電氣自動化畢業(yè)論文----基于單片機(jī)的輸液滴速控制系統(tǒng)設(shè)計

1、<p><b>　　電氣自動化畢業(yè)設(shè)計</b></p><p>　　題 目： 基于單片機(jī)的輸液滴速控制系統(tǒng)設(shè)計 　　　　</p><p><b>　　本任務(wù)及要求：</b></p><p>　　以單片機(jī)為核心，設(shè)計一個液體點(diǎn)滴速度監(jiān)測與控制的系統(tǒng)，能檢測點(diǎn)滴速度，控制點(diǎn)滴速度，并能發(fā)出報警信號。系

2、統(tǒng)采用主站控制從站的有線監(jiān)控系統(tǒng)方式實現(xiàn)醫(yī)療輸液過程的群控。設(shè)計的主要內(nèi)容是完成群控系統(tǒng)控制裝置的軟、硬件設(shè)計及調(diào)試?！?lt;/p><p>　　設(shè)計包括：1、總體方案的確定；2、單片機(jī)的選擇； 3、各模塊電路的設(shè)計；4、軟件設(shè)計；5、各模塊調(diào)試；6、編寫設(shè)計說明書等。 </p><p>　　進(jìn)度安排及完成時間：</p><p>　　第二周：明確課題任務(wù)及要求，搜集課題

3、所需資料，掌握資料查閱方法，了解本課題研究現(xiàn)狀、存在問題及研究的實際意義。</p><p>　　第三周至第四周：查閱相關(guān)資料，自學(xué)相關(guān)內(nèi)容，確定課題總體方案，明確課題任務(wù)，確定個人研究重點(diǎn)，做好文獻(xiàn)綜述、開題報告。</p><p>　　第七周至第十周：根據(jù)自己研究的方向，確定自己的總體設(shè)計方案，設(shè)計硬件總體模塊圖及軟件模塊圖。</p><p>　　第十一周至第十三周

4、：完成本系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計及調(diào)試。 </p><p>　　第十四周至第十七周：整理資料，撰寫畢業(yè)設(shè)計論文。</p><p><b>　　第十八周答辯。</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘　要1</b></p>

5、<p>　　Abstract2</p><p>　　第1章　單片機(jī)及多單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)1</p><p>　　1.1　單片機(jī)的概述1</p><p>　　1.2　單片機(jī)的特點(diǎn)與應(yīng)用1</p><p>　　1.3　MCS-51單片機(jī)的基本組成3</p><p>　　1.3.1　MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)

6、構(gòu)及管腳功能3</p><p>　　1.3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)構(gòu)成5</p><p>　　1.4　多單片機(jī)控制系統(tǒng)的概述7</p><p>　　1.5　單片機(jī)在輸液點(diǎn)滴的研究現(xiàn)狀8</p><p>　　1.6 課題的主要內(nèi)容及發(fā)展前景9</p><p>　　1.6.1 課題的主要內(nèi)容9</p>

7、<p>　　1.6.2 課題的發(fā)展現(xiàn)狀與前景展望9</p><p>　　第2章　系統(tǒng)方案確定11</p><p>　　2.1　系統(tǒng)設(shè)計要求11</p><p>　　2.2　系統(tǒng)設(shè)計總體方案12</p><p>　　2.3　系統(tǒng)各模塊方案選擇12</p><p>　　2.3.1　單片機(jī)型號的選擇

8、12</p><p>　　2.3.2　點(diǎn)滴速度檢測和液面檢測方案的論證與比較13</p><p>　　2.3.3　滴速控制方案的論證與比較13</p><p>　　2.3.4　電機(jī)控制算法的選擇14</p><p>　　2.3.5　鍵盤、顯示及聲光報警部分15</p><p>　　2.3.6　主從站協(xié)議部分1

9、5</p><p>　　第3章　硬件設(shè)計16</p><p>　　3.1　系統(tǒng)硬件設(shè)計16</p><p>　　3.2主站及通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計17</p><p>　　3.2.1　主站硬件電路設(shè)計17</p><p>　　3.2.2　通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計20</p><p>　　3.3　從站電路設(shè)

10、計21</p><p>　　3.3.1　滴速檢測與液面檢測電路設(shè)計21</p><p>　　3.3.2　鍵盤顯示電路設(shè)計22</p><p>　　3.3.3　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計24</p><p>　　3.3.4　報警電路和通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)計26</p><p>　　第4章　軟件設(shè)計27</p>

11、<p>　　4.1　主站軟件設(shè)計27</p><p>　　4.1.1　主站總體流程設(shè)計27</p><p>　　4.1.2　鍵盤顯示程序設(shè)計27</p><p>　　4.1.3 報警程序設(shè)計28</p><p>　　4.1.4　與從站通訊29</p><p>　　4.2　從站軟件設(shè)計30<

12、/p><p>　　4.2.1　系統(tǒng)定義和總體流程30</p><p>　　4.2.2　滴速和液面判斷及報警32</p><p>　　4.2.3　滴速控制程序設(shè)計33</p><p>　　4.2.4　鍵盤及顯示程序設(shè)計34</p><p>　　4.2.5　與主站通信35</p><p>　　

13、第5章　系統(tǒng)調(diào)試、抗干擾及制板36</p><p>　　5.1　系統(tǒng)調(diào)試36</p><p>　　5.2　單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常見的干擾現(xiàn)象及影響36</p><p>　　5.2.1　常用硬件抗干擾與保護(hù)措施37</p><p>　　5.2.2　軟件抗干擾37</p><p>　　5.3　PCB板設(shè)計37<

14、;/p><p><b>　　結(jié)束語38</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)39</b></p><p><b>　　致 謝40</b></p><p><b>　　附 錄41</b></p><p>　　附錄A　主

15、站程序41</p><p>　　附錄B　從站程序48</p><p>　　附錄C　主站硬件電路總圖58</p><p>　　附錄D　從站硬件電路總圖59</p><p>　　附表E　3D效果圖60</p><p>　　基于單片機(jī)的輸液滴速控制系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　摘要：近年來

16、隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。在實時檢測和自動控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個核心部件來使用，僅單片機(jī)方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應(yīng)用對象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，以作完善。</p><p>　　本系統(tǒng)以Atmel89C52單片機(jī)為核心，輔以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動、鍵盤、LCD 顯示、LED 顯示、光電傳感器數(shù)據(jù)采集等外圍電路組成，實現(xiàn)了一個

17、主站控制多個從站的有線液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控系統(tǒng)。電機(jī)控制使用了模糊控制的控制算法，可以有效的減小超調(diào)量和靜態(tài)誤差，縮短調(diào)節(jié)時間。主站使用LCD 顯示，用戶界面友好。</p><p>　　關(guān)鍵字：單片機(jī)；驅(qū)動；鍵盤；光電傳感器</p><p><b>　　摘　要</b></p><p>　　The design of the liquid input

18、ing system basing on one-chip computer</p><p>　　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 deepenni

19、ng 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

20、 often uses as a key part, only one-chip computer respect knowledge is not enough, should also follow the concrete hardwa</p><p>　　The system is designed to construct a wired monitor system of a master stati

21、on 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.

