赵荫祥 0902040131 09级电气自动化一班

郑 州 华 信 学 院

毕 业 论 文

论文题目：基于单片机的输液滴速控制系统设计 专 业：电 气 自 动 化 班 级：09电气自动化一班 学 号：0902040125 姓 名：赵 荫 祥 指导老师：宋 东 亚

目 录

摘 要 ...................................................................................................... 错误！未定义书签。 Abstract ...................................................................................................................................... 2 第1章 单片机及多单片机应用系统 .................................................................................... 1

1.1 单片机的概述 ............................................................................................................ 1 1.2 单片机的特点与应用 ................................................................................................ 1 1.3 MCS-51单片机的基本组成 ..................................................................................... 3

1.3.1 MCS-51单片机的内部结构及管脚功能 ....................................................... 3 1.3.2 单片机最小系统构成 ........................................................................................ 5 1.4 多单片机控制系统的概述 ........................................................................................ 7 1.5 单片机在输液点滴的研究现状 ................................................................................ 8 1.6 课题的主要内容及发展前景 .................................................................................... 9

1.6.1 课题的主要内容 ................................................................................................ 9 1.6.2 课题的发展现状与前景展望 ............................................................................ 9

第2章 系统方案确定 .......................................................................................................... 11

2.1 系统设计要求 .......................................................................................................... 11 2.2 系统设计总体方案 .................................................................................................. 12 2.3 系统各模块方案选择 .............................................................................................. 12

2.3.1 单片机型号的选择 ........................................................................................ 12 2.3.2 点滴速度检测和液面检测方案的论证与比较 ............................................ 13 2.3.3 滴速控制方案的论证与比较 ........................................................................ 13 2.3.4 电机控制算法的选择 .................................................................................... 14 2.3.5 键盘、显示及声光报警部分 ........................................................................ 15 2.3.6 主从站协议部分 ............................................................................................ 15

第3章 硬件设计 .................................................................................................................. 16

3.1 系统硬件设计 .......................................................................................................... 16 3.2主站及通信网络的设计 ............................................................................................. 17

3.2.1 主站硬件电路设计 ........................................................................................ 17 3.2.2 通信网络设计 ................................................................................................ 19 3.3 从站电路设计 .......................................................................................................... 21

3.3.1 滴速检测与液面检测电路设计 .................................................................... 21 3.3.2 键盘显示电路设计 ........................................................................................ 22

3.3.3 步进电机驱动电路设计 ................................................ 错误！未定义书签。 3.3.4 报警电路和通讯网络设计 ............................................ 错误！未定义书签。

第4章 软件设计 .................................................................................. 错误！未定义书签。

4.1 主站软件设计 .......................................................................... 错误！未定义书签。

4.1.1 主站总体流程设计 ........................................................ 错误！未定义书签。 4.1.2 键盘显示程序设计 ........................................................ 错误！未定义书签。 4.1.3 报警程序设计 ................................................................ 错误！未定义书签。 4.1.4 与从站通讯 .................................................................... 错误！未定义书签。 4.2 从站软件设计 .......................................................................... 错误！未定义书签。

4.2.1 系统定义和总体流程 .................................................... 错误！未定义书签。 4.2.2 滴速和液面判断及报警 ................................................ 错误！未定义书签。 4.2.3 滴速控制程序设计 ........................................................ 错误！未定义书签。 4.2.4 键盘及显示程序设计 .................................................... 错误！未定义书签。 4.2.5 与主站通信 .................................................................... 错误！未定义书签。

第5章 系统调试、抗干扰及制板 ...................................................................................... 25

5.1 系统调试 .................................................................................. 错误！未定义书签。 5.2 单片机应用系统中常见的干扰现象及影响 .......................... 错误！未定义书签。

5.2.1 常用硬件抗干扰与保护措施 ........................................ 错误！未定义书签。 5.2.2 软件抗干扰 .................................................................... 错误！未定义书签。 5.3 PCB板设计 ............................................................................. 错误！未定义书签。 结束语 ...................................................................................................... 错误！未定义书签。 参考文献 .................................................................................................................................. 26 致 谢 ...................................................................................................... 错误！未定义书签。 附 录 ...................................................................................................... 错误！未定义书签。

附录A 主站程序 ........................................................................... 错误！未定义书签。 附录B 从站程序 ........................................................................... 错误！未定义书签。 附录C 主站硬件电路总图 ........................................................................................... 32 附录D 从站硬件电路总图 ........................................................................................... 33 附表E 3D效果图 .......................................................................................................... 34

基于单片机的输液滴速控制系统的设计

作者：赵荫祥

摘 要

近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。

本系统以Atmel89C52单片机为核心，辅以步进电机驱动、键盘、LCD 显示、LED 显示、光电传感器数据采集等外围电路组成，实现了一个主站控制多个从站的有线液体点滴速度监控系统。电机控制使用了模糊控制的控制算法，可以有效的减小超调量和静态误差，缩短调节时间。主站使用LCD 显示，用户界面友好。 关键字：单片机；驱动；键盘；光电传感器

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The design of the liquid inputing system basing on one-chip

computer

Abstract:With the development at full speed of science and technology in recent years, the application of the one-chip computer is being moved towards deepenning constantly, drive tradition is it measure crescent benefit to upgrade day to control at the same time. In measuring in real time and automatically controlled one-chip computer application system, the one-chip computer often uses as a key part, only one-chip computer respect knowledge is not enough, should also follow the concrete hardware structure , and direct against and use the software of target's characteristic to combine concretly, in order to do perfectly.

The system is designed to construct a wired monitor system of a master station controlling multiple slave stations,with a one-micro controller Atmel89C52 as the key, complimented by stepper motor drive, keyboard, LCD display, LED display and photoelectric censor data collection out side circuit. The combination of fuzzy control working on the motor drive can effectively reduce the amount of over regulating and stable error and shorten the time of adjusting.

Key words:one-chip computer；drive；keyboard；photoelectric

Abstract 2

第1章 单片机及多单片机应用系统

1.1 单片机的概述

单片机，也称单片微型计算机，是微型计算机家族中的一员，它以独特的结构和超群的优点，深得各个领域的青睐，应用十分之泛，近年来发展极其迅速。世界上的各个半导体厂商都抓住这个机会，推出自己的产品，一时间单片机如雨后春笋般蓬勃发展和流行起来。[3]

在近30年的时间里，电子计算机的发展经历了从电子管、晶体管、中小大体集成电路到大规模集成电路四个阶段，尤其是随着大规模集成电路技术的飞跃发展，20世纪70年代初诞生的单片机微型计算机，使得计算机应用日益广泛。而单片机的问世，更进一步推动了计算机应用技术的发展，使计算机应用渗透到各行各业，达到了前所未有的普及程度。[1]

1.2 单片机的特点与应用

一、单片机的特点：

（１）重量轻、耗电少、价格低、电源单一。

（２）抗干扰能力强、可靠性高。芯片本身是按工业测控环境设计的，其抗工业噪声干扰优于一般的通用CPU；程序指令及常数、表格固化在ROM中，不易被破坏；许多信号通道均在一块芯片内。

