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液体点滴速度监控装置一、任务设计并制作一个液体点滴速度监测与控制装置，示意图如右图所示。二、要求1、基本要求（1）在滴斗处检测点滴速度，并制作一个数显装置，能动态显示点滴速度（滴/分）。（2）通过改变h2控制点滴速度，如右图所示；也可以通过控制输液软管夹头的松紧等其它方式来控制点滴速度。点滴速度可用键盘设定并显示，设定范围为20~150(滴/分)，控制误差范围为设定值10%1滴。（3）调整时间≤3分钟（从改变设定值起到点滴速度基本稳定，能人工读出数据为止）。（4）当h1降到警戒值（2~3cm）时，能发出报警信号。2、发挥部分设计并制作一个由主站控制16个从站的有线监控系统。16个从站中，只有一个从站是按基本要求制作的一套点滴速度监控装置，其它从站为模拟从站(仅要求制作一个模拟从站)。（1）主站功能：a．具有定点和巡回检测两种方式。b．可显示从站传输过来的从站号和点滴速度。c．在巡回检测时，主站能任意设定要查询的从站数量、从站号和各从站的点滴速度。d．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；可用手动方式解除报警状态。（2）从站功能：a．能输出从站号、点滴速度和报警信号；从站号和点滴速度可以任意设定。b．接收主站设定的点滴速度信息并显示。c．对异常情况进行报警。（3）主站和从站间的通信方式不限，通信协议自定，但应尽量减少信号传输线的数量。（4）其它。三、评分标准四、说明1、控制电机类型不限，其安装位置及安装方式自定。2、储液瓶用医用250毫升注射液玻璃瓶（瓶中为无色透明液体）。3、受液瓶用1.25升的饮料瓶。4、点滴器采用针柄颜色为深蓝色的医用一次性输液器（滴管滴出20点蒸馏水相当于1ml±0.1ml）。5、赛区测试时，仅提供医用移动式点滴支架，其高度约1.8m，也可自带支架；测试所需其它设备自备。6、滴速夹在测试开始后不允许调节。7、发挥部分第（2）项从站功能中，c中的“异常情况”自行确定。1.液体检测检测是系统精度的关键部位，其检测不准将影响系统的控制精度。因此在选用检测部件时应尽量减小检测误差，经过理论分析与实验，选用了回归反射型与扩散反射型光电传感器能达到检测精度。（1）检测原理光电液体检测其主要利用光在通过介质时产生的反射和折射现象来改变光的方向和光量的大小来实现的。回归反射型光电传感器是将投光器同受光器按一定角度关系封装在同一传感器壳内。投光器发出的光束需经反射板反射至受光器，受光器通过检测射入光量的多少来判断物体的有无。由于红外光在通过液体时伴有反射与折射现象同时对红外线有一定的吸收作用，故从投光器发出的光束经过被测介质后再反射回来的光通量大大削弱，从而可判断出液体的有无。液位检测原理图测速原理：传感器检测电路主要由红外发光二极管、红外接收二极管。无液滴低落下时，接收管接收到的光强较强。有液滴滴落下时，下落中的水滴对红外光有较强的漫反射、吸收及一定的散散射作用，导致接收光强的较大改变,进而引起电平的改变（2）液滴速度的检测为了保证检测精度，同时考虑低速时响应的时间，根据液滴速度的检测采用两种方式：（1）当设定值大于40（滴/分）时采用前五次与当前值取平均，（2）当设定值小于40（滴/分）时采用前一次与当前值取平均，信号处理电路由于是通过红外光电传感器（CX-29/24）型号来透明液体进行检测，检测到的物理量经传感器所反馈的电信号十分微弱该信号存在干扰。所以应对反馈的电信号进行放大、滤波、整形，以产生标准的数字脉冲。信号处理原理图2.键盘方案的选择方案一采用矩阵式键盘，此类键盘采用矩阵式行列扫描方式，优点是当按键较多时可降低占用单片机的I/O口数目，缺点为电路复杂且会加大编程难度。方案二采用独立式按键电路，每个按键单独占有一根I/O接口线,每个I/O口的工作状态互不影响，此类键盘采用端口直接扫描方式。缺点为当按键较多时占用单片机的I/O口数目较多，优点为电路设计简单，且编程极其容易。综合考虑两种方案及题目要求，方案一需要８个I/O口，方案二需要１１个I/O口，由于系统资源足够用，故采用方案二。3.显示界面模块方案一：采用LED数字显示。只能显示有限的符号和数字，硬件连线较多，不便于制作和调试，同时不适应大信息量的显示。方案二：液晶显示器有微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，而LCD1602采用4位数据方式可以减少I/O口，显示字母和数字比较方便，控制简单，成本较低。4.报警装置蜂鸣器(3)执行部件方案一：采用直流电动机直流电动机具有良好的起、制动性能，易于在广泛范围内平滑调速，容易得到满意的动、静态性能，但其不能进行定位，即使采用变速齿轮箱锁定，定位也不准确。直流电动机碳刷产生火花，对单片机系统产生电气噪声干扰，甚至使系统无法工作。方案二：采用步进电动机步进电动机可以用数字信号直接进行开环控制，易于起动、停止、正反转及调速，响应快速。它的速度可在相当宽的范围内平滑调节，停止时具有定位转矩。其位移与输入脉冲信号数相对应，步距误差不积累，可以组成结构较为简单而又具有一定精度的开环控制系统，也可在要求更高精度时组成闭环控制系统。并且整个系统简单廉价。3.1电机控制电路系统将点滴速度采集信号进行处理后在相应的单片机的I/O控制口输出步进电机的控制信号，为了更方便稳定的控制步进电机,系统使用的是L298N和L297的组合电路控制步进电机。L297的enable，cw/ccw，clock，,,half/full分别控制步进电机的输使能、方向控制端、时钟输入端、半步、全步方式选择端。L298是放大信号，L298N的OUT1-OUT4分别与步进电机的四相输入相连接。4.控制策略滴斗高度h2和液滴速度N成正比例关系，近似比例系数K2；液滴检测部件可被近为时滞环节；该系统中的步进电机相当于一个积分环节，脉冲数n与滴斗高度h2的比例系数为K1。由于这个积分环节的存在，且系统存在检测延时，使微分作用不明显，所以我们用比例控制器来实现调节控制功能，其比例系数为Kp。原理框图如图–5.程序流程图是否有报警？显示当前滴速和给定的点滴速度显示READY有键按下设定键？确认键？判断工作方式滴速小于给定值滴速大于给定值滴速等于给定值开始电机正转电机反转电机不动作判断有无修改键按下？NNNNYNYYY