液体点滴速度监控装置1.pdf

国大学生电子设计大赛（2003） F6 计题目：液体点滴速度监控装置 参赛学校：山东农业大学 参赛学生：王涛 李晓军 于伯建 2003 年全国大学生电子设计大赛说明书 2003 年9 月17 日 设计题目：液体点滴速度监控装置 一、摘要 本系统采用分布式微机控制系统，通过调整输液瓶的高度来精确控制最多可 达 16 个输液器的点滴速度。系统采用主从式结构，都采用89s52 作为 CPU。从 国大学生电子设计大赛（2003） 机通过光敏元件测定点滴速度，并通过步进电机调整输液瓶高度，构成了一个闭 控制系统。可通过键盘设定所需点滴速度，设定范围可达20~150 滴/分，调整 误差≤ 5%，调整时间≤2 分钟。并可动态显示实时点滴速度。当液面下降到2 ～ 3cm 的警戒值时，可进行声光报警。 主从站之间通过RS-485 总线构成串行通讯网络。主站可对16 个从站进行定 点或巡回监测，查询各从站的实时状态，并可显示其从站号和点滴速度，并可远 程设定各从站的点滴速度，当收到从站发来的报警信号后，能声光报警并显示相 应的从站号，并可手动方式解除报警。 该系统布局合理，运行平稳，控制精度较高，完全达到了题目基本部分的要 求，并基本实现了发挥部分要求。 二、系统方案确定 1、总方案： 分析题目要求，系统为一个主从式测控系统。由通讯网络把主站和多个从站 连成一个系统。通讯网络可采用RS-232 或RS-485 等接口组成。测控从站的功能 可有多种方案实现，但一般都都由控制单元、执行机构和检测单元三部分组成。 下面具体论述分析一下各个部分的方案确定。 2、通讯方案的确定 通讯网络可选用RS-232 或RS-485。RS-232 系统的通讯距离一般小于15 米， 而RS-485 的通讯距离可达1000 多米。考虑到本系统模拟的医院病房的实际情况， 15 米不能满足要求，故采用了RS-485 系统 3、执行机构方案的确定 小型执行机构的驱动元件一般选择直流电机或步进电机。 其中直流电机使用方便，价格便宜，但运动精度较低，难以实现精确的位置 控制。如用直流电机调整输液瓶的高度，将难以控制其精确位置，系统稳定性较 差，较难达到题目的要求。 而步进电机的运动精度很高，可实现精确的步距角运动，由其组成的位置控 制系统定位准确，稳定时间短，一般可采用开 控制。虽然步进电机的控制系统 国大学生电子设计大赛（2003） 相对复杂，但与其驱动控制器匹配使用，控制起来也十分方便，可很容易的构成 数字位置控制系统，因此本系统的驱动元件采用了步进电机，由CPU 通过其驱动 控制器来控制。 4、检测元件的选择 检测液滴和液面有多种元件可选，如电容传感器和光电传感器等等。 电容式传感器在测量高频信号时，精度较高。但液滴速度相对较为缓慢，当 速度为150 （滴/分）时，频率也只有2.5Hz。而电容式传感器测量低频电压的误 差较大，且电容对水的介电常数的变化不大，距离有限。 光电传感器具有很强的感应光信号变化的能力，且信号调整方便，可以很 容易的实现脉冲输出，非常适合用于数字系统，且低频并不影响它的测量精度， 有较高的分辨率。表1 为我们的实验数 ： 表1：光敏对管间不同介质时的电压表(v) 电路 R1 R2 R3 值 空气 有液体 空瓶 电路1 R1=510,R2=5.1k / 9.78 5.0 R3=1k 电路1 R1=1k,R2=5.1k 6.68 9.15 8.l2 R3=1k 电路2 R1=1k,R2=15k 1.039 3.52 2.2