（３）集成度限制，片内存储器容量较小。一般ROM小于8KB，RAM小于256个字节，但可在外部扩展，通常ROM、RAM可分别扩展至64KB。

（４）面向控制，控制功能强，运行速度快。其结构组成与指令系统都着重满足工控要求。指令系统中均有极其丰富的条件转移指令，I/O口的逻辑操作及位处理功能。一般来说，单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的其它微处理器。

（５）开发应用方便，研制周期短。片内具有计算机正常运行所必须的部件，芯片外部有许多供扩展用的三总线以及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各规模的计算机应用系统。

[2]

二、单片机的应用

单片机具有体积小、使用灵活、成本低、易于产品化、抗干扰能力强、可在各种恶劣的条件下工作等特点。特别是它强大的面向控制的能力、使它在工业控制、智能仪表、

1

外设控制、家用电器、机器人、军事装置等方面得到广泛应用。[2]

（1） 单片机在智能仪表中的应用

在各类仪器仪表中，引入单片机使得仪器仪表数字化、智能化、微型化功能大大提高，例如精密数字温度计、智能电度表、微机多功能PH测试等等。

（2） 单片机在工业测控中的应用。

用单片机可以构成各种工业测控系统、自适应控制系统、数据采集系统等，例如MCS-51单片机控制电镀生产线、温度人工气候控制、报警系统控制、IBM-PC/XT和单片机组成的二级计算机控制系统等。

（3） 单片机在计算机网络与通信技术中的应用

MCS-51系列单片机具有通信接口，为单片机在计算机网络与通信设备中的应用提供了良好的条件，例如MCS-51系列单片机控制的串行自动呼叫应答系统、列车无线通信系统、MCS-51单片机无线遥控系统等。

（4） 单片机在日常生活及家电中的应用

单片机越来越广泛应用于日常生活的智能电器产品以及家电中。例如电子秤、银行计息电脑、电脑缝纫机、心率监护控制、彩色电视机、电冰箱控制、洗衣机控制等等。

（5） 单片机与Internet

随着网络技术的发展，Internet已经成为信息社会的重要组成部分，Internet技术已经深入到日常生活中和工作中。Internet技术得以迅速发展，其主要推动力之一是标准成熟的PC工业。无论是PC机的硬件平台，还是软件操作系统，都要求高度标准化，上网方式也大同小异。而对于各类家用电器和智能装置，情况就不同了，它们的心脏多是单片机，但由于单片机芯片品种繁多，其结构和指令系统也各不相同，因此，它不能像PC机那样通过标准的硬件接口和接口软件直接接到Internet，如果能够将各类智能装置或家用电器与Internet连接起来，一方面可充分利用Internet资源，另一方面还可获得一些电子设备信息。[1]由此可见，单片机与Internet的紧密结合将为单片机应用系统的发展开创另一片天地。

机电一体化是机械工业发展的方向。它是通过机械技术与微电子技术、信息技术紧密结合而成的一个新的学科领域。这种结合形成一种技术趋势，涌现了崭新的产品及先进的制造技术，因而使整个机械、仪表、控制的产品结构发生根本变化。机电一体化产品是指机械微电子技术、机电转换技术、自动控制技术与计算机于一体，具有智能化特征的机电产品。采用单片机作为机电产品的控制器，可充分发挥其体积小、功能强、可靠性高、价格低、安装灵活方便等优点，提高产品的自动化、智能化水平。[2]

2

1.3 MCS-51单片机的基本组成

1.3.1 MCS-51单片机的内部结构及管脚功能

一、MCS-51单片机的内部结构

MCS-51单片机的功能框图如图1.1所示。在一块小芯片上集成了一个微型计算机的各个部分，其核心部分是中央处理器CPU，它由运算器和控制器两大部分组成。运算器用来完成算术运算、逻辑运算和进行位操作，由算术逻辑单元（ALU）、位处理器、累加器ACC、寄存器B、暂存器TMP1和TMP2等组成。

控制器是用来统一指挥和控制计算机进行工作的部件，它由控制逻辑、内部振荡电路OSC、指令寄存器及其译码器、程序计数器PC及其增量器、程序地址寄存器、程序状态字寄存器PSW、RAM地址寄存器、数据指针DPTR、堆栈指针SP等组成。

P0.0~P0.7∞P0口驱动器RAM地址寄存器P2.0~P2.7∞P2口驱动器RAMP0口锁存器P2口锁存器ROM（EPROM）4K×8ACCSPTMP1PCONALUTH0T2CONSCONTL0TH2TMODTH1TL2IETCONTL1RCAP2L程序地址寄存器缓冲器B寄存器TMP2程序计数器（PC）PSW指令定时与与寄控制存器RCAP2HSBUFIP中断串行口定时器PC加法器PSENALERSTEADPTRP1口锁存器振荡器P1口驱动器∞P1.0~P1.7P3口锁存器P3口驱动器∞P3.0~P3.7

图1.1 MCS-51单片机内部结构 二、MCS-51单片机的管脚功能

采用HMOS制造工艺的MCS-51单片机都采用40管脚双列直插式封装；而采用CHMOS制造工艺的80C51/80C31,除采用40脚双列式直插式封装外，还有用方形的封装方式。

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如图1.2所示为双列直插式封装单片机管脚图。

图1.2 8031管脚 各管脚功能说明如下： ⑴ 电源管脚

VCC(40脚):接＋5V；VSS（20脚）：接地。 ⑵ 时钟信号脚

XTAL1(19脚),XTAL2(18脚):外部时钟信号脚。 ⑶ 控制线

1）RST/Vpd(9脚):当作RST使用时，为复位输入端；当作为Vpd使用时，当VCC掉电下，可作备用电源。

2）EA/Vpp（31脚）：EA为访问内部或外部程序储存器的选择号。对片内RPROM编程时，Vpp接入21V编程电压。

3）ALE/PROG（30脚）：当访问外部储存器时，ALE信号的负跳变将P0口上的低8位送入地址锁存器，不访问外部储存器时，ALE端仍以固定的振荡频率的1/6速率输出正脉冲信号。当对片内EPROM编程时，该管脚PROG用于输入编程脉冲。

4）PSEN（29脚）：外部程序存储器读选通信号。 ⑷ 输入/输出口线

1）P0口（32～39脚）：双向I/O口，既可接地址锁存器作低8位地址I/O口使用也可以作数据I/O口使用。能驱动8个LSTTL负载。

2)P1口（1～8脚）：具有内部上位电阻的8位准双向I/O口，可驱动4个LSTTL负载。

3）P2口（21～28脚）：8位具有内部上位电阻的准双向I/O口，在接收外部存储器时，P2口作为地址高8位。能驱动4个LSTTL负载。

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4）P3口（10～17脚）：8位具有内部上位电阻的准双向I/O口，其每一位又有如下特殊功能：

P3.0（RXD）：串行口输入端。 P3.1（TXD）：串行口输出端。

P3.2（INT0）:外部中断0输入端，低电平有效。 P3.3（INT1）:外部中断1输入端，低电平有效。 P3.4（T0）：定时/计数器0外部事件计数输入端。 P3.5（T1)：定时/计数器1外部事件计数输入端。 P3.6（WR):外部数据存储器写选通信号，低电平有效。 P3.7（RD):外部数据存储器读选通信号，低电平有效。 1.3.2 单片机最小系统构成

