基于单片机的液体点滴速度监控系统的设计

李佳楠 贾婷 张婷婷 沈阳工学院 信息与控制学院

系统硬件组成部分主要有显示系统、速度检测系统、速度控制系统等组成，其中各系统又由系统内部小件组成。

速度检测模块：在速度检测模块中，主要依靠光电传感器对光信号的采集处理，并传输至单片机芯片来进行计数。速度检测模块仅仅包含了一个简单电路，即点滴速度检测电路。

速度控制模块：该模块中STC89C52芯片对接收到的数据进行判断处理，并控制步进电机的转动及LCD显示屏的显示，完成系统装置智能控制的任务。该速度控制模块中主要包含两个电路，即单片机电路、步进电机驱动电路。

该系统严格来说共有三部分组成，即液体点滴速度检测部分、液体点滴速度控制部分和报警部分，在系统的整体设计前首先要做的即确定系统方案并选择系统所用元器件。

液滴速度检测部分由对射型光电感应器、继电器和10V稳压管组成。对射型红外光电传感器主要由红外发射管和红外接收管组成，红外发射管在一定电压驱动下发射红外线，外界物体在经过红外线时被阻挡，此时接收管接收不到红外光信号，输出信号发生变化。红外接收管电平信号变化后进入继电器及稳压管电路，由于在该系统中光电传感器所发信号为高电平，因此需要通过二级稳压管来实现对电平信号的处理。电平信号经过继电气及稳压管处理后被单片机接收，单片机再处理后可以由数码管显示液滴速度。

在该液体点滴速度监控系统中需要对液体点滴的速度进行设置，使其达到我们所需的速度。因此在此系统刚开始工作时设定初始点滴速率为60滴/分，使用独立式键盘来控制点滴速度的加减。由单片机程序来控制独立式键盘的作用，使其达到按动键盘液体滴速加一或减一。

液体速率的改变是利用步进电机改变储液瓶的上下来实现。在本系统中，液体的速度检测与液体的速度控制是由两部分不同的系统构成。其中，液体速率控制系统是相对简单的，主要由STC89C52芯片和ULN2003步进电机驱动芯片及步进电机组成，利用步进电机的正反转使储液瓶高度发生改变，并最终使得液体速率改变。

由普通电机及步进电机特性比较，本系统中将使用步进电机。将脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电器件即步进电机。在一般情况下，脉冲信号的频率和脉冲数决定了步进电机的转速和停止，不随载荷而变化。当有脉冲信号传输至电机驱动装置后，步进电机按既定程序被驱动一定角度，步进电机的滚动是以固定的步进角一步一步运转的。步进电机的准确定位可以通过改变脉冲个数（角位移量）进行控制，而步进电机旋转的转速和加速度则由脉冲频率决定。

本系统使用STC89C52作为系统的单片机芯片，软件设计主要分为液体点滴检测计数、步进电机控制、液晶显示控制和蜂鸣器报警控制等部分。系统中每个功能模块对于整个系统设计都是非常重要的，单片机STC89C52需要通过软件程序才能实现对外部的信息的采集、分析和决策。

整个系统所要完成的任务是由单片机接收光电传感器传送来的信号，并由LCD显示屏显示检测液滴速度；如果检测到的点滴速度与设定的点滴速度不同，单片机则会驱动步进电机转动改变储液瓶的高度，以使实际点滴速度与设定点滴速度相同。从单片机程序来看，主程序流程应为：单片机接收来自光电传感器传送来的信号并经过处理后进入显示程序，当测定数值与设定数值不同时，单片机经处理后会进入步进电机的驱动程序，以此来改变液体点滴的速度。系统的主程序流程图如图2所示。

图2 主程序流程图

（1）通过单片机对液体点滴速度的监控与控制，具有电路简单、成本低的特点，但是相对程序较为复杂；

（2）系统硬件设计中使用的芯片为STC89C52芯片,设计了包括液滴速度检测、液滴速度控制、按键控制等电路，实现了课题所要求的内容；

（3）系统软件设计囊括了信息采集、数据处理、数据显示、步进电机的驱动等模块，使软件操作实现了简单便捷。