22、 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. </p><p>　　Key words:one-chip computer；dri

23、ve；keyboard；photoelectric</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　第1章　單片機(jī)及多單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)</p><p>　　1.1　單片機(jī)的概述</p><p>　　單片機(jī)，也稱單片微型計算機(jī)，是微型計算機(jī)家族中的一員，它以獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和超群的優(yōu)點(diǎn)，深得各個領(lǐng)域的青睞

24、，應(yīng)用十分之泛，近年來發(fā)展極其迅速。世界上的各個半導(dǎo)體廠商都抓住這個機(jī)會，推出自己的產(chǎn)品，一時間單片機(jī)如雨后春筍般蓬勃發(fā)展和流行起來。</p><p>　　在近30年的時間里，電子計算機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了從電子管、晶體管、中小大體集成電路到大規(guī)模集成電路四個階段，尤其是隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛躍發(fā)展，20世紀(jì)70年代初誕生的單片機(jī)微型計算機(jī)，使得計算機(jī)應(yīng)用日益廣泛。而單片機(jī)的問世，更進(jìn)一步推動了計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，

25、使計算機(jī)應(yīng)用滲透到各行各業(yè)，達(dá)到了前所未有的普及程度。</p><p>　　1.2　單片機(jī)的特點(diǎn)與應(yīng)用</p><p><b>　　一、單片機(jī)的特點(diǎn)：</b></p><p>　?。ǎ保┲亓枯p、耗電少、價格低、電源單一。</p><p>　?。ǎ玻┛垢蓴_能力強(qiáng)、可靠性高。芯片本身是按工業(yè)測控環(huán)境設(shè)計的，其抗工業(yè)噪聲干擾優(yōu)

26、于一般的通用CPU；程序指令及常數(shù)、表格固化在ROM中，不易被破壞；許多信號通道均在一塊芯片內(nèi)。</p><p>　　（３）集成度限制，片內(nèi)存儲器容量較小。一般ROM小于8KB，RAM小于256個字節(jié)，但可在外部擴(kuò)展，通常ROM、RAM可分別擴(kuò)展至64KB。</p><p>　?。ǎ矗┟嫦蚩刂?，控制功能強(qiáng)，運(yùn)行速度快。其結(jié)構(gòu)組成與指令系統(tǒng)都著重滿足工控要求。指令系統(tǒng)中均有極其豐富的條件轉(zhuǎn)移

27、指令，I/O口的邏輯操作及位處理功能。一般來說，單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的其它微處理器。</p><p>　?。ǎ担╅_發(fā)應(yīng)用方便，研制周期短。片內(nèi)具有計算機(jī)正常運(yùn)行所必須的部件，芯片外部有許多供擴(kuò)展用的三總線以及并行、串行輸入/輸出管腳，很容易構(gòu)成各規(guī)模的計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。　　</p><p><b>　　二、單片機(jī)的應(yīng)用</b></p>

28、<p>　　單片機(jī)具有體積小、使用靈活、成本低、易于產(chǎn)品化、抗干擾能力強(qiáng)、可在各種惡劣的條件下工作等特點(diǎn)。特別是它強(qiáng)大的面向控制的能力、使它在工業(yè)控制、智能儀表、外設(shè)控制、家用電器、機(jī)器人、軍事裝置等方面得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　單片機(jī)在智能儀表中的應(yīng)用</p><p>　　在各類儀器儀表中，引入單片機(jī)使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化功能大大提高，例如精密數(shù)字溫度

29、計、智能電度表、微機(jī)多功能PH測試等等。</p><p>　　單片機(jī)在工業(yè)測控中的應(yīng)用。</p><p>　　用單片機(jī)可以構(gòu)成各種工業(yè)測控系統(tǒng)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等，例如MCS-51單片機(jī)控制電鍍生產(chǎn)線、溫度人工氣候控制、報警系統(tǒng)控制、IBM-PC/XT和單片機(jī)組成的二級計算機(jī)控制系統(tǒng)等。</p><p>　　單片機(jī)在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)中的應(yīng)用</

30、p><p>　　MCS-51系列單片機(jī)具有通信接口，為單片機(jī)在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信設(shè)備中的應(yīng)用提供了良好的條件，例如MCS-51系列單片機(jī)控制的串行自動呼叫應(yīng)答系統(tǒng)、列車無線通信系統(tǒng)、MCS-51單片機(jī)無線遙控系統(tǒng)等。</p><p>　　單片機(jī)在日常生活及家電中的應(yīng)用</p><p>　　單片機(jī)越來越廣泛應(yīng)用于日常生活的智能電器產(chǎn)品以及家電中。例如電子秤、銀行計息電腦、電

31、腦縫紉機(jī)、心率監(jiān)護(hù)控制、彩色電視機(jī)、電冰箱控制、洗衣機(jī)控制等等。</p><p>　　單片機(jī)與Internet</p><p>　　隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，Internet已經(jīng)成為信息社會的重要組成部分，Internet技術(shù)已經(jīng)深入到日常生活中和工作中。Internet技術(shù)得以迅速發(fā)展，其主要推動力之一是標(biāo)準(zhǔn)成熟的PC工業(yè)。無論是PC機(jī)的硬件平臺，還是軟件操作系統(tǒng)，都要求高度標(biāo)準(zhǔn)化，上網(wǎng)方式也

32、大同小異。而對于各類家用電器和智能裝置，情況就不同了，它們的心臟多是單片機(jī)，但由于單片機(jī)芯片品種繁多，其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)也各不相同，因此，它不能像PC機(jī)那樣通過標(biāo)準(zhǔn)的硬件接口和接口軟件直接接到Internet，如果能夠?qū)⒏黝愔悄苎b置或家用電器與Internet連接起來，一方面可充分利用Internet資源，另一方面還可獲得一些電子設(shè)備信息。由此可見，單片機(jī)與Internet的緊密結(jié)合將為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展開創(chuàng)另一片天地。</p&g

33、t;<p>　　機(jī)電一體化是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的方向。它是通過機(jī)械技術(shù)與微電子技術(shù)、信息技術(shù)緊密結(jié)合而成的一個新的學(xué)科領(lǐng)域。這種結(jié)合形成一種技術(shù)趨勢，涌現(xiàn)了嶄新的產(chǎn)品及先進(jìn)的制造技術(shù)，因而使整個機(jī)械、儀表、控制的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生根本變化。機(jī)電一體化產(chǎn)品是指機(jī)械微電子技術(shù)、機(jī)電轉(zhuǎn)換技術(shù)、自動控制技術(shù)與計算機(jī)于一體，具有智能化特征的機(jī)電產(chǎn)品。采用單片機(jī)作為機(jī)電產(chǎn)品的控制器，可充分發(fā)揮其體積小、功能強(qiáng)、可靠性高、價格低、安裝靈活方便等優(yōu)點(diǎn)

34、，提高產(chǎn)品的自動化、智能化水平。</p><p>　　1.3　MCS-51單片機(jī)的基本組成</p><p>　　1.3.1　MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳功能</p><p>　　一、MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　MCS-51單片機(jī)的功能框圖如圖1.1所示。在一塊小芯片上集成了一個微型計算機(jī)的各個部分，其核心部分是中央

35、處理器CPU，它由運(yùn)算器和控制器兩大部分組成。運(yùn)算器用來完成算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和進(jìn)行位操作，由算術(shù)邏輯單元（ALU）、位處理器、累加器ACC、寄存器B、暫存器TMP1和TMP2等組成。</p><p>　　控制器是用來統(tǒng)一指揮和控制計算機(jī)進(jìn)行工作的部件，它由控制邏輯、內(nèi)部振蕩電路OSC、指令寄存器及其譯碼器、程序計數(shù)器PC及其增量器、程序地址寄存器、程序狀態(tài)字寄存器PSW、RAM地址寄存器、數(shù)據(jù)指針DPTR、堆棧