单片机最小系统是指单片机能够工作所必需的外部电路，这些电路包括晶振电路、复位电路、外部程序存储器以及数据存储器等。下面以典型MCS-51单片机为代表介绍最小系统的各个部分。

一、单片机晶振电路

MCS-51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，管脚XTAL1和XTAL2分别是反相放大器的输入端和输出端，由这个放大器与作为反馈元件的片外晶体或陶瓷谐振器一起构成一个自激振荡器，这种方式形成的时钟信号称为内部时钟方式，如图1.3a所示；图1.3b所示为外部时钟方式。[1]

a) b)

图1.3 a) 外部时钟方式 b) 内部时钟方式

二、单片机复位电路 1）单片机复位后的状态

无论是HMOS型还是CHMOS型单片机，振荡器处于运行状态时，如果在单片机的RST引脚保持2个机器周期（24个振荡周期）的高电平，则单片机内部执行复位操作，以后

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每个周期执行一次，直至RST端变低。为保证单片机可靠复位，设计复位电路时要考虑VCC的上升时间的振荡器建立时间，通常使RST端持续20ms以上的高电平。复位后单片机从程序存储器的地址0000H处开始运行，内部寄存器的状态如表1.1所示。

表1.1 复位后单片机寄存器状态

专用寄存器 PC ACC B 专用寄存器 PSW SP DPTR P0～P3 IP IE TMOD TCON T2CON 复位状态 0000H 00H 00H 复位状态 00H 07H 0000H FFH ×××0000B 0××0000B 00H 00H 00H 专用寄存器 TH0 TL0 TH1 专用寄存器 TL1 TH2 TL2 RLDH RLDL SCON SBUF PCON 复位状态 00H 00H 00H 复位状态 00H 00H 00H 00H 00H 00H ×××××××× 0××××0000B 复位后，ALE和PESE为高电平，内部RAM不受复位的影响，此时内部RAM的状态不确定。

2）单片机复位电路

如图1-4所示分别为单片机的几种复位电路。

a) b)

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c)

图1.4 a)上电复位 b)按键电平复位 c)按键脉冲复位

上电复位如图1.4a所示，它是在VCC与VSS管脚之间接入RC电路。上电瞬间RST端电位与VCC相同，随着电容充电电流的减小，RST端的电位逐渐下降。只要VCC的上升时间不超过1ms，振荡器建立时间不超过10ms，按图中的时间常数（C1=22μF，R1=1KΩ），上电复位 电路就能保证在上电开机时完成复位操作。上电复位所需要的最短时间是振荡器建立时间加上2个机器周期。在这段时间内，RST端的电平应维持高于施密特触发器的下阀值。

图1.4b所示为一种上电与按键复位电路，在实际应用系统中，有些外围芯片也需要复位电路，如果这些复位电平与单片机的要求一致，则可以与相连。

为了防止干扰窜入复位端，引起内部某些寄存器错误复位，可在RST管脚上接一个去耦电容。

在应用系统中，为了保证复位电路可靠地工作，常将RC电路在接施密特电路后，再接入单片机复位端和外围电路复位端，如图1.4c所示。系统有多个复位端时，能保证可靠地同步复位。[1]

1.4 多单片机控制系统的概述

随着人类社会的不断进步，工程科学技术在推动人类文明的进步中一直起着发动机的作用。随着科学技术的不断更新，单片机控制系统在各个领域中的应用日趋广泛，不但使得更多的单片机控制系统投入生产设备，大大的提高了劳动生产效率和产品质量，改善劳动条件。在工业控制领域，多机控制系统很多，如大型检测监控系统、机器人控制系统、水利工程、桥梁工程等。单个单片机在这些应用场合往往只负责一小部分系统和控制和检测，对于整个系统的检测和各个子系统的协调控制则由功能更为强大的单片机的或者工业PC机来完成。

单片机虽然有着强劲的功能，但在要求快速响应、实时性强、控制量多的场合（如电梯群控系统等），单个单片机是很难胜任的，虽然此时可以选用高性能处理器，但综

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合考虑其性价比，多单片机控制系统更为突出。多单片机控制系统就是指由多个单片机或者PC机与多个单片机构成的更为复杂的控制系统，其间构成多为分布式等，多个单片机通过网络协议连接成主从式或者对等式等。在性能更为强大的基础上能完成的任务更复杂、应用场合更多、人机界面更完善，在此等应用场合，多单片机控制系统显示出了优越性。

单片机以高可靠性、高性价比、小小体积等而广泛应用工业控制、数据采集、智能化仪表等实时控制系统中。但其内存小，指令系统简单，在人机交换数据管理等方面有一定的局限性。因此利用PC机与单片机混合控制系统就能将一系列的参数有机的结合起来。PC机与单片机构成的控制系统是典型的多机控制系统，它可分两类：一类是PC机与单个单片机构成的双机控制系统；另一类是PC机与多个单片机构成分布式控制系统。

在工业控制系统中，一般较为复杂一点的应用系统多采用PC机作为上位机，其价格不但昂贵而且对于小型系统也不适合，因此基于此种问题，我们不妨采用单片机作为上位机，简易键盘输入，LED数码管作显示，PLC作控制单元。这样不但可以将单片机的优点不互补，而且其体积小，成本低，使用方便，作为多机控制的另一个领域。

现场总线在工业控制甚至民用领域中应用最为广泛，可靠而简单的连接降低了分布线的成本，灵活而功能强大的协议又为系统模块设计提供了保证。目前，将现场总线与以单片机为核心的多个物理层模块连接应用构成多机控制系统也倍受人们欢迎。

1.5 单片机在输液点滴的研究现状

随着科学技术的发展，MCS-51为核心的单片机控制系统，已经渗透到日常生活的各个方面。相对其他领域来说，速度控制是单片机系统最典型，最广泛的应用领域之一。单片机输液滴速控制是医院中常见的问题。输液滴速控制针对不同的病人情况采用不同的点滴速度进行输液控制，比如对成人输液滴速一般设在60~80滴/分钟，而对儿童输液滴速一般设在30~40滴为宜。医院中常见的输液管虽然能进行速度调节，但调节不准确，不易控制，而且常因为疏忽大意发生血液回流现象，有时速度过快还会对病人造成不良反应，另外作为医疗过程，医务人员也需要对每个病人的输液过程进行监控和记录完善病人档案，为此研究点滴速度控制就显得非常必要。且单片机的控制容易实现，控制过程也比较简单，更能够满足输液滴速的高要求控制。目前市场上常见的点滴速度控制产品主要是输液泵，此种设备控制精度高，功能也比较强大，但价格不菲，适用于输液要求较高的场合，而且使用前后都要进行清洗，不太方便。针对以上情况我们对系统进行改进设计了一种方便实用、低成本的滴速速测控系统。

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在输液点滴速度控制系统中，广泛应用与8051系列兼容的单片机，滴速检测和液面检测可用光电传感器或者电容式传感器，显示部分可选择液晶显示和数码管显示。键盘可采用8279 扩展键盘或者直接利用I/O 扩展而成。通讯协议采用串行通信方式RS232。滴速控制采用步进电机提高输液瓶高度来控制滴速的快慢，步进电动机控制采用模糊控制或者PI控制或者两者结合控制，报警电路同时采用蜂鸣器和发光二极管。

