基于单片机的液体点滴速度监控装置设计

丛德辉

摘 要：文章介绍了一种液滴速度监控装置的设计，键盘输入，数码管显示器，滴液检测，声光报警功能。实践证明，此设计在医用输液自动监控领域可以很好的运用。

关键词：单片机；液体点滴；流速检测

1 系统硬件设计

1.1 芯片模块

AT89S51 是一个低功率、高性能CMOS8位微控制器，片内含4k BytesISP（In-system programmable）的可反复擦写1000次的 Flash只读程序存储器，采用ATMEL公司的高密度非易失性存储器，制造技术，与标准MCS-51指令系统兼容，80针C51的结构装置，芯片8位通用CPU和ISPFlash存储单元，AT89S51已广泛应用在许多嵌入式的控制应用程序。

89S51是89C51的升级版本，89SXX可以向下兼容89CXX等51系列芯片。其区别如下：

（1）89S51制作的过程中运用了0.35的新技术、降低成本，并将功能效果提升、提高竞争力。

（2）新增加很多功能，性能有了较大提升。

（3）在线编程功能，这种优势是重写程序功能的单芯片内存芯片内，不需要剥离的工作环境。速度更快、稳定性更好，编程电压也只需要4～5V就可以。

（4）最大工作频率为33MHz，24M工作频率是极限。

（5）89s51具有双工UART串行通道。

（6）单片机内部集成看门狗计时器，即不再需要为单片机外部看门狗定时器单元电路。

（7）89s51带有双数据指示器。

（8）89s51带有电源关闭标识。

（9）有新的89S51加密算法，这使得89S51被破解变得不可能，保密程序大大加强，因此可以有效的保护知识产权。

（10）电源范围：89S5*功率范围为4～5.5v和895*系列是时一般不会低于4.8v和比5.3V更高的工作。

（11）烧写寿命更长：89S5*标称的1000倍，实际上至少在1000倍到10000倍，所以更有利初学者反复燃烧，降低学习成本。

1.2 数据输入按键模块

在设备上，系统的输入设备可以使用键盘，键盘可以通过系统参数设置以控制检测范围。按程序设置数字键或按键，设备能自动完成设置功能键的程序。通过键盘模块中，阅读的时间信号可以稳定地和有效地控制转速信号的输入信号，报警控制。（注意：在设计过程中键盘输入设备的按键消除抖动过程，必须考虑到，程序运用delay函数控制延时，以达到消除抖动的效果。

1.3 数据输出显示模块

液滴的数据监控装置实时显示的是由三个8位数码管显示模块的实现。本模块中使用8位数码管显示模块，该模块可以显示数字（因为可以显示小数，所以使读数变得更为精确）。该设备采用动态方式显示液滴的速度信息，即当外部信号传输不到MCU时，间隔5秒更新一次滴液速率（滴/min）。芯片接收到更新的外部信号后，就要设置相应的点滴率（滴/min）。

1.4 电源模块

在单片机系统的设计中，电源设计是需要考虑的，这就决定了系统采用单电源方案还是电源方案，系统的功耗有无特别的规定，供电方案取决于不同的选择和整个系统的过程中选择。在本设计中由于系统所选用的单片机是AT89S51，此单片机的工作电压是在2.7V-6V之间，设计中采集所用的光电二极管和比较电路中所用的比较电压比较芯片（既可单电源也可双电源工作），他们的工作电压都可以是+5V，因此在本设计中采用单电源方案，单电源方案的优点是系统简单，工作可靠，在设计中我们采用所有元件的适中电压为+5V，它可以通过带有USB的设备（例如：计算机、笔记本电脑、智能手机（OTG功能）、移动电源）得到，这样既简单又便于携带。

1.5 流速检测模块[1]

流量检测模块使用红外传感器技术来检测泄漏的静脉滴注。红外发射装置基本实现方法：555定时器用来产生高频脉冲，然后三极管放大处理后，进行红外管驱动时，其具有高频率的脉冲功率的优点，并且长传输距离。滴速检测电路原理：门系统比较器的阈值电压为可调电压，使用跟随的比较，可以适应不同的环境。当红外传感器区域内没有点滴经过时，接收管导通，一个电压比较器的反相输入端VI输入底电平，低于比较器的同向端电压V+，V1输出低电平。同向端的输入信号是对反向端的输入信号取了平均值。当点滴经过感应区时，红外发射管发出的光线在短暂的时间内被滴液阻挡，接收管出现一个短暂的截止，Vi输出电平产生一个上升沿，高于比较器的同向端电压V-，比较器输出一个高电平脉冲给单片机，触发单片机计数，达到了单位时间内计数的目的。

由红外发射被检测出的贮液瓶高度的接收管中的液位。当液体上方的行的高度，接收器关闭V2的输出线；当滴漏的高度警戒线以下，接收器打开，输出低电平。电压比较器和二极管的电容放电的输入端的作用是快速的，因而可以避免因储液瓶晃动所产生的误报警。

1.6 声光报警模块

利用红外发射接收管液位检测储瓶。当储液的高度高于警戒线时，接收管截止，V2输出高电平；当储液的高度低于警戒线时，接收管导通，V2输出低电平。其中电压比较器（LM3324）同向输入端中二极管的作用，达到对电容进行快速放电，从而可以避免因为储液瓶晃动产生假信号，避免误报警情况发生。

当报警单元异常情况发生时，作为报警模块中的两个的主要部分——红色发光二极管和蜂鸣器将产生报警。输送速度检测，如果有异常情况，例如：超出滴漏边距或者键盘设置的误差范围，蜂鸣器就会产生报警声音，在同一时间，也控制LED闪烁不断（二极管产生的红光容易引起注意），以达到报警的目的。

2 结束语

本文的主要内容是对药物输注速度监控系统的原理进行研究，该设备可以实现对滴液速度的自动检测，以及对异常情况进行报警和对测量的参数进行显示，这是基于医用输液过程的特殊要求所设计的。本设计实现了系统硬件的开发，包括选择的51芯片和系统的键盘数据输入模块，显示模块，滴液体流量测量模块，声光报警模块的工作特性和生产。通过实验，该设备可以良好的应用在医用输液智能控制当中。

参考文献

[1]吴今哲.机械与电子.2010，25.endprint