大学毕业设计（论文）
液体点滴速度监控系统设计
摘 要
医院常用的治疗手段是输液治疗，然而在传统输液过程中存在着输液速度不够精确、需要旁人监护等缺点。文中设计一种液体点滴监控系统来解决此问题。
系统是以 AT89S52 单片机为核心部件，以步进电机为控制元件，通过点滴传感器测量的液体滴速为输入量，运用PID控制方法，控制步进电机调节液瓶高度，从而达到控制液体滴速的作用，当液位低于一定值时，液位传感器输出报警信号，驱动声光报警装置。系统对液滴滴速的监测是通过红外对射传感器实现的，具有不接触液滴的优点，这对实际运用时的卫生要求提供了保证，光电传感器对液位监测具有实时性，且抗扰能力强，可靠性高等优点。
文中设计的液体点滴速度监控系统，实现了对输液速度的实时检测与控制，并能通过对输液瓶中面高度的检测来判断是否报警，并且动态显示输液速度，点滴速度的控制精度高，点滴的速度调节响应快、稳态误差小，生产成本不高，便于推广。
关键词：单片机；红外对射传感器；步进电机；光电传感器
I
液体点滴速度监控系统设计
Design of Liquid Drop Speed Monitoring System
Abstract
Transfusion commonly used as treatment in hospital， but there were some problems， such as inaccurate， need transfusion of artificial guardianship， etc。 The goal is to design a transfusion monitoring system in order to solve those problems。
The system use AT89S52 SCM as machine’s core，use stepper motor as control element，The input come from dripping speed with infrared correlation sensors. Using the PID control technology, command stepper motor adjust the height of liquid bottle, to achieve the control dripping speed. When the liquid level below standard level, photoelectric sensor give out the signal of alarm. The system use infrared correlation sensors to monitoring liquid speed, have keep clear of liquid advantages, to provide guarantee with health. Photoelectric sensor have the real time, high immunity ability, high reliability advantages.
In this paper, design of liquid drop speed monitoring system, realized the real-time detection and control of the infusion speed, and can through to the surface height in the transfusion bottle detection to judge whether the alarm, dynamic display and transfusion speed, high control precision of dropping speed, intravenous drip speed regulating response quickly, small steady-state error, the production cost is not high, easy to promote.
Keywords：Singlechip; Infrared correlation sensors; Stepper Motor; Photoelectric sensor
II
大学毕业设计（论文）
目 录
引 言 .................................................................................................................................... 1 第1章 绪 论 ...................................................................................................................... 2 1.1 本课题研究的意义 ............................................................................................................ 2 1.2 国内外的发展历史和研究现状 ........................................................................................ 2 1.3 本课题主要工作内容 ........................................................................................................ 3 第2章 液体点滴监控系统总体方案 .................................................................................... 4 2.1 控制方案 ............................................................................................................................ 4 2.2 点滴检测方案 .................................................................................................................... 4 2.3 液位监测方案 .................................................................................................................... 4 2.4 速度控制方案 .................................................................................................................... 4 2.5 电机选择及控制方案 ........................................................................................................ 5 2.7 系统总体框图 .................................................................................................................... 5 2.8 小结 .................................................................................................................................... 6 第3章 系统的硬件设计 ........................................................................................................ 7 3.1 系统框图与核心部件介绍 ................................................................................................ 7 3.2 点滴信号检测单元 ............................................................................................................ 7 3.3 点滴信号整形及A/D转换 ............................................................................................... 9 3.4 液位监测单元 .................................................................................................................. 10 3.5 键盘及显示单元 .............................................................................................................. 11 3.6 声光报警单元 .................................................................................................................. 13 3.7 电机驱动单元 .................................................................................................................. 13 3.8 供电单元 .......................................................................................................................... 16 3.8 小结 .................................................................................................................................. 17 第4章 系统的软件设计 ...................................................................................................... 18 4.1 系统软件总体设计 .......................................................................................................... 18 4.2 主控模块设计 .................................................................................................................. 