1.6 课题的主要内容及发展前景

1.6.1 课题的主要内容

一、要求

本课题是以单片机为核心，设计一个液体点滴速度监测与控制装置，能检测点滴速度，控制点滴速度，并能发出报警信号。系统采用主站控制从站的有线监控系统方式实现医疗输液过程的群控。设计的主要内容是完成群控系统控制装置的软、硬件设计及调试。

二、内容

1）、总体方案的确定；2）、单片机的选择；3）、各模块电路的设计；4）、软件设计；5）、各模块调试；6）、撰写设计说明书。 1.6.2 课题的发展现状与前景展望

随着电子技术的发展，我们在生活中的各方面大部分都采用了人工智能代替人，特别在一些工业应用场合。应用技术的飞速发展，使得单片机应用系统已经逐渐成熟，应用也越来越广泛，目前，单片机已经成为IP库中的重要成员。

我个人认为，单片机输液点滴速度控制的发展在今和未来将成为医疗设施发展的趋势，毕竟，单片机凭着优越的性价比，与以往的点滴滴速控制系统相比，其单片机价格便宜，操作易于实现，而且对滴速的控制要求精度也较高。再者，单片机操作多机控制系统，还可减轻工作人员的压力，提高医护人员的工作效率。在人为控制下有时候如不小心将会为安全设施带来很大的麻烦，而且人工控制滴速精度也很难掌握，而使用单片机设计只要在设计时考虑周到，运行起来就不会带来这种问题了，因此，单片机滴速控制系统将在医疗中得到广泛应用。医疗事业的发展是顺应科学技术而发展的，医疗的安全问题更离不开科学，把高科技应用到医疗事业中来是对医疗事业的一大促进与补充。

随着现代信息和电子技术应用领域的不断拓宽，越来越多的应用领域提出了各种特殊要求。例如，航空航天领域要求的小体积大系统，信息应用领域提出的个性化等要求，都使得一般固件技术难以胜任。特别是在民用领域，重视个性化的产品设计概念使应用

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电子产品的更新速度极快，而且小批量多品种的要求也越来越高。这就是提出了小批量产品与成本、集成化与成本、产品研制周期与成本等一系列的问题。也将是单片机在医疗设施中展的必然趋势。

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第2章 系统方案确定

2.1 系统设计要求

本系统要求设计一个以单片机为核心的液体点滴速度监测与控制装置，检测点滴速度、控制点滴速度，并能发出报警信号，系统采用主站控制从站的有线监控系统方式实现医疗输液过程的群控。设计主要是完成群控系统控制的硬、软件设计及调试。

1、基本要求：1）在滴斗处检测滴速，并制作一个数显装置，能动态显示点滴速度（滴/min）。2）通过改变h2控制点滴速度，如图2.1所示，或通过控制输软管夹头的松紧等其它方式来控制点滴速度。点滴速度可用键盘设定显示，设定范围为20～150滴/min，控制误差范围设定值（±10％±1）滴。3）调整时间3min（从改变设定值起到点滴速度基本稳定，能人工读出数据为止）。4）当h1降到警戒值（2～3cm）时，能发出报警信号。

2、其它部分

设计制作一个由主站控制16个从站的有线监控系统。16个从站中只有一个从站是按基本要求制作的一套点滴速度监控装置，其它从站为模拟从站（仅要求制作一个模拟从站）。

（1）主站功能：

a.具有定点和巡回检测两种方式b.可显示从站传输过来的从站号和点滴速度。c.在巡回检测时，主站能任意设定要查询从站的数量、从站号和各从站的点滴速度。d.收到从站发来的报警信号后，能声光报警并能显示相应的从站号；可用手动方式解除报警状态。

（2）从站功能：

a.能输出从站号、点滴速度和报警信号；从站号和点滴速度可任意设定，b.接收主站设定的点滴速度信息并显示。c.对异常情况进行报警。

（3）主站和从站间的通讯方式不限，通信协议自定，但应尽量减少信号传输线的数量。

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图2.1 液体滴速监测与控制装置

2.2 系统设计总体方案

本系统从站以AT89C52单片机为核心，辅以一些必须的外围电路，实现滴速检测和控制。而用另外一片AT89C52单片机作为主站，采用通讯协议进行传输，设计实现一个主站控制多个从站的有线监控系统。主机采用大屏幕液晶显示器，不但可以显示当前滴速、在声光报警后还可显示相应的从机号，更嵌入时间显示模块，实现简单友好的人机界面，符合实际要求。主站键盘直接采用I/O扩展而成，充分考虑到了操作的便捷和简易性。外围电路电源均由主机统一控制管理。监测与点滴速度调节构成从站的主要功能，其主要模块除单片机控制部分外，还有滴速检测、滴速调节、异常报警电路、速度设定与数码显示等。系统采用光电耦合传感器来进行检测滴速和液面高度产生中断进行计数，采用步进电机升降来进行滴速的控制，如果检测到的滴速在要求误差范围内过快或者过慢，则驱动步进电机来调节储液瓶的高度或者挤压软管达到控制的目的。当出现异常情况如储液低于（2～3cm）时或者滴速低于或高于要求控制的范围（20～150滴/min）时，则驱动声光报警电路进行报警。显示装置则采用LED 显示器，从站键盘采用8279扩展键盘，另外还可加入红外遥控键盘装置，护士人员不但对从站控制方便也还为医疗人员提供方便，此系统暂没有提供红外遥控键盘装置设计，如读者有兴趣，可自行设计。电机采用模糊控制算法，提高控制精度，驱动电路由相关的驱动芯片组成。

2.3 系统各模块方案选择

2.3.1 单片机型号的选择

本系统是以单片机为核心的输液滴速控制系统，单片机应用系统性能优越，价格便宜，而且功能强大，用户界面友好，虽然工业PC机、PLC和DSP等，其性能虽也强，比如PLC、DSP等功能强，可靠性也极高，使用方便，体积小巧，但其性价比远没有单片机应用系统高，在更多的工业控制应用场合，单片机应用系统突出的性价比而迎得用户的青睐。设计这样一个简单的应用系统，Intel公司的8051和其它的一些公司芯片均可选用。其他一些MCS-51系列兼容的芯片，如ATMEL公司生产的AT89C××系列单片机，该单片机完全与8031兼容，并且还具有程序加密等功能，物美价廉，经济实用，成为技术更加成熟的新一代单片机应用系统。AT89C52内部含有大容量的Flash存储器，功能强，性价比忧，可以反复擦写，给用户提供了极大的方便，所以在生产开发及便携式商品中、手提式仪器等方面有着十分广泛的应用，也是目前取代传统的MCS-51系列单片机的主流单片机之一。基于上述本系统采用与8031兼容的AT89C52单片机。

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2.3.2 点滴速度检测和液面检测方案的论证与比较

方案一：采用金属电极检测点滴速度信号以及储液瓶液面信号。如图2.2a所示，用药液的导电特性实现液滴速度及储液瓶液面信号的检测，当有液滴下落时，金属电极接通，此时产生一个高信号脉冲，无液滴下落时，金属电极断开，由此产生一个高低信号脉冲，通过对高低脉冲进行计数，检测液滴速度（滴／min），同理，液面也可以采用金属电极检测，如图2.2b所示。通常电极采用不锈钢等耐腐蚀材料制成。

