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毕业设计论文
本科毕业设计（论文）
医院点滴注射检测预警系统设计
系别机电工程系
专业班级机械工程及自动化
学生姓名张少威
指导教师曹东
提交日期年月日
论文统一用A4纸打印。
边距上2.54cm，下2.54cm，左2.2cm，右2.2cm。
行距为固定值20磅。
华南理工大学广州汽车学院四号宋体，加粗，居中
毕业设计（论文）任务书
兹发给07届机械
（1）班学生张少威毕业设计（论文）任务书，内容如下：
1.毕业设计（论文）题目：
医院点滴注射检测预警系统设计
2.应完成的项目：
（1）查阅相关医院点滴注射检测预警系统设计资料，并进行概述和文献综合
（2）完成医院点滴注射检测预警系统设计原理图
（3）完成传感器设计
（4）完成电路及单片机硬件设计
（5）完成系统软件设计
（6）翻译一篇与论文相关的外文资料
3.参考资料以及说明：
（1）参考《51单片机c语言应用开发技术大全》完成单片机程序设计
（2）参考51单片机学习开发板资料，完成硬件开发设计
（3）参考《传感器原理与设计》完成传感器设计
（4）
（5）
（6）
（7）
4.本毕业设计（论文）任务书于年月日发出，应于年月日前完成，然后提交毕业考试委员会进行答辩。
专业教研组（系）负责人审核年月日
指导教师（导师组）签发年月日
毕业设计（论文）评语：
毕业设计（论文）总评成绩：
毕业设计（论文）答辩小组负责人签字：
年月日
摘要
在医疗系统中特别是关于点滴监控装置存在种种弊端，给病人及其医护人员带来诸多不便。
在一些大医院一个护士常常需要负责十几个、甚至几十个床位的液体点滴，很容易出现混乱局面，导致工作效率降低。
为了提高医院本身的管理水平和工作效率，为了保护病患的安全，及时拔下针头，换点滴药水，实现自动实时地监控液体点滴，因此，微机化自动实时的液体点滴监控系统的使用势在必行。
本文提出的液体点滴预警实时监控系统是用单片机AT89C52来控制和管理各个床号的液体点滴装置。
本文详细介绍了一种基于单片机AT89C52控制的医疗点滴预警控制系统的设计方法。
以单片机AT89C52为核心，辅以光电传感器，LED显示，蜂鸣器等电路组成，利用单片机设计一个智能化的液体点滴输液预警控制系统。
改系统操作方便、可集中控制、具有报警功能，设和在医院推广使用，以加速医疗器械加速自动化与半自动化进程，提高医护质量。
本人详细介绍了装置的硬件组成，工作原理和软件设计思路，并对储液瓶页面高度检测报警电路进行了详细的介绍。
关键词：
单片机，光电传感器，预警
英文全部用TimesNewRoman字体
Abstract三号字体，加粗，居中上下空一行
正文小四号字体，行距为固定值20磅
Inthispaper,multivariablepredictivecontrolalgorithmanditsapplicationtothecontroloftheenvironmentaltestdeviceareintroducedparticularly.Thetemperatureandhumiditycontrolsystemoftheenvironmentaltestdeviceischaracterizedaslongtimedelayandseverecoupling.Therefore,theroutinePIDcontroleffectisunsatisfactory.Inthiscase,thesimulationofthetemperatureandhumiditycontroloftheenvironmentaltestdevicebasedonmultivariablepredictivecontrolalgorithmismade.
Predictivecontrolalgorithmisoneofcontrolalgorithmbasedondescriptionofsystem’sinput-output.Itsthreebasicprinciplesarepredictivemodel,rollingoptimizationandfeedbackcorrection.Itchoosesunitstepresponseasitspredictivemodel,sothatthemodelingprocessissimplified.Inaddition,goodcontrolanddecouplingeffectscouldbepossessedbymeansofselectionsuitableparameters.
Inthispaper,theenvironmentaltestdeviceisintroducedbrieflyandtheexistingproblemsareshowed.Thenmultivariablepredictivecontrolalgorithmispresentedparticularly,includingmultivariableauto-balancesystempredictivecontrolalgorithmandmultivariableauto-unbalancesystempredictivecontrolalgorithm.Next,systemmodelingprocessandcorrespondingsystemmodelareproposed.Further,themultivariablepredictivecontrolalgorithmisappliedtothetemperatureandhumiditycontrolsystemoftheenvironmentaltestdevice.Finally,thesimulationresultsarecompared.
ResultsofthesimulationshowthatmultivariablepredictivecontrolalgorithmcouldbeusedinthosemultivariablesystemlikethetemperatureandhumiditycontrolsystemoftheenvironmentaltestdeviceandthecontrolresultwouldbemoresatisfactorythanthatoftheroutinePIDcontrol.
Keyword:
Multivariablesystem,Predictivecontrol,Environmentaltestdevice
英文摘要和关键词应该是中文摘要和关键词的翻译
英文摘要和关键词占一页
目录范例
目录
摘要Ⅰ
AbstractⅡ
第一章绪论1
1.1预测控制概述1
1.2环境试验设备简介2
1.3主要研究工作2
1.4本文安排3
第二章基础知识介绍4
2.1预测控制的基本原理4
2.1.1预测控制的三项基本原理4
2.1.2预测控制的几种算法5
2.2动态矩阵控制算法5
2.2.1概述5
2.2.2动态矩阵控制算法6
2.3本章小结10
第三章环境试验设备介绍及建模研究11
3.1环境试验设备介绍11
3.1.1简介11
3.1.2环境试验设备的结构及硬件11
3.1.3环境试验设备控制的难点12
3.2环境试验设备的建模研究12
3.2.1环境实验设备的模型概述12
3.2.2飞升曲线法辨识环境试验设备的数学模型14
3.3本章小结19
第四章多变量预测控制算法的研究与推导20
4.1多变量预测控制算法的推导20
4.2仿真研究24
4.3本章小节25
第五章多变量非自衡系统预测控制算法的研究与推导26
5.1多变量非自衡系统预测控制算法26
5.1.1单变量非自衡系统预测控制算法26
5.1.2多变量非自衡系统预测控制算法29
5.2仿真研究33
5.3本章小结34
第六章环境试验设备的预测控制研究35
6.1脉冲响应系数模型的获得及对象特性分析35
6.1.1脉冲响应系数模型的获得35
6.1.2对象特性分析36
6.2仿真控制实验37
6.2.1参数选择37
6.2.2仿真控制结果43
6.3本章小结45
结束语46
参考文献47
附件48
一、绪论
1.1研究意义
当前社会是一个高速发展的社会，技术更可谓是日新月异。
然而一切的发展，一切的创新都是来源于社会并最终服务于社会。
处于现在高举人性化旗帜的社会，从理论到应用的时间比以前更是大大缩短，输液是常用的医疗手段之一，患者普遍遇到的问题是，当药液快要输送完毕时，需要招呼护士拔下针头，很不方便，尤其是在对危重病人进行治疗时，需要长时间输液，常常在夜间也不能间断，这样，护理人员就不能休息，由于看护者的疲劳，当药液输送完时，可能不能及时发现，造成医疗事故。
为此，本文设计一种点滴检测报警系统，当液位低于设定状态，蜂鸣器鸣响报警，并同时接通护士值班室。
本文介绍了一种操作方便、显示直观、可集中控制、具有报警功能的智能型液体点滴速度监控系统。
该系统可让医护人员在控制室监控不同受液者的输液状况，也可以直接到输液室直接改变输液状态，了解病人的输液进程，及时通知处理将快完成的输液。
1.2研究现状
随着社会的发展，随着科技的进步。
运来越多的地方需要用到一些高科技设备来为人们服务。
目前医院普遍使用的是人工监控点滴输液装置器，将液体容器挂在一定高度，利用势差将液体输入病人体内，用软管夹对软管夹紧和放松控制滴速，药物的有无将威胁病人的生命安全，为此医护人员要不定时的观察药物的情况，本设计根据需要设定液位警戒位置，同时具备报警的功能，使用了红外对射传感器，使其具有与液面不接触的特点，可用于有毒、腐蚀性液体液位的控制，简单、方便、安全、具有较高的使用价值。
如何使这种手工操作走向自动化或半自动化，让护理人员监控病人打点滴的进程时间得到充分利用，这就要求医疗器械加速自动化与半自动化进程，提高医护质量。
1.3主体结构
在掌握《传感器与传感器技术》和《单片机原理与应用》等教材内容和教学要求的基础上，分析国内外医院点滴的现状及发展趋势，通过设计方案及方案选择，确定单片机的硬件设计，制定基本的点滴预警设计方案，确定硬件并写出程序蓝本。
再在软件上模拟实现要求的功能，调试出结果。
本文介绍了改设计的具体过程，包括传感器的选用、单片机接口及其应用软件。
其主要内容如下：
（1）查阅相关医院点滴注射检测预警系统设计资料，并进行概述和文献综合
（2）完成医院点滴注射检测预警系统设计原理图
（3）完成传感器设计
（4）完成电路及单片机硬件设计
（5）完成系统软件设计
（6）翻译一篇与论文相关的外文资料
