练.2008,03（第546期）：
331～332
[5]曹琳琳.单片机原理及接口技术.长沙：
国防科技大学出版社，2000
附1源程序代码
#include
inth=88,m=88,c,cc,cf;
charstatus=0;
sbitkey1=P1^1;
sbitkey2=P1^2;
sbitkey3=P1^3;
sbitkey4=P1^4;
sbitled_out=P3^4;
sbitspeaker_out=P2^4;
bitf_k1=1;
bitf_k2=1;
bitf_k3=1;
bitf_k4=1;
bitf_f;
bitf_rs;
bitf_alarm;
charcodeseg[10]={0x14,0xd7,0x4c,0x45,0x87,0x25,0x24,0x57,0x04,0x05,};
voiddelay（inti）//延时子函数
{while（i--）;}
voidinit（void）//定时中断初始化
{TMOD=0x01;
TH0=（65536-50000）/256;
TL0=（65536-50000）%256;
EA=1;
ET0=1;
TR0=1;
}
charscan_key1（void）//按键K1，功能键，设置液体容积
{
if（key1==0）
{
delay（100）;
if（key1==0）
{
f_k1=0;
return0;
}
elsereturn0;
}
else
{
if（f_k1==0）
{
f_k1=1;
return1;
}
elsereturn0;
}
}
charscan_key2（void）//按键K2,调整液体容积加
{
if（key2==0）
{
delay（100）;
if（key2==0）
{
f_k2=0;
return0;
}
elsereturn0;
}
else
{
if（f_k2==0）
{
f_k2=1;
return1;
}
elsereturn0;
}
}
charscan_key3（void）//按键K3，调整液体容积减
{
if（key3==0）
{
delay（100）;
if（key3==0）
{
f_k3=0;
return0;
}
elsereturn0;
}
else
{
if（f_k3==0）
{
f_k3=3;
return1;
}
elsereturn0;
}
}
charscan_key4（void）//按键K4，代替LM5678脚脉冲
{
if（key4==0）
{
delay（100）;
if（key4==0）
{
f_k4=0;
return0;
}
elsereturn0;
}
else
{
if（f_k4==0）
{
f_k4=1;
return1;
}
elsereturn0;
}
}
voiddis_seg（void）//数码管显示子函数
{
P0=seg[h/10];
if（status==1&&f_f==0）P2=0x00;
elseP2=0x01;//显示千位
delay（100）;
P0=seg[h%10];
if（status==1&&f_f==0）P2=0x00;
elseP2=0x02;//显示百位
delay（100）;
P0=seg[m/10];
if（status==2&&f_f==0）P2=0x00;
elseP2=0x04;
delay（100）;//显示十位
P0=seg[m%10];
if（status==2&&f_f==0）P2=0x00;
elseP2=0x08;
delay（100）;//显示个位
}
voidalarm（void）//液滴到达10ml定时报警子函数
{if（status==3||status==0）
{if（h==0&&m<=10）
{speaker_out=f_alarm;
led_out=f_f;
}
}
}
voidmain（void）//主函数
{init（）;
while
（1）
{
switch（status）
{
case0:
dis_seg（）;if（scan_key1（））status=1;
case1:
if（scan_key1（））status=2;if（scan_key2（））{h++;if（h==100）h=0;}//调整百位和千位数值
if（scan_key3（））{h--;if（h==-1）h=99;}
break;
case2:
if（scan_key1（））status=3;if（scan_key2（））{m++;if（m==100）m=0;}//调整十位和个位数值
if（scan_key3（））{m--;if（m==-1）m=99;}
break;
case3:
if（scan_key1（））status=0;
if（scan_key4（））{m--;if（m==-1）{m=99;h--;if（h==-1）h=99;}}//LM5678脚脉冲进入单片机减数
break;
default:
break;
}
dis_seg（）;//调用现实子函数
alarm（）;//调用到时报警子函数
}
}
voidtime0（void）interrupt1
{c++;
if（c==1）{f_alarm=~f_alarm;c=0;}//给蜂鸣器产生50ms周期方波
cf++;
if（cf==10）{f_f=~f_f;cf=0;}//给二极管产生0.5s的周期方波
TH0=（65536-50000）/256;
TL0=（65536-50000）%256;
}
附2主电路原理图及PCB
升级会员 