19 4.3 点滴速度测量模块设计 .................................................................................................. 19 4.5 报警模块设计 .................................................................................................................. 21 4.6 小结 .................................................................................................................................. 22 结论与展望 .............................................................................................................................. 23 致 谢 ........................................................................................................................................ 24 参考文献 .................................................................................................................................. 25 附录A: 系统原理图 ............................................................................................................... 26 附录B: 引用外文文献及其译文 ........................................................................................... 27 附录C: 主要参考文献的题录及摘要 ................................................................................... 38 附录D：系统源程序 ............................................................................................................... 41
III
液体点滴速度监控系统设计
插图清单
图2-1 整体系统框图 ................................................................................................................ 5 图3-1 系统框图 ........................................................................................................................ 7 图3-2 点滴信号检测电路 ........................................................................................................ 8 图3-3 脉冲产生原理电路 ........................................................................................................ 8 图3-4 方形脉冲 ........................................................................................................................ 8 图3-5 多谐振荡器图 ................................................................................................................ 9 图3-6 输入输出波形图 ............................................................................................................ 9 图3-7 点滴信号整形电路 ...................................................................................................... 10 图3-8 各点波形图 .................................................................................................................. 10 图3-9 液位监测系统框图 ...................................................................................................... 10 图3-10 液位监测系统电路图 ................................................................................................ 11 图3-11 矩阵键盘 .................................................................................................................... 12 图3-12 数码管显示电路 ........................................................................................................ 13 图3-13 L297引脚图 ............................................................................................................ 14 图3-14 L298N引脚图 ......................................................................................................... 15 图3-15 电机驱动电路 ............................................................................................................ 16 图3-16 电源电路 .................................................................................................................... 17 图4-1 系统软件流程图 .......................................................................................................... 18 图4-2 速度计算实现原理 ...................................................................................................... 19 图4-3 点滴速度测量程序流程图 .......................................................................................... 20 图4-4 电机控制原理框图 ...................................................................................................... 20
IV
大学毕业设计（论文）
引 言
随着我国老龄化社会的加速和计划生育政策的推进，在取得人口数量得到控制效果的同时，也使得如今我国将要面临严峻的养老问题和人力资源问题。对我国现代化进程带来严峻的挑战，也对我国医疗卫生事业提出更高的要求。如何更加有效的利用有限的医疗卫生资源，即在医护人员有限的条件下，照顾更多的病人，是必须要解决的问题。通常，一名医护人员需要同时对多名病人进行照顾，但难以一一细心兼顾，所以通常需要家人在旁陪伴，这不仅给病人带来精神上的负担，也加剧了亲人的负担。据统计，在病人住院过程中，亲人的陪护时间80%是用在看护病人输液上[7]。
输液是临床治疗中经常用到的治疗手段，它是一种通过静脉输入大量无菌溶液或治疗药物的治疗方法。静脉输液是利用液体静压的物理原理，将液体输入体内。输液瓶是一个入口和大气相通，下连橡胶管的玻璃瓶，瓶内液体受大气压力的作用，使液体流入橡胶管形成水柱，当水柱压力大于静脉压力时，瓶内的液体即顺畅地流入静脉。静脉输液不仅是给药的重要途径，也是给患都补充能量和营养的主要方法，静脉输液易将药物达致疗效浓度，并可持续维持疗效所需的恒定浓度。对肌肉、皮下组织有刺激的药物可经静脉给予。可迅速地补充身体所丧失的液体或血液。在输液过程中的也易发生如鼓包、气栓、血液回流等事故，处理不当易产生全身性或局部性的感染[2]。药物过量或滴注过快，易产生不良反应，甚至危及生命。持续性的过量输注，易造成循环负荷过重，或电解质失衡，医源性疾病的增多。若是失能病人，在输液过程中必须有人全程陪护，如发生不良情况，陪护人员须口头或手动按铃方式来唤叫医务人员。当陪护人员发生困倦时，极易发生输液事故，所以有设计一款智能的输液监控系统在临床治疗上有着重大的意义。
国外对智能输液系统研究较早，上世纪八十年代，欧美、日本等一些发达国家就进行了智能静脉输液的研究，一些发达国家很早就在医院安装了输液泵。输液泵是一种能够准确控制输液滴数或输液流速，保证药物能够速度均匀，药量准确并且安全地进入病人体内发挥作用的一种仪器[10]。同时，输液泵还能提高临床给药操作的效率和灵活性，降低护理工作量。输液泵通常是机械或电子的控制装置，它通过作用于输液导管达到控制输液速度的目的。常用于需要严格控制输液量和药量的情况，如在应用升压药物，抗心律失常药药物，婴幼儿静脉输液或静脉麻醉时。近年来我国也投入对静脉输液的研究，其主要的研究课题是对输液速度和报警方面的研究，目前国内对该方面的专利也较多，也有部分专利成为真正的产品，如星云S-I型输液泵、ZNB-XD智能输液泵等。但输液泵体积大，成本投入大[8]。使得我国一些三甲以下的医院望尘莫及，所以输液泵未能在国内医院普及和推广。
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