二、基于单片机的医院点滴预警系统总体方案设计
2.1方案论证及方案选择
方案一：
采用压力传感器来实现。
在受液瓶下加一压力传感器，通过感知其压力大小来判断是否有液滴落下。
液滴的质量约0.05g，目前精度较高的压力传感器其灵敏度仅0.1g，故此方案目前无法检测。
方案二：
采用液位传感器来检测。
将一液位传感器置于受液瓶中，根据液位传感器感受到的液位起伏来检测是否有点滴落下。
将传感器置于液体中，不可取同时由于相邻两次液位差距很小，会引起较大的测量误差。
方案三：
采用光纤传感器，将光纤传感器固定于滴斗外侧。
当有液滴滴下时，光纤传感器感知滴斗壁是否产生特定抖动，而判定有无液滴落下。
采用光纤传感器，测量精度较高，但是光纤传感器的成本很高。
方案四：
采用红外传感器实现，根据接收到的光强的强弱判断是否有液滴滴下。
由于红外光波长比可见光长，因此受可见光的影响较小。
此方案成本低，电路简单，且不受可见光的干扰，稳定性好，因此采用此方案作为点滴检测方案。
2.2系统功能
根据设计要求，系统的主要内容（功能）如下：
（1）根据要求设计并显示；
（2）自动检测设定点滴液位并报警；
（3）用LED数码管显示方式；
（4）蜂鸣器报警；
2.3系统总体设计方案
本次设计思想主要是想借助单片机，对医疗点滴输液加以半自动化的控制。
首先通过红外传感器检测信号，然后将检测到的信号送给单片机进行处理，通过数码管和报警装置，将床位信息显示在监控室，然后由护理人员对具体情况进行处理。
本课程设计主要由监测模块、信息处理模块（单片机模块）、LED信息显示模块、控制输入模块和报警模块五大部分组成。
其中最核心部分的部分是信息处理模块和检测模块。
2.5红外传感器设计
液位检测的方法是多种多样的，按工作原理可分为电阻式、电容式、应变式、光电式、磁电式等；按传感器是否与被测液体接触又可分为接触式和非接触式、由于输液的特殊性，即药液是要输入人体的，液位的检测不能改变药理成分、不能引入污染，所以应采用非接触式测量，考虑灵敏度因素，决定采用光电式检测方法。
光电式液位越限检测基本原理如下：
利用液体与空气的折射率不同，从而使得同一光源的光在有、无液体是产生不同角度的折射，按光接收元件接收的光信号的强、弱来判定是否在设定液位之下，若在设定液位瓶中只有空气，则进行报警提示。
本文采用普通红外发射与接收对管组成发射与接收系统，接收系统能够接收发射系统发出的红外线。
红外发射管发射的光束经过输液瓶的药液投射到红外接受管的感光面，在没有药液时，红外接收管接收到的光照度最大，将输出一个低电平；当有药液时，由于药液的折射率与空气不同，投射到红外接收管上的光照度将下降，将输出一个高电平，由于不同类型的药液（透明、半透明和不透明）药液的光学特性不同，红外发射管发射的红外线角度将发生改变，只要检测红外接收管的输出的强弱，就可以探测出设定液位有无药液。
三、系统的基本原理
使用红外传感器定点对液面进行监测．利用光在不同媒质界面的折射和反射原理，通过光电传感器接收光信号实现液面检测功能．本装置通过合适的夹子将传感器固定在储液瓶外瓶壁上，这样不需要详细计算储液瓶液面高度值，简化了外围电路结构．当检测到储液瓶中液体高度低于警戒值时给单片机发送报警信号。
如图3.1所示系统结构框图，本方案以微型单片机为控制核心，由检测模块、信息处理模块、LED信息显示模块、控制输入模块和报警模块五大部分组成。
整个系统工作前，先将传感器装于点滴瓶“警戒”液位水平处。
单片机启动，开始监测工作。
当液位低于警戒液位时，传感器将输出一低电平，送入P1.0口（一张床位对应一个口，本设计只取一张床位模拟），然后由单片机内部的程序，对信息进行处理，将病床号显示到LED上，同时报警启动，提醒医护人员。
当由控制输入后，表示医护人员已经去对事件进行处理。
系统将复位，等待其他的床位监测信息。
图3.1液位监测报警系统原理框图
四、硬件设计
4.1监测模块
本模块采用的是红外对射型余液液位传感器。
发光二极管和光敏二极管分别安装于“警戒”液位（由医护人员根据实际情况设定）两侧，处于对射状态。
在高位警戒液位时，LM339的反向输入端即3端口输入高电平，此时5端口输出高电平，即送入单片机的P1.0口。
当低于警戒液位时，光敏二极管导通，3端则输入低电平，5端随之也取反，然后送入单片机处理，已发出报警。
其原理图如图4.1：
图4.1红外对射型液位传感器原理图
4.2单片机模块
4.2.1AT89C52概述
AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256bytes的随机取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性