36、指針SP等組成。</p><p>　　二、MCS-51單片機(jī)的管腳功能</p><p>　　采用HMOS制造工藝的MCS-51單片機(jī)都采用40管腳雙列直插式封裝；而采用CHMOS制造工藝的80C51/80C31,除采用40腳雙列式直插式封裝外，還有用方形的封裝方式。如圖1.2所示為雙列直插式封裝單片機(jī)管腳圖。</p><p>　　圖1.2　8031管腳　 </

37、p><p>　　各管腳功能說明如下：</p><p><b>　　⑴　電源管腳</b></p><p>　　VCC(40腳):接＋5V；VSS（20腳）：接地。</p><p><b>　?、啤r鐘信號腳</b></p><p>　　XTAL1(19腳),XTAL2(18腳):外

38、部時鐘信號腳。</p><p><b>　?、恰】刂凭€</b></p><p>　　1）RST/Vpd(9腳):當(dāng)作RST使用時，為復(fù)位輸入端；當(dāng)作為Vpd使用時，當(dāng)VCC掉電下，可作備用電源。</p><p>　　2）/Vpp（31腳）：為訪問內(nèi)部或外部程序儲存器的選擇號。對片內(nèi)RPROM編程時，Vpp接入21V編程電壓。</p>

39、<p>　　3）ALE/（30腳）：當(dāng)訪問外部儲存器時，ALE信號的負(fù)跳變將P0口上的低8位送入地址鎖存器，不訪問外部儲存器時，ALE端仍以固定的振蕩頻率的1/6速率輸出正脈沖信號。當(dāng)對片內(nèi)EPROM編程時，該管腳PROG用于輸入編程脈沖。</p><p>　　4）（29腳）：外部程序存儲器讀選通信號。</p><p><b>　?、取≥斎?輸出口線</b&g

40、t;</p><p>　　1）P0口（32～39腳）：雙向I/O口，既可接地址鎖存器作低8位地址I/O口使用也可以作數(shù)據(jù)I/O口使用。能驅(qū)動8個LSTTL負(fù)載。</p><p>　　2)P1口（1～8腳）：具有內(nèi)部上位電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，可驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載。</p><p>　　3）P2口（21～28腳）：8位具有內(nèi)部上位電阻的準(zhǔn)雙向I/O口，在接收外部

41、存儲器時，P2口作為地址高8位。能驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載。</p><p>　　4）P3口（10～17腳）：8位具有內(nèi)部上位電阻的準(zhǔn)雙向I/O口，其每一位又有如下特殊功能：</p><p>　　P3.0（RXD）：串行口輸入端。</p><p>　　P3.1（TXD）：串行口輸出端。</p><p>　　P3.2（）:外部中斷0輸入端，低電平

42、有效。</p><p>　　P3.3（）:外部中斷1輸入端，低電平有效。</p><p>　　P3.4（T0）：定時/計數(shù)器0外部事件計數(shù)輸入端。</p><p>　　P3.5（T1)：定時/計數(shù)器1外部事件計數(shù)輸入端。</p><p>　　P3.6（):外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號，低電平有效。</p><p>　　P3

43、.7（):外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號，低電平有效。</p><p>　　1.3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)構(gòu)成</p><p>　　單片機(jī)最小系統(tǒng)是指單片機(jī)能夠工作所必需的外部電路，這些電路包括晶振電路、復(fù)位電路、外部程序存儲器以及數(shù)據(jù)存儲器等。下面以典型MCS-51單片機(jī)為代表介紹最小系統(tǒng)的各個部分?！　　　　　　　　　　　　　　　?lt;/p><p><b>　　一

44、、單片機(jī)晶振電路</b></p><p>　　MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，管腳XTAL1和XTAL2分別是反相放大器的輸入端和輸出端，由這個放大器與作為反饋元件的片外晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成一個自激振蕩器，這種方式形成的時鐘信號稱為內(nèi)部時鐘方式，如圖1.3a所示；圖1.3b所示為外部時鐘方式。</p><p>　　a)

45、 b)</p><p>　　圖1.3　 a) 外部時鐘方式　 b) 內(nèi)部時鐘方式</p><p><b>　　二、單片機(jī)復(fù)位電路</b></p><p>　　1）單片機(jī)復(fù)位后的狀態(tài)</p><p>　　無論是HMOS型還是CHMOS型單片機(jī)，振蕩器處于運(yùn)行狀態(tài)時，如果在

46、單片機(jī)的RST引腳保持2個機(jī)器周期（24個振蕩周期）的高電平，則單片機(jī)內(nèi)部執(zhí)行復(fù)位操作，以后每個周期執(zhí)行一次，直至RST端變低。為保證單片機(jī)可靠復(fù)位，設(shè)計復(fù)位電路時要考慮VCC的上升時間的振蕩器建立時間，通常使RST端持續(xù)20ms以上的高電平。復(fù)位后單片機(jī)從程序存儲器的地址0000H處開始運(yùn)行，內(nèi)部寄存器的狀態(tài)如表1.1所示。</p><p>　　表1.1　復(fù)位后單片機(jī)寄存器狀態(tài)</p><p

47、>　　復(fù)位后，ALE和PESE為高電平，內(nèi)部RAM不受復(fù)位的影響，此時內(nèi)部RAM的狀態(tài)不確定。</p><p><b>　　2）單片機(jī)復(fù)位電路</b></p><p>　　如圖1-4所示分別為單片機(jī)的幾種復(fù)位電路。</p><p>　　a)　　　　　　　　　　　　　　　 b)</p><p><b>　

48、　c)</b></p><p>　　圖1.4　a)上電復(fù)位　b)按鍵電平復(fù)位　c)按鍵脈沖復(fù)位</p><p>　　上電復(fù)位如圖1.4a所示，它是在VCC與VSS管腳之間接入RC電路。上電瞬間RST端電位與VCC相同，隨著電容充電電流的減小，RST端的電位逐漸下降。只要VCC的上升時間不超過1ms，振蕩器建立時間不超過10ms，按圖中的時間常數(shù)（C1=22μF，R1=1KΩ），

49、上電復(fù)位　電路就能保證在上電開機(jī)時完成復(fù)位操作。上電復(fù)位所需要的最短時間是振蕩器建立時間加上2個機(jī)器周期。在這段時間內(nèi)，RST端的電平應(yīng)維持高于施密特觸發(fā)器的下閥值。</p><p>　　圖1.4b所示為一種上電與按鍵復(fù)位電路，在實際應(yīng)用系統(tǒng)中，有些外圍芯片也需要復(fù)位電路，如果這些復(fù)位電平與單片機(jī)的要求一致，則可以與相連。</p><p>　　為了防止干擾竄入復(fù)位端，引起內(nèi)部某些寄存器錯誤

50、復(fù)位，可在RST管腳上接一個去耦電容。</p><p>　　在應(yīng)用系統(tǒng)中，為了保證復(fù)位電路可靠地工作，常將RC電路在接施密特電路后，再接入單片機(jī)復(fù)位端和外圍電路復(fù)位端，如圖1.4c所示。系統(tǒng)有多個復(fù)位端時，能保證可靠地同步復(fù)位。</p><p>　　1.4　多單片機(jī)控制系統(tǒng)的概述</p><p>　　隨著人類社會的不斷進(jìn)步，工程科學(xué)技術(shù)在推動人類文明的進(jìn)步中一直起著

