基于单片机的输液滴速控制系统设计

电气自动化毕业设计题目：基于单片机的输液滴速控制系统设计本任务及要求：以单片机为核心，设计一个液体点滴速度监测与控制的系统，能检测点滴速度，控制点滴速度，并能发出报警信号。系统采用主站控制从站的有线监控系统方式实现医疗输液过程的群控。设计的主要内容是完成群控系统控制装置的软、硬件设计及调试。设计包括：1、总体方案的确定；2、单片机的选择；3、各模块电路的设计；4、软件设计；5、各模块调试；6、编写设计说明书等。一、进度安排及完成时间：1、第二周：明确课题任务及要求，搜集课题所需资料，掌握资料查阅方法，了解本课题研究现状、存在问题及研究的实际意义。2、第三周至第四周：查阅相关资料，自学相关内容，确定课题总体方案，明确课题任务，确定个人研究重点，做好文献综述、开题报告。3、第七周至第十周：根据自己研究的方向，确定自己的总体设计方案，设计硬件总体模块图及软件模块图。4、第十一周至第十三周：完成本系统的软、硬件设计及调试。5、第十四周至第十七周：整理资料，撰写毕业设计论文。6、第十八周答辩。目录摘要Abstract第1章单片机及多单片机应用系统1.1单片机的概述1.2单片机的特点与应用1.3MCS-51单片机的基本组成1.3.1MCS-51单片机的内部结构及管脚功能1.3.2单片机最小系统构成1.4多单片机控制系统的概述1.5单片机在输液点滴的研究现状1.6课题的主要内容及发展前景1.6.1课题的主要内容1.6.2课题的发展现状与前景展望第2章系统方案确定2.1系统设计要求2.2系统设计总体方案2.3系统各模块方案选择2.3.1单片机型号的选择2.3.2点滴速度检测和液面检测方案的论证与比较2.3.3滴速控制方案的论证与比较2.3.4电机控制算法的选择2.3.5键盘、显示及声光报警部分2.3.6主从站协议部分第3章硬件设计3.1系统硬件设计3.2主站及通信网络的设计3.2.1主站硬件电路设计3.2.2通信网络设计3.3从站电路设计3.3.1滴速检测与液面检测电路设计3.3.2键盘显示电路设计3.3.3步进电机驱动电路设计3.3.4报警电路和通讯网络设计第4章软件设计4.1主站软件设计4.1.1主站总体流程设计4.1.2键盘显示程序设计4.1.3报警程序设计4.1.4与从站通讯4.2从站软件设计4.2.1系统定义和总体流程4.2.2滴速和液面判断及报警4.2.3滴速控制程序设计4.2.4键盘及显示程序设计4.2.5与主站通信第5章系统调试、抗干扰及制板5.1系统调试5.2单片机应用系统中常见的干扰现象及影响5.2.1常用硬件抗干扰与保护措施5.2.2软件抗干扰5.3PCB板设计结束语参考文献致谢附录附录A主站程序附录B从站程序附录C主站硬件电路总图附录D从站硬件电路总图附表E3D效果图基于单片机的输液滴速控制系统的设计摘要：近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。本系统以Atmel89C52单片机为核心，辅以步进电机驱动、键盘、LCD显示、LED显示、光电传感器数据采集等外围电路组成，实现了一个主站控制多个从站的有线液体点滴速度监控系统。电机控制使用了模糊控制的控制算法，可以有效的减小超调量和静态误差，缩短调节时间。主站使用LCD显示，用户界面友好。关键字：单片机；驱动；键盘；光电传感器摘要Thedesignoftheliquidinputingsystembasingonone-chipcomputerAbstract:Withthedevelopmentatfullspeedofscienceandtechnologyinrecentyears,theapplicationoftheone-chipcomputerisbeingmovedtowardsdeepenningconstantly,drivetraditionisitmeasurecrescentbenefittoupgradedaytocontrolatthesametime.Inmeasuringinrealtimeandautomaticallycontrolledone-chipcomputerapplicationsystem,theone-chipcomputeroftenusesasakeypart,onlyone-chipcomputerrespectknowledgeisnotenough,shouldalsofollowtheconcretehardwarestructure,anddirectagainstandusethesoftwareoftarget'scharacteristictocombineconcretly,inordertodoperfectly.Thesystemisdesignedtoconstructawiredmonitorsystemofamasterstationcontrollingmultipleslavestations,withaone-microcontrollerAtmel89C52asthekey,complimentedbysteppermotordrive,keyboard,LCDdisplay,LEDdisplayandphotoelectriccensordatacollectionoutsidecircuit.Thecombinationoffuzzycontrolworkingonthemotordrivecaneffectivelyreducetheamountofoverregulatingandstableerrorandshortenthetimeofadjusting.Keywords:one-chipcomputer；drive；keyboard；photoelectricAbstract第1章单片机及多单片机应用系统1.1单片机的概述单片机，也称单片微型计算机，是微型计算机家族中的一员，它以独特的结构和超群的优点，深得各个领域的青睐，应用十分之泛，近年来发展极其迅速。