方案二：采用光电传感器检测点滴速度以及储液瓶液面信号，原理如图2.3a所示。发光二极管发射的平行光束穿过滴管投射到光敏三极管的感光面上，在没有液滴滴落时，光敏三极管接收到的光照度最大，产生的光电流也最大，当有液滴滴落时，由于液滴的形状特性，使平行光束发散，投射到光敏三极管上的光照度将减弱，从而使光敏三极管产生的光电流减小，形成低信号脉冲。液位检测的基本原理与液滴检测相同,如图2.3b所示。

a) b) a) b)

图2.2 金属电极检测滴速和液面装置 图2.3 光电传感器检测滴速和液面装置

电极接触控制方式原理简单，易于实现，可靠性强，但会导致药品污染，危及患者安全。而光电控制方式虽然结构复杂，红外发射接收传感器具有体积小、测量精度高、灵敏度好、避免与被测物直接接触且安装方便等优点。易受外界光源影响，但可防止药品的污染，保证患者用药安全，所以本系统采用方案二。

2.3.3 滴速控制方案的论证与比较

方案一：改变输液瓶高度控制点滴速度。

在输液管截面积确定的条件下，利用储液瓶高度不同所引起的液体压强差的改变，

13

实现对点滴速度的控制，当液滴速低于要求时，提高液瓶的高度增大压强减小滴速，反之则可提高液滴速度。

方案二：改变输液软管截面积控制点滴速度。

在输液瓶高度确定的条件下，通过改变输液管导通截面积实现点滴速度的控制，当滴速高于要求时，挤压软管则可达到调速要求，反之，则可提高滴速。如图2.4所示。

图2.4 挤压软管滴速控制装置 图2.5 拉紧压软管滴速控制装置

方案三：拉紧软管控制点滴速度。

如图2.5所示，可以拉紧软管或者放松软管来控制滴速。方案一中的高度控制可利用小型电机实现，具有结构简单、控制精度高等特点。方案二因为输液软管的截面积较小且形变后恢复速度较慢，难以实现点滴速度的精确控制。方案三中，虽容易实现，由于作用时间长的话，对软管有损伤，可能引起漏液，且和方案二一样存在输液软管的截面积较小且形变后恢复速度较慢，此三种方案都有优、缺点，但权衡之下还是方案一更好一些。因此在本系统采用方案一。 2.3.4 电机控制算法的选择

电动机包括直流电动机、交流电动机及步进电动机等三种，其在工业控制中扮演极重要角色。其中，由于步进电动机的驱动方式简单、激活快速及定位准确等优点，被广泛应用于计算机外设上。鉴于此优点，本系统采用步进电动机控制点滴滴速。

步进电机控制算法的选择直接影响到系统的性能和技术指标，在本系统的设计中起着关键的作用。较为可行的方案有：

方案一：采用模糊控制。其优点是不需要精确知道被控对象的数学模型，而且适用于具有较大滞后特性的被控对象。缺点是静态误差不容易控制。

方案二：采用PI控制。其优点是理论和技术都很成熟，在单片机上较易实现，可以达到较小的静态误差。

方案三：采用模糊控制与PI 控制结合的算法。 本系统采用方案一。

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2.3.5 键盘、显示及声光报警部分

显示部分可选择液晶显示和数码管显示。本系统从站使用8279 扩展键盘和LED 显示器；而主站部分由于要求实时显示多组数据，因此选用MGLS12864 液晶显示器显示。4×4 键盘直接利用I/O 扩展而成。声光报警电路也可直接利用单片机I/O口输出放大驱动二极管发出声光报警。 2.3.6 主从站协议部分

方案一：采用并行总线方式。多机通信时，结构复杂。

方案二：采用RS232 串行通信。通信技术成熟，仅需要TXD，RXD两条通信线，波特率可调，通信速度快。缺点是TTL信号容易受干扰，不利于长距离传输数据。

方案三：采用RS485 串行通信方式。本方案具有方案二的优点，并且抗干扰能力强，可实现较长距离通信。

方案四：采用IC2总线通信协议。优点是易于实现多机通信并且通信线路简单，仅需要SDA，SCL 两条通信线。但是不适合较长距离的信号传输

由于主从机通信距离较短，从最佳性价比出发，选择方案二。

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第3章 硬件设计

3.1 系统硬件设计

主站采用当前主流单片机AT89C52，串行通讯采用RS232串行通讯接口芯片实现主、从通讯，键盘控制输入设定从站滴速，接入显示器显示从站滴速，当从站滴速或液面出现不正常情况时，驱动声光报警发出声光报警。从站也是主要以AT89C52单片机为核心，在辅设一些外围电路，从站可以显示并输入设定滴速进行运行，出现异常情况发出声光报警，另外当主、从站通过通讯接口可相互传输和接收信号。主从站系统总体框图如图3.1所示。

a)

b)

图3.1 a)主站系统框图 b)从站系统框图

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3.2主站及通信网络的设计

3.2.1 主站硬件电路设计

1）MGLS12864液晶显示器

点阵图形式液晶由M×N个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共16×8=128个点组成，屏上64×16个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由RAM区的000H～00FH的16字节的内容决定，当（000）=FFH时，则屏的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（3FFH）=FFH时，则显示屏的右下角显示一短亮线；当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=FFH，（003H）=00H，?（00EH）=FFH，（00FH）=00H时，则在屏的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。这就是LCD显示的基本原理。

用LCD显示一个字符时比较复杂，应为一个字符由6×8或8×8点阵组成，既要找到和显示屏上某几个位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同的位为“1”，其他的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮，这样一来就组成某个字符。但对于内带字符发生器的控制器（如HD61202）来说，显示字符就比较简单了，可让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。

MGLS12864液晶显示模块接口定义如表3.1所示。

表3.1 MGLS12864液晶显示模块接口定义

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 符号 GSA GSB GND VCC V0 D/I R/W E DB0 DB1 17

状态 输入 输入 － － － 输入 输入 输入 三态 三态 功能 片选A 片选B 电源地 逻辑电源正 液晶显示驱动电源 寄存器选择信号 读/写选择信号 使能信号 数据总线（最低位） 数据总线

11 12 13 14 15 16 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 三态 三态 三态 三态 三态 三态 数据总线 数据总线 数据总线 数据总线 数据总线 数据总线（最高位） MGLS12864液晶显示接口信号中的两片选信号组合如表3.2所示

表3.2 MGLS12864液晶显示选信号组合

GSA 0 0 1 1 GSB 0 1 0 1 MGLS12864 禁止使用 左区 右区 未选 本系统采用P0口作为液晶显示器数据输入信号，P2.0～P2.2分别为寄存器选择信号、读/写选通信号、使能信号。片选信号未选。具体硬件接线图见附表C。

2）I/O扩展键盘

为了充分利用从站单片机的CPU，提高CPU的使用效率。在本设计中，键盘采用中断控制方式，即只有在按下某一个特定的按键（本设计中为“设定”键）时，才向单片机发送一个中断信号，使单片机产生中断，从而使单片机转向处理键盘中断子程序，对键盘进行动态扫描，接受外界输入的键值（包括数字键和“确定”键），当按下“确定”时，系统便退出键盘中断子程序，转向主程序进行滴速的检测与控制。也就是说在未按“设定”键以前，按数字键和“确定”是无效的。