51、發(fā)動機(jī)的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷更新，單片機(jī)控制系統(tǒng)在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用日趨廣泛，不但使得更多的單片機(jī)控制系統(tǒng)投入生產(chǎn)設(shè)備，大大的提高了勞動生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動條件。在工業(yè)控制領(lǐng)域，多機(jī)控制系統(tǒng)很多，如大型檢測監(jiān)控系統(tǒng)、機(jī)器人控制系統(tǒng)、水利工程、橋梁工程等。單個單片機(jī)在這些應(yīng)用場合往往只負(fù)責(zé)一小部分系統(tǒng)和控制和檢測，對于整個系統(tǒng)的檢測和各個子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制則由功能更為強(qiáng)大的單片機(jī)的或者工業(yè)PC機(jī)來完成。</p>&l

52、t;p>　　單片機(jī)雖然有著強(qiáng)勁的功能，但在要求快速響應(yīng)、實時性強(qiáng)、控制量多的場合（如電梯群控系統(tǒng)等），單個單片機(jī)是很難勝任的，雖然此時可以選用高性能處理器，但綜合考慮其性價比，多單片機(jī)控制系統(tǒng)更為突出。多單片機(jī)控制系統(tǒng)就是指由多個單片機(jī)或者PC機(jī)與多個單片機(jī)構(gòu)成的更為復(fù)雜的控制系統(tǒng)，其間構(gòu)成多為分布式等，多個單片機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議連接成主從式或者對等式等。在性能更為強(qiáng)大的基礎(chǔ)上能完成的任務(wù)更復(fù)雜、應(yīng)用場合更多、人機(jī)界面更完善，在此等應(yīng)

53、用場合，多單片機(jī)控制系統(tǒng)顯示出了優(yōu)越性。</p><p>　　單片機(jī)以高可靠性、高性價比、小小體積等而廣泛應(yīng)用工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能化儀表等實時控制系統(tǒng)中。但其內(nèi)存小，指令系統(tǒng)簡單，在人機(jī)交換數(shù)據(jù)管理等方面有一定的局限性。因此利用PC機(jī)與單片機(jī)混合控制系統(tǒng)就能將一系列的參數(shù)有機(jī)的結(jié)合起來。PC機(jī)與單片機(jī)構(gòu)成的控制系統(tǒng)是典型的多機(jī)控制系統(tǒng)，它可分兩類：一類是PC機(jī)與單個單片機(jī)構(gòu)成的雙機(jī)控制系統(tǒng)；另一類是PC機(jī)與多

54、個單片機(jī)構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)。</p><p>　　在工業(yè)控制系統(tǒng)中，一般較為復(fù)雜一點(diǎn)的應(yīng)用系統(tǒng)多采用PC機(jī)作為上位機(jī)，其價格不但昂貴而且對于小型系統(tǒng)也不適合，因此基于此種問題，我們不妨采用單片機(jī)作為上位機(jī)，簡易鍵盤輸入，LED數(shù)碼管作顯示，PLC作控制單元。這樣不但可以將單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)不互補(bǔ)，而且其體積小，成本低，使用方便，作為多機(jī)控制的另一個領(lǐng)域。</p><p>　　現(xiàn)場總線在工業(yè)控制甚

55、至民用領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛，可靠而簡單的連接降低了分布線的成本，靈活而功能強(qiáng)大的協(xié)議又為系統(tǒng)模塊設(shè)計提供了保證。目前，將現(xiàn)場總線與以單片機(jī)為核心的多個物理層模塊連接應(yīng)用構(gòu)成多機(jī)控制系統(tǒng)也倍受人們歡迎。</p><p>　　1.5　單片機(jī)在輸液點(diǎn)滴的研究現(xiàn)狀</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，MCS-51為核心的單片機(jī)控制系統(tǒng)，已經(jīng)滲透到日常生活的各個方面。相對其他領(lǐng)域來說，速度控制是單

56、片機(jī)系統(tǒng)最典型，最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域之一。單片機(jī)輸液滴速控制是醫(yī)院中常見的問題。輸液滴速控制針對不同的病人情況采用不同的點(diǎn)滴速度進(jìn)行輸液控制，比如對成人輸液滴速一般設(shè)在60~80滴/分鐘，而對兒童輸液滴速一般設(shè)在30~40滴為宜。醫(yī)院中常見的輸液管雖然能進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，但調(diào)節(jié)不準(zhǔn)確，不易控制，而且常因為疏忽大意發(fā)生血液回流現(xiàn)象，有時速度過快還會對病人造成不良反應(yīng)，另外作為醫(yī)療過程，醫(yī)務(wù)人員也需要對每個病人的輸液過程進(jìn)行監(jiān)控和記錄完善病人檔案，

57、為此研究點(diǎn)滴速度控制就顯得非常必要。且單片機(jī)的控制容易實現(xiàn)，控制過程也比較簡單，更能夠滿足輸液滴速的高要求控制。目前市場上常見的點(diǎn)滴速度控制產(chǎn)品主要是輸液泵，此種設(shè)備控制精度高，功能也比較強(qiáng)大，但價格不菲，適用于輸液要求較高的場合，而且使用前后都要進(jìn)行清洗，不太方便。針對以上情況我們對系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計了一種方便實用、低成本的滴速速測控系統(tǒng)。</p><p>　　在輸液點(diǎn)滴速度控制系統(tǒng)中，廣泛應(yīng)用與8051系列兼容

58、的單片機(jī)，滴速檢測和液面檢測可用光電傳感器或者電容式傳感器，顯示部分可選擇液晶顯示和數(shù)碼管顯示。鍵盤可采用8279 擴(kuò)展鍵盤或者直接利用I/O 擴(kuò)展而成。通訊協(xié)議采用串行通信方式RS232。滴速控制采用步進(jìn)電機(jī)提高輸液瓶高度來控制滴速的快慢，步進(jìn)電動機(jī)控制采用模糊控制或者PI控制或者兩者結(jié)合控制，報警電路同時采用蜂鳴器和發(fā)光二極管。</p><p>　　1.6 課題的主要內(nèi)容及發(fā)展前景</p>&

59、lt;p>　　1.6.1 課題的主要內(nèi)容</p><p><b>　　一、要求</b></p><p>　　本課題是以單片機(jī)為核心，設(shè)計一個液體點(diǎn)滴速度監(jiān)測與控制裝置，能檢測點(diǎn)滴速度，控制點(diǎn)滴速度，并能發(fā)出報警信號。系統(tǒng)采用主站控制從站的有線監(jiān)控系統(tǒng)方式實現(xiàn)醫(yī)療輸液過程的群控。設(shè)計的主要內(nèi)容是完成群控系統(tǒng)控制裝置的軟、硬件設(shè)計及調(diào)試。</p>&l

60、t;p><b>　　二、內(nèi)容</b></p><p>　　1）、總體方案的確定；2）、單片機(jī)的選擇；3）、各模塊電路的設(shè)計；4）、軟件設(shè)計；5）、各模塊調(diào)試；6）、撰寫設(shè)計說明書。</p><p>　　1.6.2 課題的發(fā)展現(xiàn)狀與前景展望</p><p>　　隨著電子技術(shù)的發(fā)展，我們在生活中的各方面大部分都采用了人工智能代替人，特別在一

61、些工業(yè)應(yīng)用場合。應(yīng)用技術(shù)的飛速發(fā)展，使得單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)已經(jīng)逐漸成熟，應(yīng)用也越來越廣泛，目前，單片機(jī)已經(jīng)成為IP庫中的重要成員。</p><p>　　我個人認(rèn)為，單片機(jī)輸液點(diǎn)滴速度控制的發(fā)展在今和未來將成為醫(yī)療設(shè)施發(fā)展的趨勢，畢竟，單片機(jī)憑著優(yōu)越的性價比，與以往的點(diǎn)滴滴速控制系統(tǒng)相比，其單片機(jī)價格便宜，操作易于實現(xiàn)，而且對滴速的控制要求精度也較高。再者，單片機(jī)操作多機(jī)控制系統(tǒng)，還可減輕工作人員的壓力，提高醫(yī)護(hù)人員的

