液体点滴速度监控系统的设计 - 图文(4)

传感器的作用就是将被测物理量变化过程的信号按照一定的规律转化成为适于传输和记录的电量(电压或电流)信号。传感器输出的电量信号通常比较小，不能直接用来显示、记录及进行A/D转换因此，我们需要有一个环节，把微弱的信号放大调整到能与A/D转换器输入电压相匹配的幅度。信号放大就是把前面由光电传感器所采集到的光电信号转换成为能够处理的电信号。R1为红外线发光二极管的限流电阻，R2起到电流转换为电压的作用。当有液滴滴落时，滴落的液滴把发射管发射的红外光挡住，光敏二极管产生数值非常小的暗电流，再经过电阻R2时，R2就把光敏二极管上的光通量变化转换成了R1上的电信号的变化，再通过整形和A/D转换，最后送入到单片机中进行处理。

本系统用光电传感器ST178来检测单位时间内点滴下落的个数，ST178为单电源反射式光电传感器，内含有一个红外发光二极管，一个光敏三极管（用来接收反射回来的红外光）。当发光二极管发出的红外光大部分被光敏三极管接收时，接收端光敏三极管导通；光敏三极管接收到的反射红外信号微弱时，接收端光敏三极管截止。具体电路形式如图。

在图 中，向下的那个脉冲就是由于液滴落下时，液滴挡住一部分的红外线使得红外线光敏二极管只能部分接收到红外线发光二极管所发出的红外线形成的脉冲，它的脉冲个数是和液滴的个数一一对应的，也就是说，只要能够数出脉冲的个数也就是知道了液滴的滴数了。

3.2.3点滴信号的比较、滤波、整形电路

传感器输出信号通常可以分为两类:一类为模拟量，例如压力、温度、加速度等的测量;另一类为数字量，例如用光电或电磁传感器测量转速等的测量。对模拟量信号进行调整匹配时，需要经过放大电路、调制与解调电路、滤波电路、采样保持电路、A/D和D/A转换电路等。而对数字信号进行调整匹配时，通常只需使信号通过比较器电路及整形电路、控制计数器计数即可。因此是属于上面说的第二类，只要进行比较和整形即可。

本单元就是对由光电转换单元传出的数字信号进行整形和模数变换，以便实现和单片计的接口问题。在本设计中所用的比较器是 LM339A，主要是利用了它的单限比较器。

在本单元中所用的比较器是LM339A是单比较器，LM339A是晶体管结构，输出级是集电极开路结构。它具有失调电压平衡调节端(或用作选通端)，并且具有连接负载都多样性及输出电流可达5OmA的特点。

光电传感器输出

P3.2

图3-3 比较、整形、滤波电路

3.2.4 液位检测单元

同点滴速度检测部分一样，考虑到系统的医用卫生标准，医用吊瓶中应尽量避免异物进入，选择红外探测方案。虽然吊瓶壁厚度和外直径都比滴斗大的多，但在增大了红外发射功率后，通过有水和无水的储液瓶接收信号差异还是可以达到30~40mV，这说明红外探测对于越限报警电路来说也是可行的。由于越限报警电路只需要在液面下降到红外发射接收通路高度以下时发出警报，所以就考虑使用和点滴速度一样的设计电路，然后通过连接到计数器/定时器T1上，通过T1的电平的变化，即可知道液面是否到达警戒液面，然后报警。这样，电路可以简单、明了，易于检测液面。

图3-4 液面检测单元

3.2.5检测电路的抗干扰措施

电路中使用光电传感器检测点滴速度和警戒值。这样系统检测信号受到可见光以及测量调节中点滴抖动的影响，要使检测到的信号尽量准确，需要对系统电路进行抗干扰处理。

（1）防止可见光干扰 电路中使用了光电传感器，在接受到发送的红外线的同时，将会接收可见光。当可见光的强度足够大时，将会影响到接收的红外光信号的精度。抗可见光干扰可以使用在光电传感器探测头加遮光罩，或使用脉冲频率调制的方法。由于系统电路中使用直流电源给光电传感器提供工作电压，所以本系统使用在光电传感器探测头上加遮光罩。

要检测点滴速度及通过改变h2高度实现对点滴速度的控制，所以测量时被测装置将会移动，当光电传感器和被测装置之间不能紧密连接时，检测到的信号误差，所以要减小被测装置移动时产生的抖动干扰。本系统中将光电传感器固定在被测装置上，以减小被测装置移动时产生的抖动干扰。

当储液瓶中液面晃动时，会使光敏传感器产生误报警，利用单片机检测信号时，适当加上一段时间的延迟，待系统稳定时再测，可以减小液面晃动时产生的干扰。 （3）干扰的软件处理。如下图，是单片机输入信号的正常波形和异常波形 。

图3-5 单片机输入信号

（2）防抖动干扰 电路中需要检测储液瓶中液面高度以实现报警，同时需

检测到正常波形时脉冲宽度是t mS，若软件采集脉冲波形上升沿，则检测到异常波形时，软件在t mS 时间内只默认采集了一个上升沿，即将另一个上升沿屏蔽掉，这样软件就能将异常波形转换成正常波形进行处理。

3.2.6声光报警电路

本设计采用一个蜂鸣器与一个发光二极管实现声光报警。当传感器检测液位低于预设值或传感器检测不到有液滴下落时，从站单片机控制蜂鸣器报警灯工作，在发出声光报警的同时向PC主站发出报警信息。

设计中的声光报警单元分为两部分:一是光报警。它是利用8051的I/0口控制驱动发光二极管工作实现光报警的功能。二是声报警。它是利用蜂鸣器发出声

音提示人们。在本设计中光报警所使用的是在8051的P3.4脚上接一个发光二极管，当报警信号来临时，它发出一亮一灭闪烁信号通知护士人员。

声报警部分它时利用报警器来完成的。现在市场上的报警器的种类很多，比如:扬声器。蜂鸣器灯，本设计中选用电磁式蜂鸣器作为报警器。电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。

图3-6 声光报警单元

P3.4

3.2.7 步进电机驱动单元（高度调整单元）

这部分主要由步进电机及其驱动电路和一定的机械结构组成。电机安装在地面，电机的主轴上缠绕一根软线，软线通过支架顶部的滑轮系在储液瓶上。通过电机的旋转可调节点滴装置的高度。

步进电机是纯粹的数字控制电动机，由电脉冲信号即可转变成角位移，比其他类型的电动机更适合于本系统，故选用步进电动机。本系统中使用步进电机来控制h2的高度，以控制点滴速度。此次设计采用42BY015型步进电机，采用NOMS管IF530构成如图所示的驱动电路。该电路的特点是无反向电流灌放电路，最大驱动电流达1安培。由于8051单片机I/O口得复位电平为“高”，为了避免开机瞬间由于NOMS管导通对步进电机造成损坏，在单片机I/O口和NMOS管之间加74HC04构成的反向器，以改变驱动逻辑。

图3-7 电机驱动电路

3.2.8 主从站接口电路

主从站通信采用TTL串行通信，TTL通信技术成熟易于实现多机通信并且通信线路简单，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，由于此次设计不需要长距离通信，所以使用TTL串行通信。连接方面，直接用两根通信线连接主从站的RXD、TXD两个接口，方便、实用简洁。

图3-8 从站通信接口图

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