在单片机应用系统中，通常应具有人机对话功能，能随时发出各种控制命令和数据输入以及报告应用系统的运行状态与运行结果。键盘可以分为独立式和矩阵式，每一类按其编码法又都分为编码及非编码两种类型。

独立式键盘是指直接利用I/O口线构成的单个按键电路。每个独立式按键占有一根I/O口线，每根I/O口线的工作状态不会影响其他I/O口线工作。独立式键盘接口电路配置灵活，软件结构简单，但每一个按键必须占一根I/O线，在键数较多时，I/O线浪费较大，因此，在本系统中，为了减少I/O口线的占有用，采用矩阵式键盘。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是用一个按键加以连接，但其结构要复杂一些，识别也要复杂一些。接线如图3.2所示。P1.0～P1.3作为输入线，P1.4～

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P1.7用为输出线。列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O作为输出端，而列线所接的I/O口作为输入端。这样，当按键没有按下时，所有的输出端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，输入线就会被拉低，这样，通过读输入线的状态就可得知是否有键被按下。

3）声光报警电路

设计要求系统发生故障时发出声光报警信号，可选择一只蜂鸣器来实现这一功能。压电式蜂鸣器工作时约需10mA的驱动电流，由于单片机输出信号不能直接驱动蜂鸣器，因此外接驱动电路，电路设计如图3.3所示。蜂鸣器作为三极管VT3的集电极负载，当VT3导通时，蜂鸣器发出鸣叫声；VT3截止时，蜂鸣器不发声，R是限流电阻。

将VT3的基极接到单片机的P2.7管脚上，P3.7作为输出口使用。当P2.7＝0时，VT3、VT2导通时，使蜂鸣器和LED1的两个管脚间获得将近5V的直流电压，蜂鸣器和故障灯中有电流通过，而产生蜂鸣和故障灯点亮；当P2.7＝1时，VT截止，故障灯和蜂鸣器的两管脚间的直流电压接近0V，故不工作，而正常灯两管脚间有接近5V电压而工作。

3.2.2 通信网络设计 RS232是目前被广泛使用的异步串行数字通信电气标准，由

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VT1LED2LED1R14SPEAKERP2.7R13100ΩVT2VT3LSVCC图3.2 I/O扩展键盘接线图 正常灯故障灯图3.3 声光报警电路 R15200Ω200Ω

电子工业协会EIA（Electronics Industry Association）制定。过去数十年中，RS232在低速数据通信领域出尽了风头。这种传输速度不快、传输距离也不远的接口能够在几乎所有民用通信设备中占据主要角色，一个原因是早期用户对通信速度和距离的要求不高（距离可以通过调制解调器加长）；另一个原因是它被所有PC、服务器认同为标准串行接口，成为计算机与桌面设备之间最简单、有效通用的联接通道之一。出于同样的原因，在多单片机之间的通信中RS232也占据着重要位置。

RS232标准推荐的物理联接器有25(DB-25)针型和新一代的9(DB-5)针型，它们在计算机和连接线上的位置和定义如图3.4和表3.3所示。

表3.3 RS232接口定义

DB-9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 信号名称 DCD RXD TXD DTR SG DSR RTS CTS RI 方向 输入 输入 输出 输出 - 输入 输出 输入 输入 含义 数据载波检测 数据接收端 数据发送端 数据终端准备就绪（计算机） 信号地 数据设备准备就绪 请求发送（计算机要求发送数据） 清除发送(Modem准备接收数据) 响铃指示 图3.4 RS232管脚 以上信号在通信过程之中可能会全部或部分使用，最简单的通信仅需TXD、RXD和SG即可完成，其它的握手信号可以做适当处理或者直接悬空，至于是否可以悬空，这根据通信程序而定，本系统中具体接线图如附图C所示。

MAX232系列芯片是把单片机输出的TTL电平转换为RS232标准电平（逻辑1：-15V～-5V;逻辑0：+5V～+15V）。图3.5为MAX232封装图。引脚说明如表3.4所示。

表3.4 MAX232引脚说明

VCC C+、C- 供电电压 外围电容 T1OUT 第一路RS-232电平输出 图3.5 MAX232管脚 T1IN 第一路TTL/COMS驱动电平输入 20

GND 地 R1IN 第一路RS-232电平输入 T2OUT 第二路RS-232电平输出 R1OUT 第一路TTL/COMS驱动电平输出 R2IN 第二路RS-232电平输入 T2IN 第二路TTL/COMS驱动电平输入 R2OUT 第二路TTL/COMS驱动电平输出 3.3 从站电路设计

3.3.1 滴速检测与液面检测电路设计

本系统采用AUTONICS光电传感器作为滴速和液面检测，考虑到储液瓶的大小，我选用了如表3.5所示型号传感器。

表3.5 光电传感器型号及特性

型号 检测距离 电源 特性 NPN OPEN COLLECTOR OUTPUT BYD30-DDT,DDT-T,10～30mm 12-24VDS BM200-DDT 200mm C 12-24VDC NPN OPEN COLLECTOR OUTPUT 滴速和液面检测原理图如图2.3所示。红外对管夹在滴管两边一个发射管发出的红外光被一头的接收管所接收。一旦光路上有水滴通过，由于水对红外光的反射与折射，使得接收管的接收信号变弱，形成一个小脉冲。同理当液面低于所检测液面时，使得接收管接收信号变弱。将检测得到信号送入单片机INT0和TNT1产生中断进行计数。

为了验证以上的理论分析，专门用示波器记录了多次这样的脉冲，如图3.6所示。多次测量稳定，虽有一些Vbas上下的波动，但是脉冲还是比较明显，通过设定一个参考电平Vref，可以用运放来产生一个TTL电平的脉冲。经多次分析，有以下不稳定因素：

(1)外界对红外对管的干扰附近辐射源对信号干扰极大。为此，采取黑色覆盖物包裹在对管周围，既可以很好地吸收水滴反射和折射的红外光，而且能尽量减小干扰。

(2)Vref的选取考虑Vref的选取应该略大于Vbas，这样

图3.6 干扰波形图 可以减小波动对输出脉冲信号的影响。但不能太高，不然无法精确测量出脉冲来。所以，可以使用精密电阻来微调Vref,让其保持在一个合适的值。[7]

充分考虑到系统的稳定性和可靠性，本系统硬件抗干扰由单稳态电路构成，通过改变电阻电容参数，消除双脉冲干扰。电路如图3.7所示。

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VCCR6VCCR71.5KΩR330KΩU112345678131215143119183971716P10P11P12P13P14P15P16P17INT1INT0T1T0EA/VPX1X2RESETRDWRAT89C52RXDTXDALE/PPSEN10113029P00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P2739383736353433322122232425262728VCCR8220KΩGD18U34Q32TRIGDIS7LTV818A5GNDCVoltTHR5556C70.33μfVCCVCCR41.5KΩRC60.01μfR3330KΩ

R522KΩGD281U4VCC4Q2TRIGDISLTV818A5GNDCVoltTHR5556C50.33μfC40.01μf图3.7 滴速和液面检测电路 3.3.2 键盘显示电路设计