62、工作效率。在人為控制下有時候如不小心將會為安全設(shè)施帶來很大的麻煩，而且人工控制滴速精度也很難掌握，而使用單片機(jī)設(shè)計只要在設(shè)計時考慮周到，運(yùn)行起來就不會帶來這種問題了，因此，單片機(jī)滴速控制系統(tǒng)將在醫(yī)療中得到廣泛應(yīng)用。醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展是順應(yīng)科學(xué)技術(shù)而發(fā)展的，醫(yī)療的安全問題更離不開科學(xué)，把高科技應(yīng)用到醫(yī)療事業(yè)中來是對醫(yī)療事業(yè)的一大促進(jìn)與補(bǔ)充。</p><p>　　隨著現(xiàn)代信息和電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，越來越多的應(yīng)用領(lǐng)

63、域提出了各種特殊要求。例如，航空航天領(lǐng)域要求的小體積大系統(tǒng)，信息應(yīng)用領(lǐng)域提出的個性化等要求，都使得一般固件技術(shù)難以勝任。特別是在民用領(lǐng)域，重視個性化的產(chǎn)品設(shè)計概念使應(yīng)用電子產(chǎn)品的更新速度極快，而且小批量多品種的要求也越來越高。這就是提出了小批量產(chǎn)品與成本、集成化與成本、產(chǎn)品研制周期與成本等一系列的問題。也將是單片機(jī)在醫(yī)療設(shè)施中展的必然趨勢。</p><p>　　第2章　系統(tǒng)方案確定</p><

64、p>　　2.1　系統(tǒng)設(shè)計要求</p><p>　　本系統(tǒng)要求設(shè)計一個以單片機(jī)為核心的液體點(diǎn)滴速度監(jiān)測與控制裝置，檢測點(diǎn)滴速度、控制點(diǎn)滴速度，并能發(fā)出報警信號，系統(tǒng)采用主站控制從站的有線監(jiān)控系統(tǒng)方式實現(xiàn)醫(yī)療輸液過程的群控。設(shè)計主要是完成群控系統(tǒng)控制的硬、軟件設(shè)計及調(diào)試。</p><p>　　1、基本要求：1）在滴斗處檢測滴速，并制作一個數(shù)顯裝置，能動態(tài)顯示點(diǎn)滴速度（滴/min）。2）通

65、過改變控制點(diǎn)滴速度，如圖2.1所示，或通過控制輸軟管夾頭的松緊等其它方式來控制點(diǎn)滴速度。點(diǎn)滴速度可用鍵盤設(shè)定顯示，設(shè)定范圍為20～150滴/min，控制誤差范圍設(shè)定值（±10％±1）滴。3）調(diào)整時間3min（從改變設(shè)定值起到點(diǎn)滴速度基本穩(wěn)定，能人工讀出數(shù)據(jù)為止）。4）當(dāng)降到警戒值（2～3cm）時，能發(fā)出報警信號。</p><p><b>　　2、其它部分</b></

66、p><p>　　設(shè)計制作一個由主站控制16個從站的有線監(jiān)控系統(tǒng)。16個從站中只有一個從站是按基本要求制作的一套點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置，其它從站為模擬從站（僅要求制作一個模擬從站）。</p><p><b>　?。?）主站功能：</b></p><p>　　a.具有定點(diǎn)和巡回檢測兩種方式b.可顯示從站傳輸過來的從站號和點(diǎn)滴速度。c.在巡回檢測時，主站能任意

67、設(shè)定要查詢從站的數(shù)量、從站號和各從站的點(diǎn)滴速度。d.收到從站發(fā)來的報警信號后，能聲光報警并能顯示相應(yīng)的從站號；可用手動方式解除報警狀態(tài)。</p><p><b>　?。?）從站功能：</b></p><p>　　a.能輸出從站號、點(diǎn)滴速度和報警信號；從站號和點(diǎn)滴速度可任意設(shè)定，b.接收主站設(shè)定的點(diǎn)滴速度信息并顯示。c.對異常情況進(jìn)行報警。</p><

68、;p>　?。?）主站和從站間的通訊方式不限，通信協(xié)議自定，但應(yīng)盡量減少信號傳輸線的數(shù)量。</p><p>　　2.2　系統(tǒng)設(shè)計總體方案</p><p>　　本系統(tǒng)從站以AT89C52單片機(jī)為核心，輔以一些必須的外圍電路，實現(xiàn)滴速檢測和控制。而用另外一片AT89C52單片機(jī)作為主站，采用通訊協(xié)議進(jìn)行傳輸，設(shè)計實現(xiàn)一個主站控制多個從站的有線監(jiān)控系統(tǒng)。主機(jī)采用大屏幕液晶顯示器，不但可以顯示

69、當(dāng)前滴速、在聲光報警后還可顯示相應(yīng)的從機(jī)號，更嵌入時間顯示模塊，實現(xiàn)簡單友好的人機(jī)界面，符合實際要求。主站鍵盤直接采用I/O擴(kuò)展而成，充分考慮到了操作的便捷和簡易性。外圍電路電源均由主機(jī)統(tǒng)一控制管理。監(jiān)測與點(diǎn)滴速度調(diào)節(jié)構(gòu)成從站的主要功能，其主要模塊除單片機(jī)控制部分外，還有滴速檢測、滴速調(diào)節(jié)、異常報警電路、速度設(shè)定與數(shù)碼顯示等。系統(tǒng)采用光電耦合傳感器來進(jìn)行檢測滴速和液面高度產(chǎn)生中斷進(jìn)行計數(shù)，采用步進(jìn)電機(jī)升降來進(jìn)行滴速的控制，如果檢測到的滴

70、速在要求誤差范圍內(nèi)過快或者過慢，則驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)來調(diào)節(jié)儲液瓶的高度或者擠壓軟管達(dá)到控制的目的。當(dāng)出現(xiàn)異常情況如儲液低于（2～3cm）時或者滴速低于或高于要求控制的范圍（20～150滴/min）時，則驅(qū)動聲光報警電路進(jìn)行報警。顯示裝置則采用LED 顯示器，從站鍵盤采用8279擴(kuò)展鍵盤，另外還可加入紅外遙控鍵盤裝置，護(hù)士人員不但對從站</p><p>　　2.3　系統(tǒng)各模塊方案選擇</p><p&g

71、t;　　2.3.1　單片機(jī)型號的選擇</p><p>　　本系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心的輸液滴速控制系統(tǒng)，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)性能優(yōu)越，價格便宜，而且功能強(qiáng)大，用戶界面友好，雖然工業(yè)PC機(jī)、PLC和DSP等，其性能雖也強(qiáng)，比如PLC、DSP等功能強(qiáng)，可靠性也極高，使用方便，體積小巧，但其性價比遠(yuǎn)沒有單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)高，在更多的工業(yè)控制應(yīng)用場合，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)突出的性價比而迎得用戶的青睞。設(shè)計這樣一個簡單的應(yīng)用系統(tǒng)，Intel公

72、司的8051和其它的一些公司芯片均可選用。其他一些MCS-51系列兼容的芯片，如ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C××系列單片機(jī)，該單片機(jī)完全與8031兼容，并且還具有程序加密等功能，物美價廉，經(jīng)濟(jì)實用，成為技術(shù)更加成熟的新一代單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。AT89C52內(nèi)部含有大容量的Flash存儲器，功能強(qiáng)，性價比憂，可以反復(fù)擦寫，給用戶提供了極大的方便，所以在生產(chǎn)開發(fā)及便攜式商品中、手提式儀器等方面有著十分廣泛的應(yīng)用，也是目前取