世界上的各个半导体厂商都抓住这个机会，推出自己的产品，一时间单片机如雨后春笋般蓬勃发展和流行起来。在近30年的时间里，电子计算机的发展经历了从电子管、晶体管、中小大体集成电路到大规模集成电路四个阶段，尤其是随着大规模集成电路技术的飞跃发展，20世纪70年代初诞生的单片机微型计算机，使得计算机应用日益广泛。而单片机的问世，更进一步推动了计算机应用技术的发展，使计算机应用渗透到各行各业，达到了前所未有的普及程度。1.2单片机的特点与应用一、单片机的特点：（１）重量轻、耗电少、价格低、电源单一。（２）抗干扰能力强、可靠性高。芯片本身是按工业测控环境设计的，其抗工业噪声干扰优于一般的通用CPU；程序指令及常数、表格固化在ROM中，不易被破坏；许多信号通道均在一块芯片内。（３）集成度限制，片内存储器容量较小。一般ROM小于8KB，RAM小于256个字节，但可在外部扩展，通常ROM、RAM可分别扩展至64KB。（４）面向控制，控制功能强，运行速度快。其结构组成与指令系统都着重满足工控要求。指令系统中均有极其丰富的条件转移指令，I/O口的逻辑操作及位处理功能。一般来说，单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的其它微处理器。（５）开发应用方便，研制周期短。片内具有计算机正常运行所必须的部件，芯片外部有许多供扩展用的三总线以及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各规模的计算机应用系统。二、单片机的应用单片机具有体积小、使用灵活、成本低、易于产品化、抗干扰能力强、可在各种恶劣的条件下工作等特点。特别是它强大的面向控制的能力、使它在工业控制、智能仪表、外设控制、家用电器、机器人、军事装置等方面得到广泛应用。（1）单片机在智能仪表中的应用在各类仪器仪表中，引入单片机使得仪器仪表数字化、智能化、微型化功能大大提高，例如精密数字温度计、智能电度表、微机多功能PH测试等等。（2）单片机在工业测控中的应用。用单片机可以构成各种工业测控系统、自适应控制系统、数据采集系统等，例如MCS-51单片机控制电镀生产线、温度人工气候控制、报警系统控制、IBM-PC/XT和单片机组成的二级计算机控制系统等。（3）单片机在计算机网络与通信技术中的应用MCS-51系列单片机具有通信接口，为单片机在计算机网络与通信设备中的应用提供了良好的条件，例如MCS-51系列单片机控制的串行自动呼叫应答系统、列车无线通信系统、MCS-51单片机无线遥控系统等。（4）单片机在日常生活及家电中的应用单片机越来越广泛应用于日常生活的智能电器产品以及家电中。例如电子秤、银行计息电脑、电脑缝纫机、心率监护控制、彩色电视机、电冰箱控制、洗衣机控制等等。（5）单片机与Internet随着网络技术的发展，Internet已经成为信息社会的重要组成部分，Internet技术已经深入到日常生活中和工作中。Internet技术得以迅速发展，其主要推动力之一是标准成熟的PC工业。无论是PC机的硬件平台，还是软件操作系统，都要求高度标准化，上网方式也大同小异。而对于各类家用电器和智能装置，情况就不同了，它们的心脏多是单片机，但由于单片机芯片品种繁多，其结构和指令系统也各不相同，因此，它不能像PC机那样通过标准的硬件接口和接口软件直接接到Internet，如果能够将各类智能装置或家用电器与Internet连接起来，一方面可充分利用Internet资源，另一方面还可获得一些电子设备信息。由此可见，单片机与Internet的紧密结合将为单片机应用系统的发展开创另一片天地。机电一体化是机械工业发展的方向。它是通过机械技术与微电子技术、信息技术紧密结合而成的一个新的学科领域。这种结合形成一种技术趋势，涌现了崭新的产品及先进的制造技术，因而使整个机械、仪表、控制的产品结构发生根本变化。机电一体化产品是指机械微电子技术、机电转换技术、自动控制技术与计算机于一体，具有智能化特征的机电产品。采用单片机作为机电产品的控制器，可充分发挥其体积小、功能强、可靠性高、价格低、安装灵活方便等优点，提高产品的自动化、智能化水平。1.3MCS-51单片机的基本组成1.3.1MCS-51单片机的内部结构及管脚功能一、MCS-51单片机的内部结构MCS-51单片机的功能框图如图1.1所示。在一块小芯片上集成了一个微型计算机的各个部分，其核心部分是中央处理器CPU，它由运算器和控制器两大部分组成。运算器用来完成算术运算、逻辑运算和进行位操作，由算术逻辑单元（ALU）、位处理器、累加器ACC、寄存器B、暂存器TMP1和TMP2等组成。控制器是用来统一指挥和控制计算机进行工作的部件，它由控制逻辑、内部振荡电路OSC、指令寄存器及其译码器、程序计数器PC及其增量器、程序地址寄存器、程序状态字寄存器PSW、RAM地址寄存器、数据指针DPTR、堆栈指针SP等组成。图1.1MCS-51单片机内部结构二、MCS-51单片机的管脚功能采用HMOS制造工艺的MCS-51单片机都采用40管脚双列直插式封装；而采用CHMOS制造工艺的80C51/80C31,除采用40脚双列式直插式封装外，还有用方形的封装方式。如图1.2所示为双列直插式封装单片机管脚图。图1.28031管脚各管脚功能说明如下：⑴电源管脚VCC(40脚):接＋5V；VSS（20脚）：接地。⑵时钟信号脚XTAL1(19脚),XTAL2(18脚):外部时钟信号脚。⑶控制线1）RST/Vpd(9脚):当作RST使用时，为复位输入端；当作为Vpd使用时，当VCC掉电下，可作备用电源。2）/Vpp（31脚）：为访问内部或外部程序储存器的选择号。对片内RPROM编程时，Vpp接入21V编程电压。3）ALE/（30脚）：当访问外部储存器时，ALE信号的负跳变将P0口上的低8