液体点滴速度监控装置报告 优秀论文 定稿.doc

液体点滴速度监控装置报告 摘要： 本系统以单片机（AT89S52）和FPGA（EP1C6Q240C8）为控制核心，辅以步进电机驱动、键盘、LCD 显示、光电传感器数据采集等电路组成，通过RS232串行通信总线实现了一个由一个主站控制多个从站的有线液体点滴速度监控系统。主站巡回和定点检测所有从站并显示和控制从站的状态。从站利用红外传感器测量点滴速度送单片机处理后控制步进电机调节液体点滴速度。从站通过按键可工作在两种模式下，一种接受主站的命令，一种由从站自己控制滴数。同时从站可以测量系统的液面，当液面低于警戒值时，能发出报警信号，并可手动解除报警。界面友好，操作方便，较好地实现了智能化的要求。 关键词：单片机、FPGA、步进电机、滴数控制、液面报警、主从站通信 一、题目任务要求及相关指标的分析 系统基本要求部分要求能显示并控制点滴速度，且调整时间小于3分钟，还能在液面低于一定值时报警。发挥部分要求设计并制作一个由主站控制16个从站的有线监控系统，主站能对从站进行巡回和定点检测并显示和控制其状态。从站能接受主站控制信息并显示。故本系统的重点和难点在于以下三个方面： 1、点滴速度的检测和液面的检测； 2、点滴速度的精确控制； 3、主从站之间的通信协议； 二、方案的比较与选择 1、点滴速度控制方式 我们采用粗调和细调两种方式相结合的方式来控制点滴速度。粗调是改变输液软管截面积控制点滴速度。分两档进行，步进电机的拉紧和放松。细调是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，实现对点滴速度的控制。粗调和细调均采用步进电机控制，步进电机由电脉冲驱动，电机每接收到一个脉冲转动一个固定的角度，改变脉冲频率可实现电机调速，改变相序可实现电机正、反转。 2、点滴速度数据采集部分 采用红外发射接收对管实现点滴速度的检测，当有点滴滴落时，红外光被散射，红外接收管接收到的光强减弱，产生一个脉冲。经放大、比较器整形后，送入FPGA中读取。 3、液面检测方案 采用两块铝片贴在输液瓶壁外形成一个电容，连入CMOS门电路构成振荡电路中，当两块铝片中液体改变时，即介质大小改变时，电容量会发生改变。由振荡电路的振荡频率公式可知，电路的振荡频率也会发生相应的改变。通过对频率的改变的检测判断液面的高度改变。 4、主从机通信方式 由于实验室条件有限，我们采用RS232串行通信方式。仅需要TXD，RXD两条通信线，波特率可调，通信速度快。但传输距离有限，不太适合长距离通信。但对于功能的实现方面已完全可以达到要求。 5、串行通信的协议 方案一：主机在发送一个数据之前先发送该数据的属性，等待从机确认以后在发送数据，从机确认收到数据以后发确认字，主机根据确认字判断是否需重发数据，及是否该发送下一数据。该方案传输数据可靠，不容易出错，但传输数据速度不是很快，适合于传输少量数据的情况 方案二：主机发地址等从机确认以后，主机发一数据串，从机根据数据的先后来判断各数据的属性，这需要各机事先知道通信各数据的意义。该方案传输数据快，但可靠性没有方案一高，适合于数据较多且传输距离不远的情况 综合我们的实际情况，由于我们是一台主机，带7台从机，主机与各从机之间传输的数据不是很多，且我们采用了巡回检测的方法，这样提高了数据的纠错能力，增加数据传输的可靠性。故我们综合了两种方案，由主机发数据属性后，直接在发数据或从机回发数据。 系统总体设计方案及实现方框图 系统总体设计 根据设计要求和方案选择，本系统由主站和从站两部分构成。主站由键盘、显示、报警电路、串行接口等部分构成，完成对从站巡回和定点检测并对从站设定滴数的功能。从站由键盘、显示、液面检测电路、滴数检测电路、报警电路、步进电机驱动电路等部分构成，能够接受主站的滴数设定后调节并可以自行调节。当液面高度降低时，能发出声光报警，处理完后解除报警。 系统设计框图 a)主站 b)从站 理论分析与主要功能电路设计 点滴速度检测电路 本模块电路采用的是红外发射接收对管，对射式光电传感器(以下简称为传感器) 分为投光器和受光器两部分．两者光轴重合在同一直线上。工作时，投光器发出调制光，被受光器接收，变为电信号。当被测体进入检测区时，光被遮挡，受光器无光可受．传感器输出状态改变。 光电传感器因为检测无接触、检测距离大、检测精度高而广泛应用于测距、测速、计数、行程控制等。然而，传感器工作一段时间后，调整好的光轴会发生变化，透镜表面会吸附尘埃、油污，这些引起检测距离减小，甚至无法检测。因为我们测的是点滴管比较小，而且是贴在上面的，所以干扰会比较小一点，但还是不能忽略了这一点，我们用黑色胶布包住点滴管，以固定好不受外界变化的影响，尽量的减少误差。具体实验装置见图所示。 当液