73、代傳統(tǒng)的MCS-51系列單片機(jī)的主流單片機(jī)之一?；谏鲜霰鞠到y(tǒng)采用與8031兼容的AT89C52單片機(jī)。</p><p>　　2.3.2　點(diǎn)滴速度檢測和液面檢測方案的論證與比較</p><p>　　方案一：采用金屬電極檢測點(diǎn)滴速度信號以及儲液瓶液面信號。如圖2.2a所示，用藥液的導(dǎo)電特性實現(xiàn)液滴速度及儲液瓶液面信號的檢測，當(dāng)有液滴下落時，金屬電極接通，此時產(chǎn)生一個高信號脈沖，無液滴下落時，

74、金屬電極斷開，由此產(chǎn)生一個高低信號脈沖，通過對高低脈沖進(jìn)行計數(shù)，檢測液滴速度（滴／min），同理，液面也可以采用金屬電極檢測，如圖2.2b所示。通常電極采用不銹鋼等耐腐蝕材料制成。</p><p>　　方案二：采用光電傳感器檢測點(diǎn)滴速度以及儲液瓶液面信號，原理如圖2.3a所示。發(fā)光二極管發(fā)射的平行光束穿過滴管投射到光敏三極管的感光面上，在沒有液滴滴落時，光敏三極管接收到的光照度最大，產(chǎn)生的光電流也最大，當(dāng)有液滴滴

75、落時，由于液滴的形狀特性，使平行光束發(fā)散，投射到光敏三極管上的光照度將減弱，從而使光敏三極管產(chǎn)生的光電流減小，形成低信號脈沖。液位檢測的基本原理與液滴檢測相同,如圖2.3b所示。</p><p>　　a) 　　 b) 　　a) 　　b)</p><p>　　圖2.2　金屬電極檢測滴速和液面裝置　

76、 圖2.3　光電傳感器檢測滴速和液面裝置</p><p>　　電極接觸控制方式原理簡單，易于實現(xiàn)，可靠性強(qiáng)，但會導(dǎo)致藥品污染，危及患者安全。而光電控制方式雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，紅外發(fā)射接收傳感器具有體積小、測量精度高、靈敏度好、避免與被測物直接接觸且安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。易受外界光源影響，但可防止藥品的污染，保證患者用藥安全，所以本系統(tǒng)采用方案二。</p><p>　　2.3.3　滴速控制方案的論證與

77、比較　 </p><p>　　方案一：改變輸液瓶高度控制點(diǎn)滴速度。</p><p>　　在輸液管截面積確定的條件下，利用儲液瓶高度不同所引起的液體壓強(qiáng)差的改變，實現(xiàn)對點(diǎn)滴速度的控制，當(dāng)液滴速低于要求時，提高液瓶的高度增大壓強(qiáng)減小滴速，反之則可提高液滴速度。</p><p>　　方案二：改變輸液軟管截面積

78、控制點(diǎn)滴速度。</p><p>　　在輸液瓶高度確定的條件下，通過改變輸液管導(dǎo)通截面積實現(xiàn)點(diǎn)滴速度的控制，當(dāng)?shù)嗡俑哂谝髸r，擠壓軟管則可達(dá)到調(diào)速要求，反之，則可提高滴速。如圖2.4所示。</p><p>　　圖2.4　擠壓軟管滴速控制裝置　　　　　　　圖2.5　拉緊壓軟管滴速控制裝置</p><p>　　方案三：拉緊軟管控制點(diǎn)滴速度。</p><

79、p>　　如圖2.5所示，可以拉緊軟管或者放松軟管來控制滴速。方案一中的高度控制可利用小型電機(jī)實現(xiàn)，具有結(jié)構(gòu)簡單、控制精度高等特點(diǎn)。方案二因為輸液軟管的截面積較小且形變后恢復(fù)速度較慢，難以實現(xiàn)點(diǎn)滴速度的精確控制。方案三中，雖容易實現(xiàn)，由于作用時間長的話，對軟管有損傷，可能引起漏液，且和方案二一樣存在輸液軟管的截面積較小且形變后恢復(fù)速度較慢，此三種方案都有優(yōu)、缺點(diǎn)，但權(quán)衡之下還是方案一更好一些。因此在本系統(tǒng)采用方案一?！　　　　　　　?/p>

80、　　　　　　　　　　　　　　　</p><p>　　2.3.4　電機(jī)控制算法的選擇</p><p>　　電動機(jī)包括直流電動機(jī)、交流電動機(jī)及步進(jìn)電動機(jī)等三種，其在工業(yè)控制中扮演極重要角色。其中，由于步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動方式簡單、激活快速及定位準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于計算機(jī)外設(shè)上。鑒于此優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)采用步進(jìn)電動機(jī)控制點(diǎn)滴滴速。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)控制算法的選擇直接

81、影響到系統(tǒng)的性能和技術(shù)指標(biāo)，在本系統(tǒng)的設(shè)計中起著關(guān)鍵的作用。較為可行的方案有：</p><p>　　方案一：采用模糊控制。其優(yōu)點(diǎn)是不需要精確知道被控對象的數(shù)學(xué)模型，而且適用于具有較大滯后特性的被控對象。缺點(diǎn)是靜態(tài)誤差不容易控制。</p><p>　　方案二：采用PI控制。其優(yōu)點(diǎn)是理論和技術(shù)都很成熟，在單片機(jī)上較易實現(xiàn)，可以達(dá)到較小的靜態(tài)誤差。</p><p>　　方

82、案三：采用模糊控制與PI 控制結(jié)合的算法。</p><p><b>　　本系統(tǒng)采用方案一。</b></p><p>　　2.3.5　鍵盤、顯示及聲光報警部分</p><p>　　顯示部分可選擇液晶顯示和數(shù)碼管顯示。本系統(tǒng)從站使用8279 擴(kuò)展鍵盤和LED 顯示器；而主站部分由于要求實時顯示多組數(shù)據(jù)，因此選用MGLS12864 液晶顯示器顯示。4

83、×4 鍵盤直接利用I/O 擴(kuò)展而成。聲光報警電路也可直接利用單片機(jī)I/O口輸出放大驅(qū)動二極管發(fā)出聲光報警。</p><p>　　2.3.6　主從站協(xié)議部分</p><p>　　方案一：采用并行總線方式。多機(jī)通信時，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。</p><p>　　方案二：采用RS232 串行通信。通信技術(shù)成熟，僅需要TXD，RXD兩條通信線，波特率可調(diào)，通信速度快。缺點(diǎn)是T

84、TL信號容易受干擾，不利于長距離傳輸數(shù)據(jù)。</p><p>　　方案三：采用RS485 串行通信方式。本方案具有方案二的優(yōu)點(diǎn)，并且抗干擾能力強(qiáng)，可實現(xiàn)較長距離通信。</p><p>　　方案四：采用總線通信協(xié)議。優(yōu)點(diǎn)是易于實現(xiàn)多機(jī)通信并且通信線路簡單，僅需要SDA，SCL 兩條通信線。但是不適合較長距離的信號傳輸</p><p>　　由于主從機(jī)通信距離較短，從最佳性