1）8279扩展键盘接口芯片

8279是一种通用可编程键盘、显示器接口，它能完成键盘输入和显示控制两种功能。键盘部分采用扫描工作方式，可与64个按键的矩阵键盘连接，能对键盘不断扫描，自动去抖动，自动识别按下的键并给出键码，能对多个键同时按下实行保护。

显示部分按扫描方式工作，它为显示器提供多路复用信号，最多能显示16个字符或数字。8279引脚图如图3.8所示；引脚定义如表3.6所示。

图3.8 8279外部管脚 1 表3.6 8279引脚定义

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管脚 12～6 3 9 22 21 10 11 32～35 4 38、39、1、2、5、6、7、8 36 37 27～24 31～28 23 2）LED显示电路设计 34符号 D0～D7 CLK RESET 状态 三态 输入 输入 输入 输入 输入 输入 输出 输出 输入 输入 输入 输出 输出 输出 5功能 数据总线 系统时钟 复位信号 片选信号 数据选择 读信号 写信号 扫描线 中断请求信号 回复线 移位信号 控制/择通信号 A组显示信号 B组显示信号 显示消隐 6CS A0 RD WR SL0～SL3 IRQ RL0～RL7 SHIFT CNTL/STB OUTA0～OUTA3 OUTB0～OUTB3 DB 单片机应用系统中，通常都需要进行人机对话。这包括人对应用系统的状态干预与数据输入，以及向人们显示运行状态与运行结果等。显示器、键盘就是用来完成人机对话活动的机通道。 由于单片机的并行口不能直接驱动LED显示器，必须采用专用的驱动电路芯片。使之产生足够大的电流，显示器才能正常工作。如果驱动电路能力差，即负载能力不够，显示器亮度就低，而且驱动电路长期在超负荷下运行容易损坏。 LED显示器的显示控制方式有静态和动态两，若选择静态显示，则LED驱动器选择较为简单，只要驱动器的驱动能力与显示器电流匹配即可，而且一般只需考虑段的驱动；动态显示则不同，由于一位数据的显示是由段和位选信号共同配合完成的，因此，要同时考虑段和位的驱动能力，而且段的驱动能力决定位的驱动能力。 23 图3.9 4-LED显示器管脚 1234567abcdefgDB18DB2109DB311DB4 ① LED显示器的选择 在应用系统中，设计要求不同，使用的LED显示器的位数也不相同，因此生产厂家生产了多种位数、尺寸、型号不同的LED显示器。考虑到最高滴速和从站号位数，在本系统设计中选择了4位一体的LED显示器，简称“4-LED”，如图3.9所示。第一位用于显示从站号，后三位用于显示滴速。 ② LED的段驱动芯片选择 LED的段驱动电路有很多种，本系统中可选择BCD-7段锁存/译码/驱动74LS48作为段驱动电路。图3.10所示为74LS48的管脚图。 管脚图中大写字母A、B、C、D为BCD码的输入端，小写字母a、b、c、d、e、f、g为字型码输出端，LT为灯测试输入端，RBI为消隐输入，RBO为消隐输出。8279扩展键盘显示电路如图3.11所示。 U7LED3abcdefg13121110915141234567abcdefg7126345ABCDLTBI/RBORBI74LS48abcdefg1312111091514图3.10 74LS48管脚 U2 P0.0 P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P2.0P2.1 P3.727262524121314151617181942210112139OUTA0OUTA1OUTA2OUTA3DB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7IRQCSRDWRA0CLKRESET8279OUTB0OUTB1OUTB2OUTB3BDSL0SL1SL2SL3RL0RL1RL2RL3RL4RL5RL6RL7SHIFTCNTL/S3130292823VCC32333435Keyboard38139213245566778836377126345ABCDLTBI/RBORBI74LS48U8DB1DB2DB3DB410 4*4键盘15141312ABCD ALE

P3.6P2.20123456789123456791011VT4VT5VT6VT7R162kΩR172kΩR182kΩ11R192kΩVCC874LS145U9123ABCY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y71514131211109719011RESET456E1E2E374ALS1382VCC3图3.11 键盘显示电路 24

9

第5章 系统调试、抗干扰及制板

本次设计基本上完成了课题要求,实现了单片机对液体的点滴速度的测量与控制 液面检测与报警和主从机间的通讯。本设计是以单片机为核心,通过红外线传感器对点滴及液面进行检测,经过555单稳态电路送入单片机,再通过软件编程实现对其达到测量与控制的目的。同时设有报警装置,一旦有异常现象发生,单片机将会发出报警指令。主从机通信部分采用RS-232串行通信方式,可以多点对多点进行通信,因而能满足题目的要求,实现一个主站控制16个从站的有线监控。电动机采用步进电动机，在输液中提高输液精度和安全可靠措施。

这次设计我受益非浅,论文从开始到成形我查阅了很多资料，当拿到一个课题后，首先查阅资料是相当重要的。原本对PROTELL感兴的我，在接到本次设计课题后，我非常高兴,从硬件电路图的设计到绘制我都非常细心，每一个部分追求到更加完美，印制电路板虽然不是很完美，以后我一定在这方面继续努力。本次设计对系统软件设计仍然有点模糊,所以在今后的工作中,我将继续加深对这方面的理解。此次设计由于各种原因，硬件电路没有得到充分调试，实在愦憾。

虚心使人进步，骄傲使人落后，不管是在学习过程中还是在工作过程中，我们都应该虚心向别人学习，最后还请各位高手在这方面给予赐教。谢谢！

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参考文献

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[7] 2003年全国大学生电子设计竟赛论文[G]． 作者：张茗，郭伟华，黄团团．作者单位：中原工学院．指导教师：张五一陈旭

[8] 2003年全国大学生电子设计竟赛论文[G]．作者：赵兆俞，怡炜章，鹤麟．作者单位：上海交通大学.赛前辅导教师：马伟敏，文稿整理辅导教师：诸勤敏，袁焱 [9] 单片机技术实用教程[M]． 胡锦等编著．北京：高等教育出版社，2003 [10] 通信原理与电路[M]． 罗伟雄等编著．北京：北京理工大学出版社，2001 [11] IAR System[M]． M SP430 C Complier Programming Guide Dallas TX：TI，1996 [12] 单片机原理及应用[M]．孙涵芳等编著． 北京：北京航空航天大学出版社，1998 [13] Digital Signal Processing[M]． Paulo S．R．Diniz．电子工业出版社，2002 [14 ] 实用计算机控制技术[M]．王新贤 ．济南：山东科学技术出版社，1994 [15] 数字电路与逻辑设计[M]．邓元庆．北京：电子工业出版社，2001 [16] 电子设计自动化[M]．刘润华．北京：石油大学出版社，2001

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26

JMP LLL2

LLL1: MOV A,TL0 ；检测滴速是否处于警戒范围内 CLR C

SUBB A,22H ；22H为保存滴速最大警戒值单元 JNC WARN ；滴速大于最大警戒值，则报警 JMP LLL2 CLR C MOV SUBB JC MOV LLL2： CALL CALL MOV A,20H

