伺服电机。比较上述三种电机，直流电机上电即转动，掉电后惯性较大，停机时还会转动一定角度后才可停下来；转矩小、无抱死功能，如果要求准确停在一个位置，其闭环算法较复杂。步进电机转矩相对直流电机大，价格适中，控制精度较高，适用于较精确的测量中,可有效提高输液速度的控制精度。伺服电机，机械特性较好、输出功率较大、起动转矩大、驱动电路简单、正反转的控制较容易、且具有抱死功能(未上电时电机的转矩非常大)，但考虑到其实际价格动辄就是几千块，故而弃用。综合考虑上述各种电机的特点后，最终选用步进电机。
2.2.6主从机通信方案
方案一：采用无线方式。
常用的无线方式有红外、蓝牙、Zigbee、无线收发模块等。红外方式的传输距离非常有限，而且易受障碍物的干扰，因此不能应用在本系统当中。蓝牙技比较复杂，功耗也比较大。Zigbee技术的标准传输距离为75m，并可扩展至几百米甚至几公里，但是此技术是一个由若干个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，而且现在Zigbee DSSS 2.4G 250kps 3-5公里无线数据采集终端模块的价格在每片1000元左右，若是强行采用此模块势必造成成本过高难以推广。无线收发模块RF905、nRF2401a价格虽然能够接受，但是这种无线模块并不是非常适合运用在楼宇当中，经过测试，在空旷场地上200m范围内没有问题（说明书上说开阔地带为500m，由于条件有限没做测试），但是现代楼宇普遍采用钢筋水泥结构，对电磁波衰减作用非常严重。虽然能够外加功放以使功率提升至30dbm，但是这样增加了成本，同时擅自增大RF辐射功率不仅会对人身健康产生不利影响，而且可能会面临法律上的问题，因此也不宜使用。基于以上原因，否决了无线传输模式，因此只能选择有线传输模式。
方案二：采用有线方式。
常用的有线方式可分为有并行通信和串行通信。并行通信一般在实际当中 用得较少，其特点是传输速度快，但是占用单片机I /O口较多，需要的传输线 也很多，不适合远距离通信,因此弃用而采用串行通信方式。
串行通信又可分为同步传输和异步传输，同步传输一般用于传输信息量大，传输速度要求较高（可达800kb /s）的场合。因为它要求由时钟来实现接收与发送之间的严格同步，对时钟信号相位的一致性要求非常严格，导致其硬件设备复杂，成本高，不宜使用，所以采取异步串行通信方式。结合8051本身，其内部有一个全双工串行口，共有4种工作方式。方式0并不用于通信，而是通过外接移位寄存器芯片实现扩展I/O口的功能；方式1为8位异步通信接口，用于双机通信，在距离小于1.5m时可直接相接利用单片机本身的TTL电平直接传输信息，
为增加通信距离，减少通信及电源干扰，一般采用RS-232-C标准进行通信；方式2、方式3均为9位异步通信接口，其区别仅在于波特率不同，主要用于多机通信，也可用于双机通信。
所以，共有三种方案可供选择：
方案一：采用I2C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SDL、SCL两条通信线。但不适用于较长距离的信号传输。
方案二：采用TTL串行通信 通信技术成熟，具有方案一的优点，仅需要RXD、TXD两条通信线，波特率可调，通信速度快。缺点是易受干扰，不适用于长距离通信。
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。
由于主从机传输距离较短，从最佳性价比出发，选择方案二。
2.3系统总体框图
根据前面的系统分析，本文研究的基于8051单片机的输液监控系统主要有两大部分组成，它们分别是由8051单片机构成的主站、由8051单片机的从站以及主从站之间的数据通信线路。根据前面的方案论证，从站电路主要包含以下几个模块：输液信号采集单元、脉冲整形和A /D转换单元、声光报警单元、数据通信单元和单片机外围电路等，主站电路包括键盘电路和数码管显示电路和通信电路。其中输液信号采集单元完成输液信号的采集工作，脉冲整形和A /D转换单元把采集到的模拟信号变为数字信号以便单片机进行处理，单片机处理完毕后一方面显示输液速度等信息，另一方面根据设定的输液速度对输液速度进行调整。
键盘 主站 8051 数码管显示 从站
声光报警电路步进电机驱动 步进电机 速度检测与液面高度检测电路 储液瓶8051
图2-1 系统的结构框图
第三章 系统的硬件设计
3.1 系统的硬件设计
根据本系统的功能具体要求，本监控系统的硬件设计主要由两大部分组成: 1、从站 中央处理器由8051单片机构成，完成对某一具体的输液控制过程的监控。同时还包括输液信号获取单元，脉冲整形电路和A/D转换单元，声光报警电路，电机控制电路，液面检测电路。其中信号获取单元完成输液信号的采集;脉冲整形和A/D转换电路把采集的模拟信号变为数字信号。声光报警电路用来进行异常报警。
2、主站 中央处理器由8051单片机构成，完成对液体点滴控制和显示。 3.2 从站的硬件电路图及工作原理
从站由8051单片机构成，同时还包括输液信号获取单元，脉冲整形电路和A/D转换单元，声光报警电路，电机控制电路，液面检测电路。其硬件具体检测电路如图所示：
图3-1 从站设计硬件图
3.2 从站各系统单元的设计 3.2.1中央处理单元
本设计采用8051单片机作为中央处理控制器。单片机是微型计算机中的个重要分支，是微型机发展到一定阶段的产物，它的全称是单片机微型计算机。单机是把组成微型计算机的各个功能部件:中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、输入/输出接口(1/0)、定时器、计数器及串行通信接口等采用大规模集成制作在一块芯片中，构成一个完整的微型计算机。它特别适用于控制领域，其结构和指令功能都是按照工业控制要求来设计的，因而又叫做单片微型控制器(Single Chip Mieroeontroller)。在国外也把它叫做单片微型计算器(Single Chip MICrocomputer)。
8051单片机是Intel公司于1980年推出的产品，含有一个8位处理器，128B RAM，21个专用寄存器，4KB的内部ROM，4个8位并行I/O口，一个全双工串行I/O口，两个16位定时器/计数器。符合本次设计的要求，所以采用8051单片机。
3.2.2点滴信号检测单元
此单元用来检测是否有液滴滴下，其传感器部分采用红外对射式光电传感器，如图３－２所示：
图3-2 点滴信号检测电路
红外对射传感器是由红外发射管和受光管组成的，它的主要功能是实现电—红外线—电的转换。由于红外光波长比可见光长，受可见光影响较小，其红外系统具有尺寸小、重量轻、易于安装等优点。因此是检测液滴滴速的首选传感器。为了减少环境光源的干扰、增强信噪比，采用脉冲调制的方式。
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