85、價比出發(fā)，選擇方案二。</p><p><b>　　第3章　硬件設(shè)計</b></p><p>　　3.1　系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p>　　主站采用當(dāng)前主流單片機(jī)AT89C52，串行通訊采用RS232串行通訊接口芯片實現(xiàn)主、從通訊，鍵盤控制輸入設(shè)定從站滴速，接入顯示器顯示從站滴速，當(dāng)從站滴速或液面出現(xiàn)不正常情況時，驅(qū)動聲光報警發(fā)出聲光報警。從站

86、也是主要以AT89C52單片機(jī)為核心，在輔設(shè)一些外圍電路，從站可以顯示并輸入設(shè)定滴速進(jìn)行運(yùn)行，出現(xiàn)異常情況發(fā)出聲光報警，另外當(dāng)主、從站通過通訊接口可相互傳輸和接收信號。主從站系統(tǒng)總體框圖如圖3.1所示。</p><p><b>　　a)</b></p><p><b>　　b)</b></p><p>　　圖3.1　a)主

87、站系統(tǒng)框圖　b)從站系統(tǒng)框圖</p><p>　　3.2主站及通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計</p><p>　　3.2.1　主站硬件電路設(shè)計</p><p>　　1）MGLS12864液晶顯示器</p><p>　　點(diǎn)陣圖形式液晶由M×N個顯示單元組成，假設(shè)LCD顯示屏有64行，每行有128列，每8列對應(yīng)1字節(jié)的8位，即每行由16字節(jié)，共16&#

88、215;8=128個點(diǎn)組成，屏上64×16個顯示單元與顯示RAM區(qū)1024字節(jié)相對應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應(yīng)位置的亮暗對應(yīng)。例如屏的第一行的亮暗由RAM區(qū)的000H～00FH的16字節(jié)的內(nèi)容決定，當(dāng)（000）=FFH時，則屏的左上角顯示一條短亮線，長度為8個點(diǎn)；當(dāng)（3FFH）=FFH時，則顯示屏的右下角顯示一短亮線；當(dāng)（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=FFH，（003H）=00H，…（00EH）=

89、FFH，（00FH）=00H時，則在屏的頂部顯示一條由8段亮線和8條暗線組成的虛線。這就是LCD顯示的基本原理。</p><p>　　用LCD顯示一個字符時比較復(fù)雜，應(yīng)為一個字符由6×8或8×8點(diǎn)陣組成，既要找到和顯示屏上某幾個位置對應(yīng)的顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同的位為“1”，其他的為“0”，為“1”的點(diǎn)亮，為“0”的不亮，這樣一來就組成某個字符。但對于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器（如

90、HD61202）來說，顯示字符就比較簡單了，可讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示RAM對應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對應(yīng)的代碼即可。</p><p>　　MGLS12864液晶顯示模塊接口定義如表3.1所示。</p><p>　　表3.1　 MGLS12864液晶顯示模塊接口定義</p><p>　　MGLS12864液

91、晶顯示接口信號中的兩片選信號組合如表3.2所示</p><p>　　表3.2　MGLS12864液晶顯示選信號組合</p><p>　　本系統(tǒng)采用P0口作為液晶顯示器數(shù)據(jù)輸入信號，P2.0～P2.2分別為寄存器選擇信號、讀/寫選通信號、使能信號。片選信號未選。具體硬件接線圖見附表C。</p><p><b>　　2）I/O擴(kuò)展鍵盤</b><

92、;/p><p>　　為了充分利用從站單片機(jī)的CPU，提高CPU的使用效率。在本設(shè)計中，鍵盤采用中斷控制方式，即只有在按下某一個特定的按鍵（本設(shè)計中為“設(shè)定”鍵）時，才向單片機(jī)發(fā)送一個中斷信號，使單片機(jī)產(chǎn)生中斷，從而使單片機(jī)轉(zhuǎn)向處理鍵盤中斷子程序，對鍵盤進(jìn)行動態(tài)掃描，接受外界輸入的鍵值（包括數(shù)字鍵和“確定”鍵），當(dāng)按下“確定”時，系統(tǒng)便退出鍵盤中斷子程序，轉(zhuǎn)向主程序進(jìn)行滴速的檢測與控制。也就是說在未按“設(shè)定”鍵以前，按

93、數(shù)字鍵和“確定”是無效的。</p><p>　　在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，通常應(yīng)具有人機(jī)對話功能，能隨時發(fā)出各種控制命令和數(shù)據(jù)輸入以及報告應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行結(jié)果。鍵盤可以分為獨(dú)立式和矩陣式，每一類按其編碼法又都分為編碼及非編碼兩種類型。</p><p>　　獨(dú)立式鍵盤是指直接利用I/O口線構(gòu)成的單個按鍵電路。每個獨(dú)立式按鍵占有一根I/O口線，每根I/O口線的工作狀態(tài)不會影響其他I/O口線工

94、作。獨(dú)立式鍵盤接口電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每一個按鍵必須占一根I/O線，在鍵數(shù)較多時，I/O線浪費(fèi)較大，因此，在本系統(tǒng)中，為了減少I/O口線的占有用，采用矩陣式鍵盤。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是用一個按鍵加以連接，但其結(jié)構(gòu)要復(fù)雜一些，識別也要復(fù)雜一些。接線如圖3.2所示。P1.0～P1.3作為輸入線，P1.4～P1.7用為輸出線。列線通過電阻接正電源，并將行線所接的單片機(jī)的I/O作為輸出端，而列線所接

95、的I/O口作為輸入端。這樣，當(dāng)按鍵沒有按下時，所有的輸出端都是高電平，代表無鍵按下。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，輸入線就會被拉低，這樣，通過讀輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵被按下。</p><p><b>　　3）聲光報警電路</b></p><p>　　設(shè)計要求系統(tǒng)發(fā)生故障時發(fā)出聲光報警信號，可選擇一只蜂鳴器來實現(xiàn)這一功能。壓電式蜂鳴器工作時約需10mA的驅(qū)動電流

96、，由于單片機(jī)輸出信號不能直接驅(qū)動蜂鳴器，因此外接驅(qū)動電路，電路設(shè)計如圖3.3所示。蜂鳴器作為三極管VT3的集電極負(fù)載，當(dāng)VT3導(dǎo)通時，蜂鳴器發(fā)出鳴叫聲；VT3截止時，蜂鳴器不發(fā)聲，R是限流電阻。</p><p>　　將VT3的基極接到單片機(jī)的P2.7管腳上，P3.7作為輸出口使用。當(dāng)P2.7＝0時，VT3、VT2導(dǎo)通時，使蜂鳴器和LED1的兩個管腳間獲得將近5V的直流電壓，蜂鳴器和故障燈中有電流通過，而產(chǎn)生蜂鳴和

97、故障燈點(diǎn)亮；當(dāng)P2.7＝1時，VT截止，故障燈和蜂鳴器的兩管腳間的直流電壓接近0V，故不工作，而正常燈兩管腳間有接近5V電壓而工作。</p><p>　　3.2.2　通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計</p><p>　　RS232是目前被廣泛使用的異步串行數(shù)字通信電氣標(biāo)準(zhǔn)，由電子工業(yè)協(xié)會EIA（Electronics Industry Association）制定。過去數(shù)十年中，RS232在低速數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域出

98、盡了風(fēng)頭。這種傳輸速度不快、傳輸距離也不遠(yuǎn)的接口能夠在幾乎所有民用通信設(shè)備中占據(jù)主要角色，一個原因是早期用戶對通信速度和距離的要求不高（距離可以通過調(diào)制解調(diào)器加長）；另一個原因是它被所有PC、服務(wù)器認(rèn)同為標(biāo)準(zhǔn)串行接口，成為計算機(jī)與桌面設(shè)備之間最簡單、有效通用的聯(lián)接通道之一。出于同樣的原因，在多單片機(jī)之間的通信中RS232也占據(jù)著重要位置。</p><p>　　RS232標(biāo)準(zhǔn)推薦的物理聯(lián)接器有25(DB-25)針型