SUBB A,21H JZ MOV PUSH MUL MOV MOV JZ MOV JUDG: POP JC FOR : MOV START2: MOV MOV A,TL0

A,#23H ；23H为保存滴速最小警戒值单元 WARN ；滴速小于最小警戒值，则报警 20H,TL0

S_BINBCD ；将滴速数值转化为BCD码，以供显示 DISP ；调用显示子程序，显示滴速实际值 ；21H为保存滴速设定值单元 START ；实际滴速=设定滴速，则返回

B,#m ；调入步进系数m，m反映了滴速差与步进 ；电机转动步数之间的倍数关系 PSW A,B

R4,A ；保存乘积的低8位 A,B

JUDG ；如果高8位为0，即步数小于或等于255，；则转步进电机正反转判断

R4,#255 ；如果高8位不为0，即步数大于255， ；则设定本监控周期最大转动步数为255 PSW

；如果C=1，则N实〈 N设

，控制步进电机反转

R0,#00H ；否则C=0，正转，正转取码指针初值 ；取码指针载入A DPTR,#BU_TABLE ；数据指针指到BU-TABLE

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REV A,R0

MOV A,@a+BU-TABLE ；至BU-TABLE取值 JZ FOR ；取到结束码，跳至FOR CPL A

MOV P2,A ；将取到的码输出到P2口 CALL DELAY ；20毫秒延时（速度） INC R0 ；取码指针加1，取下一个码 DJNZ R4,START2 JMP START

REV: MOV R0,#05H ；反转取码指针初值 START3: MOV A,R0

MOV DPTR,#BU_TABLE MOV A,@A+DPTR

JZ REV ；取到结束码00H，则跳至REN CPL A MOV P2,A

CALL DELAY ；延时20毫秒 INC R0

DJNZ R4,START3 ；未走完步数，则继续 JMP START

********************步进电机控制程序***********************

#include #include uchar pulse; sbit phase_1=P1^0; sbit phase_2=P2^1 sbit

phase_3=P1^2;

sbit phase_4=P2^3; /*对P1口位操作进行定义*/

void stepping_motors(void) interrupt 1 /*定时器中断子程序，控制步进电机转动速度*/ { switch(pules)

28

{case 0:

{ phase_1=1; /*步进电机的第一相通电，其余相断电*/ phase_2=1; phase_3=0; phase_4=0;

pulse =1; /*保证下次中断程序执行case 1*/

}

break; case 1：

{ phase_1=0

phase_2=1; /*步进电机的第二相通电，其余相断电*/ phase_3=1; phase_4=0;

pulse =2; /*保证下次中断程序执行case 2*/

} break; case 1：

{ phase_1=0 phase_2=0;

phase_3=1; /*步进电机的第三相通电，其余相断电*/ phase_4=1;

pulse =3; /*保证下次中断程序执行case 3*/

}

break;

case 3： ｛ phase_1=1; phase_2=0; phase_3=0;

phase_4=1; /*步进电机第四相通电，其余想断电*/ pulse =0; /*保证下次中断程序执行 case 0*/ } break;

29

}

th0=-(20000/256);

tl0=-(20000%6); /*重载定时器0的时间常数*/ }

void main(void) { pluse=0;

tmod=0x11; /*定时器0和1均工作在方试1*/ th0=-(20000/256); tl0=-(20000%6); et0=1; ea=1; tr0=1; while(1)

{ ; } }

***********************键盘显示程序****************************

Z8279 EQU 08701H ;8279 状态/命令口地址 D8279 EQU 08700H ;8279 数据口地址 LEDMOD EQU 10H ;右端输入八位字符显示

;译码方式,双键互锁

LEDFEQ EQU 39H ;设置分频系数为25，产生100KHz扫描频率 LEDCLS EQU 0D1H ;清除

LEDWR0 EQU 80H ;设定的将要写入的显示RAM地址 KEY: PUSH ACC ；保护现场 PUSH PSW JNB INT0,$ AJMP START ORG 0003H START:

MOV SP,#60H

30

LCALL INIT8279 ;初始化8279

WAIT: MOV DPTR,#Z8279 MOVX A,@DPTR

ANL A,#0FH JZ WAIT MOV A,#40H MOVX @DPTR,A MOV DPTR,#D8279 MOVX A,@DPTR ANL A,#3FH MOV R4,#00H MOV R5,A LCALL DISLED

SJMP WAIT

INIT8279: ;8279 PUSH DPH ; PUSH DPL

31

初始化子程序 保存现场 VCC8×4KΩU112345678P10P11P12P13P14P15P16P17INT1INT0T1T0EA/VPX1X291716C322μfC6U822μfR21KΩVCCC422μf87654321C522μfR2INR2OUTT2OUTT2INV-T1INC2-R1OUTC2+R1INC1-T1OUTV+GNDC1+VCCMAX232C7910111213141516LED2RESETRDWRAT89C52RXDTXDALE/PPSEN10113029R4100ΩP20P21P22P23P24P25P26P27P00P01P02P03P04P05P06P071312C115VCC1412MHZ31191839383736353433322122232425262728P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7DB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB716151413121110987654321VCC液晶显示

22μf16PINVCCC222μf附录C 主站硬件电路总图

R1200ΩLED1R5故障灯正常灯C8J22μfVCC22μfR6200Ω200Ω 162738495 DB9

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VCCVCCVCC330KΩR71.5KΩU3R7111315172A12A22A32A41G2G74LS2442Y12Y22Y32Y4119975324681A11A21A31A4R10R11R12220Ω1Y11Y21Y31Y418161412R9U5R615812U6B1B2B3B4FT 5754VCCC1C2C3C4GND24911310VCC42BYG228M1VCCR8220KΩ4Q3GD12TRIGDIS8VCC67LTV818A555C70.33μfC60.01μfR3VCC330KΩR41.5KΩU4R712345678P10P11P12P13P14P15P16P171312C40.01μfC131C322μfC222μfR2200ΩR11KΩS1922μf1716Y12MHZ1918VCC1514INT1INT0T1T0EA/VPX1X2RESETRDWRAT89C52C10U1122μfC1122μf87654321C1222μfR2INR2OUTT2OUTT2INV-T1INC2-R1OUTC2+R1INC1-T1OUTV+GNDC1+VCCMAX232C9910111213141516U15CVoltTHRGNDU77126U227262524P00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P2739383736353433322122232425262728121314151617181942210112139OUTA0OUTA1OUTA2OUTA3DB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7IRQCSRDWRA0CLKRESET8279RXDTXDALE/PPSEN10113029OUTB0OUTB1OUTB2OUTB3BDSL0SL1SL2SL3RL0RL1RL2RL3RL4RL5RL6RL7SHIFTCNTL/S3130292823VCC32333435Keyboard381392132455667788363715141312ABCD345ABCDLTBI/RBORBI74LS48U86LED3VCCabcdefg13121110915141234567abcdefg1DB1DB2DB3DB4810VCCR522KΩ4Q3GD22TRIGDISLTV818A555C50.33μfCVoltTHR4*4键盘560123456789123456791011VT4VT5VT61189VT7

GND1R162kΩR172kΩR182kΩR192kΩ74LS145U9123ABC456VCCVCCR13100ΩVT2VT1C8LED2LED1J22μfVCC22μfDB9R14VT3附录D 从站硬件电路总图

E1E2E3Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y71514131211109719011VCC74ALS138LSSPEAKER162738495正常灯故障灯R15200Ω200Ω

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附表E 3D效果图

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/pfp7.html