智能化的液体点滴速度监测与控制装置.doc

江苏城市职业学院宜兴办学点毕业论文 PAGE PAGE 1 共32页 液体点滴速度监控装置 Moniting and controlling system of liquid drop speed 摘要：利用单片机设计并制作一个智能化的液体点滴速度监测与控制装置。该装置由水滴速度测试系统、水速控制系统、显示装置、单片机系统、键盘和报警等系统组成。应用水的压强随着高度差的变化而变化的原理，利用控制步进电动机的升降来控制点滴速度。点滴速度可用键盘来设定，设定范围为20~150(滴/分)，控制误差范围在10%1滴左右。从改变设定值起到点滴速度基本稳定整个过程的调整时间小于3分钟。同时在水到达警戒线以下时能发出报警信号。 关键字：点滴速度，红外传感，步进电动机，52单片机 引 言 目前大小医院中所使用的静脉输液器都是悬挂在病人的上首才能输液，输液速度难以准确限制，这对特护病人和对输液速度有较严格的病人是不方便的。目前的输液监控报警器笨重、体积大、价格太高，增加医院和病人的费用。所以如果有液体点滴速度监控装置，必将深受医务人员和病人的欢迎。因为它有许多的优点，如：可以用按键准确控制速度，可以报警，设备结构简单，费用低等。所以对液体点滴速度监控的研究十分有意义。 目录 摘要 引言 一、方案比较，设计与论证 控制方案比较 液滴检测方案比较 通信方案比较 二、理论分析 1．PID控制算法 三、系统设计 系统结构图 主站部分 从站部分 通信部分 四、调试 硬件调试 软件调试 软硬综合调试 五、数据指示测试 测试仪器 测试方法 测试数据 测试结果及误差分析 六、总结 七、附录 参考文献 主要元器件清单 程序清单 一、 方案比较，设计与论证 1.控制方案比较 方案一：（见图F—1—1）此方案是传统的二位模拟控制方案，其优点是电路简单，易于实现。但模拟控制方式难以把精度做得很高，难以实现题中键盘设定和动态显示滴速及远程通信功能 电机继电器数 电 机 继 电 器 数 据 采 集 信 号处理 放 大 信号 上限比较 流速设置下限比较 流速设置 下限比较 图F—1—1 方案二：（见图F—1—2）此方案采用89C52单片机系统来实现，可用软件实现复杂的算法和控制。这种方案方便地实现了题中键盘设定和动态显示滴速等的功能，并且可以实现主从站通信的扩展功能。本设计采用了方案二。 E2PROM电源电路89C52故障报警故障报警电 机数据采集通信接口看门狗电路数据显示键盘设定 E2PROM 电源电路 89C52 故障报警 故障报警 电 机 数据采集 通信接口 看门狗电路 数据显示 键盘设定 图F—1—2 2.液滴检测方案比较 方案一：可见光发光二极管与光敏三极管传感电路。由于系统外界光源会对光敏二极管的工作有很大的干扰，一旦外界光亮度改变，就会影响对液滴的判断。如果采用超强亮度发光管可以减小干扰，但功率损耗大。所以方案一不可取。 方案二：不调制的红外对射传感器。由于直接采用直流电压对发光管进行供电，考虑到平均功率的限制，工作电流不能高于元件的额定值，对透壁照射有一定的困难且仍然容易受到外部光源等干扰。 方案三：脉冲调制的红外对射传感器。红外发射管的最大工作电流是由其平均电流决定的，采用占空比小的调制信号，在平均电流不变的情况下，瞬间电流会达到很大，大大提高了信噪比，提高了系统的抗干扰能力。 3.通信方案比较 方案一：使用RS-485总线方式。RS-485作为一种多点差分数据传输的电气规范被应用在许多不同的领域作为数据传输链路。目前在我国应用的工业控制现场中，大多使用RS-485半双工或全双工异步通信总线，它也是被各个研发机构广泛使用的数据通信总线。但是，基于在RS-485总线本身存在的许多局限性，随着科技的发展，RS-485的总线效率低、系统的实时性差、通信的可靠性低、后期维护成本高、网络工程调试复杂、传输距离不理想、单总线可挂接的接点少、应用不灵活等缺点慢慢的暴露出来。 方案二：使用CAN总线方式，CAN-bus总线在通信能力、可靠性、实时性、灵活性、易用性、传输距离、远成本低等方面有着明显的优势，是业界最有前途的现场总线之一。基于RS-485总线与CAN总线性能的综合比较，我们决定放弃传统的RS-485总线，而采用优点众多的CAN总线作为系统的通信总线。PCA82C250是一种CAN总线收发器，我们使用它作为我们的通信收发器，以实现基于CAN总线物理层（ISO11898标准）的通信。 因此本设计采用方案二。 二、理论分析 1.PID控制算法 PID是一种在单片机控制中常用的算法，PID控制由于其具有控制方法简单、稳定性好、可靠性高和易于现场调试等优点，被广泛应用于工业过程控