99、和新一代的9(DB-5)針型，它們在計算機(jī)和連接線上的位置和定義如圖3.4和表3.3所示。 </p><p>　　表3.3　RS232接口定義</p><p>　　以上信號在通信過程之中可能會全部或部分使用，最簡單的通信僅需TXD、RXD和SG即可完成，其它的握手信號可以做適當(dāng)處理或者直接懸空，至于是否可以懸空，這根據(jù)通信程序而定，本系統(tǒng)中具體接線圖如附圖C所示。

100、</p><p>　　MAX232系列芯片是把單片機(jī)輸出的TTL電平轉(zhuǎn)換為RS232標(biāo)準(zhǔn)電平（邏輯1：-15V～-5V;邏輯0：+5V～+15V）。圖3.5為MAX232封裝圖。引腳說明如表3.4所示。</p><p>　　表3.4　MAX232引腳說明</p><p>　　3.3　從站電路設(shè)計</p><p>　　3.3.1　滴速檢測與液面

101、檢測電路設(shè)計</p><p>　　本系統(tǒng)采用AUTONICS光電傳感器作為滴速和液面檢測，考慮到儲液瓶的大小，我選用了如表3.5所示型號傳感器。</p><p>　　表3.5　光電傳感器型號及特性</p><p>　　滴速和液面檢測原理圖如圖2.3所示。紅外對管夾在滴管兩邊一個發(fā)射管發(fā)出的紅外光被一頭的接收管所接收。一旦光路上有水滴通過，由于水對紅外光的反射與折射，

102、使得接收管的接收信號變?nèi)?，形成一個小脈沖。同理當(dāng)液面低于所檢測液面時，使得接收管接收信號變?nèi)?。將檢測得到信號送入單片機(jī)INT0和TNT1產(chǎn)生中斷進(jìn)行計數(shù)。</p><p>　　為了驗證以上的理論分析，專門用示波器記錄了多次這樣的脈沖，如圖3.6所示。多次測量穩(wěn)定，雖有一些Vbas上下的波動，但是脈沖還是比較明顯，通過設(shè)定一個參考電平Vref，可以用運(yùn)放來產(chǎn)生一個TTL電平的脈沖。經(jīng)多次分析，有以下不穩(wěn)定因素： &

103、lt;/p><p>　　(1)外界對紅外對管的干擾附近輻射源對信號干擾極大。為此，采取黑色覆蓋物包裹在對管周圍，既可以很好地吸收水滴反射和折射的紅外光，而且能盡量減小干擾。</p><p>　　(2)Vref的選取考慮Vref的選取應(yīng)該略大于Vbas，這樣可以減小波動對輸出脈沖信號的影響。但不能太高，不然無法精確測量出脈沖來。所以，可以使用精密電阻來微調(diào)Vref,讓其保持在一個合適的值。<

104、;/p><p>　　充分考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，本系統(tǒng)硬件抗干擾由單穩(wěn)態(tài)電路構(gòu)成，通過改變電阻電容參數(shù)，消除雙脈沖干擾。電路如圖3.7所示。</p><p>　　圖3.7　滴速和液面檢測電路</p><p>　　3.3.2　鍵盤顯示電路設(shè)計</p><p>　　1）8279擴(kuò)展鍵盤接口芯片</p><p>　　8279

105、是一種通用可編程鍵盤、顯示器接口，它能完成鍵盤輸入和顯示控制兩種功能。鍵盤部分采用掃描工作方式，可與64個按鍵的矩陣鍵盤連接，能對鍵盤不斷掃描，自動去抖動，自動識別按下的鍵并給出鍵碼，能對多個鍵同時按下實行保護(hù)。</p><p>　　顯示部分按掃描方式工作，它為顯示器提供多路復(fù)用信號，最多能顯示16個字符或數(shù)字。8279引腳圖如圖3.8所示；引腳定義如表3.6所示。</p><p>　　表

106、3.6　8279引腳定義</p><p>　　2）LED顯示電路設(shè)計</p><p>　　單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，通常都需要進(jìn)行人機(jī)對話。這包括人對應(yīng)用系統(tǒng)的狀態(tài)干預(yù)與數(shù)據(jù)輸入，以及向人們顯示運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行結(jié)果等。顯示器、鍵盤就是用來完成人機(jī)對話活動的機(jī)通道。</p><p>　　由于單片機(jī)的并行口不能直接驅(qū)動LED顯示器，必須采用專用的驅(qū)動電路芯片。使之產(chǎn)生足夠大的電流

107、，顯示器才能正常工作。如果驅(qū)動電路能力差，即負(fù)載能力不夠，顯示器亮度就低，而且驅(qū)動電路長期在超負(fù)荷下運(yùn)行容易損壞。</p><p>　　LED顯示器的顯示控制方式有靜態(tài)和動態(tài)兩，若選擇靜態(tài)顯示，則LED驅(qū)動器選擇較為簡單，只要驅(qū)動器的驅(qū)動能力與顯示器電流匹配即可，而且一般只需考慮段的驅(qū)動；動態(tài)顯示則不同，由于一位數(shù)據(jù)的顯示是由段和位選信號共同配合完成的，因此，要同時考慮段和位的驅(qū)動能力，而且段的驅(qū)動能力決定位的驅(qū)

108、動能力。</p><p>　?、佟ED顯示器的選擇　在應(yīng)用系統(tǒng)中，設(shè)計要求不同，使用的LED顯示器的位數(shù)也不相同，因此生產(chǎn)廠家生產(chǎn)了多種位數(shù)、尺寸、型號不同的LED顯示器。考慮到最高滴速和從站號位數(shù)，在本系統(tǒng)設(shè)計中選擇了4位一體的LED顯示器，簡稱“4-LED”，如圖3.9所示。第一位用于顯示從站號，后三位用于顯示滴速。</p><p>　　②　LED的段驅(qū)動芯片選擇　LED的段驅(qū)動電路

109、有很多種，本系統(tǒng)中可選擇BCD-7段鎖存/譯碼/驅(qū)動74LS48作為段驅(qū)動電路。圖3.10所示為74LS48的管腳圖。</p><p>　　管腳圖中大寫字母A、B、C、D為BCD碼的輸入端，小寫字母a、b、c、d、e、f、g為字型碼輸出端，LT為燈測試輸入端，RBI為消隱輸入，RBO為消隱輸出。8279擴(kuò)展鍵盤顯示電路如圖3.11所示。</p><p>　　圖4.9　從站接收流程圖<

110、/p><p>　　第5章　系統(tǒng)調(diào)試、抗干擾及制板</p><p>　　本次設(shè)計基本上完成了課題要求,實現(xiàn)了單片機(jī)對液體的點(diǎn)滴速度的測量與控制 液面檢測與報警和主從機(jī)間的通訊。本設(shè)計是以單片機(jī)為核心,通過紅外線傳感器對點(diǎn)滴及液面進(jìn)行檢測,經(jīng)過555單穩(wěn)態(tài)電路送入單片機(jī),再通過軟件編程實現(xiàn)對其達(dá)到測量與控制的目的。同時設(shè)有報警裝置,一旦有異常現(xiàn)象發(fā)生,單片機(jī)將會發(fā)出報警指令。主從機(jī)通信部分采用RS