毕业论文：基于单片机的静脉输液监视器工程实现.doc

基于单片机的静脉输液监视器工程实现 摘 要：采用单片机技术、3点中值滤波去干扰算法和波形的柔化处理方法，在工程上研制了实现基于单片机技术医用静脉输液监视器。在临床上具有操作简便，反应快，稳定性好、抗干扰性能好等特点。关键词：单片机；输液监视器；干扰算法 引言????静脉输液是临床常用的重要治疗手段，是利用液体静压原理与大气压的作用使液体下滴，将大量灭菌药液直接滴入静脉内，从而达到治疗目的。目前，人们进行静脉点滴输液时，对点滴速的测量主要是由注射护士人工记数约10至15秒，然后换算成1分钟的滴数，因人工估算误差较大。采用单片机控制的医用静脉输液监视器，对滴速具有持续监控观察且自动刷新显示，在临床操作上，具有实用方便、操作简单、重量轻、体积小、耗电少等显著特点。 1 系统方案与硬件实现????尽管红外、超声、电磁等其他传感器灵敏度高，但系统复杂度和造价也呈数倍甚至数十倍地增长，为了达到最佳性价比以及有效数据精度范围的要求，采用光电方式完成信号采集。在不必考虑散热条件下，采用低功耗元件，热量很低，体积很小，便于携带。几点合理假设：????假设1：所有的点滴注射管形状相差不大，滴液管口口径一致。????假设2：不同滴管中，滴液的直径在垂直方向≥2.5mm，水平方向基本一致。????假设3：滴速不超过600滴/分钟，即滴速≤10滴/秒。1．1 理论计算????两个点滴液的时间间隔100ms，每个点滴液经过采集探头的时间3.195ms，当采样时间间隔选为1ms时，则每个点滴液经过时至少会采集到3个数据。????当点滴液经过探头时，经22kΩ电阻的电流电压转变，产生的电压变化至少是电源电压的2%（实测结果）。采用8bit量化，每个量化阶为电源电压的0.39%，即量化后的变化为5，经过中值算法计算，保证当光电器件的精度较差（误差在10%左右）时，也可识别出点滴液。1．2??器件选择????①考虑到弱光线可能会穿透管壁，因此选择对光源影响不敏感的红光发光二极管器件。从上面计算已知，液滴经过探头时间为毫秒量级，选择敏感器件时必须保证其光强度的变化频率至少在千赫兹以上，比较可知，不能选用响应频率较低的光敏电阻（其响应频率仅几十至几百赫兹），而光电晶体管的响应频率较高（其响应带宽可达数十千赫兹至数兆赫兹），因此，系统采用光电晶体管作为敏感元件。????②为了保证单片机完成正确的点滴液判断，模数转化器必须保证数据精度，同时数模转换时间也应有足够的采样频率和不影响数码管的刷新，因此模数转化器选用ADC0804。ADC0804自带采样保持电路，有8bit量阶，转换时间115μs，满足精度需求，且成本低。????③单片机在数值计算上应至少有14个I/O端口和定时器中断功能。选择AT89C2051，它的端口1可以直接驱动数码管显示数据，能有效简化设计。1． 3工作原理????医用静脉输液监视器主要由光电信号采集、模数转换、数据处理和显示模块四个主要部分组成，工作原理框图如图1所示。系统对采集信号进行模数转换，送入单片机完成内部信息处理，显示每分钟的滴速信息。 1．4．相关功能模块1．4．1光电信号采集模块????信号采集（如图2所示）是分别在滴管的两侧进行发射接收，发射端用发红光二极管发射，接收端用光电晶体管接收。当滴液落下时，接收端就会感受到光线强度的变化，并将此改变反映在电流变化上，转换为电压，传给下一级进行模数转换处理。探头到滴管口的距离为0.5~3cm。 1．4．2模数转换模块????以ADC0804芯片为主体。当 为“0”时，ADC0804芯片选中，开始工作。 为“0”时，ADC0804复位；当 为“1”后，开始启动模数转换。????转换原理：如果比较电压低于信号电压，则记录1，并把比较电压累计起来；否则记录0，比较电压不累计。然后将累计电压与比较电压的1/2的和与信号电压比较，如果小于信号电压，则记录1，并将比较电压的1/2累计起来，否则记录0，比较电压的1/2不累计。依此类推，分别实验比较电压的1/4，1/8，1/16，1/32，1/64，1/128，得到量化为8bit的数值电压。这个过程约为112μs，使用软件延迟120μs控制通知转换完成，不使用 引脚。当 经过一个下降脉冲后，转换后的数据送到数据总线。1．4．3信号处理模块????信号处理由单片机89C2051控制。当单片机完成各项初始化之后，便开始循环显示各显示位。定时器中断设为1ms，在定时器中断子程序中控制ADC0804采集数字信号，经过软件滤波和判断后，计算出所求的滴速。????控制数码管显示过程：首先将该显示位的数字进行译码，然后将译码信号由P1口送上数据总线，再将对应的片选信号（P3.7或P3.5或P3.4）设为“1”，则该显示位