存储技术生产，与标准MCS一51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大，AT89C52单片机适应于许多高性价比的应用场合。
如图4.2.1为AT89C52引脚。
图4.2.1AT89C52引脚
4.2.2AT89C52主要性能参数
·与Mcs一51产品指令系统和引脚完全兼容
·8k字节可重擦写Flash闪速存储器
·1000次擦写周期
·全静态操作：
OHz一24MHz
·三级加密程序存储器
·128X8字节内部RAM
·32个可编程I/O口线
·3个16位定时／计数器
·8个中断源
·可编程串行UART通道
·低功耗空闲和掉电模式
4.2.3AT89C52功能特性概述
AT89C52提供以下标准功能：
8k字节Flash闪速存储器，256字节内部RAM，32个I/O口线，3个16位定时／计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。
同时，AT89C52可降至OHz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。
空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时／计数器，串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
4.3LED信息显示模块
本设计选用4位共阳极数码管作为显示模块。
数码管的A、B、C、D、E、F、G和DP分别与单片机的P2.0——P2.7相连。
而四位数码管的位则通过74HC138译码器来选通。
74HC138是一个3-8译码器。
74HC138的A、B、C与单片机的P1.5、P1.6、P1.7相连通，我们可以通过程序控制P1.5、P1.6、P1.7的输出进而控制3-8译码器的输出，从而达到选位的目的。
。
本次课程设计中的四位数码管与单片机的连接电路如图4.3.1，其选通情况如表4—3：
图4.3.1LED信息显示模块电路图
表4—3：
数码管选位情况表
P1.7P1.6P1.5
CBA
选位情况
000
000
Y0输出高电平即第1位被选中
001
001
Y1输出高电平即第2位被选中
010
010
Y2输出高电平即第3位被选中
011
011
Y3输出高电平即第4位被选中
4.4控制输入模块
本模块有2个独立按键，一个是复位按键，另一个为解除报警按键，接在P3.0口。
具体接线图如图4.4.1：
图4.4.1按键与单片机硬件接口电路
4.5报警模块
此次课程设计中为了达到低于“设定”液位后报警且显示对应床号的目的。
我们的主要思想是：
当1号床位的点滴低于“设定”液位，由红外液位传感器输出的低电平，送入单片机的P1.0口（四张床位的检测信号分别对应P1.0、P1.1、P1.2、P1.3），然后由单片机的内部加以处理，由P2口、P1口的高三位、74LS138译码器等作用，在LED上显示出对应的床位。
同时在P3.7口的作用下，报警器响起。
如果按下P3.0口外接的按钮，则报警停止，显示也熄灭，表示已有医护人员对信息进行处理。
其报警电路如图4.5.1。
图4.5.1报警电路
五、软件设计
软件设计主要分为初始化程序、存储单元和中断设置初始化，主程序（内嵌报警程序）、报警中断子程序、中断服务子程序（显示程序）、延迟子程序。
先对要用到的存储单元，I/O口，寄存器进行相应的设置，然后主程序对四个端口P1.0、P1.1、P1.2、P1.3进行循环检测，当检测到有效信号时，则对相应存储单元赋值，然后继续其他端口检测，定时时间到时，对四个存储单元内的数据进行输出显示，报警也响起；当主程序检测到P3.0为高电平时，则终止报警，同时存储单元再次初始化，继续循环检测，重复相同“动作”。
程序流程图如图5.1。
图5.1程序流程图
论文正文的排版：
1.换章时必须换页
2.第一级标题用三号粗黑体，居中上下空一行
3.第二级标题用小三黑体，靠左上下空一行
4.第三级标题用四号黑体，靠左本身不空行
5.正文小四号字体，行距为固定值20磅
6.图题及图中文字用5号宋体
7.参考文献标题用三号粗黑体，居中上下空一行，参考文献正文为五号宋体
有关论文排版的其它说明：
1．纸张大小及版心：
统一用A4纸（21×29.7）打印，边距设为：
上2.54cm，下2.54cm，左2.2cm，右2.2cm。
行距为固定值20磅。
2．注意文中代表变量的英文字母必须用斜体，其它用正体。
微分号d、圆周率π、自然底数e、矩阵转置T均应为正体。
3．文章中的英文均用TimesNewRoman字体。
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