全国大学生电子设计竞赛论文

时间：2025-04-26 来源：未知

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电子设计竞赛

全国大学生电子设计竞赛论文

液体点滴速度监控装置

作者：刘月龙曹中平王善磊作者单位：吉林大学

指导教师：曹军胜李宝华王剑钢

获奖情况：第六届全国大学生电子设计竞赛二等奖

第六届全国大学生电子设计竞赛吉林赛区一等奖

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题液体点滴速度监控装置

作者：刘月龙曹中平王善磊作者单位：吉林大学

指导教师：曹军胜李宝华王剑钢

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液体点滴速度监控装置

摘要

本系统以89C52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电路组成，实现了一个由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。主机使用LCD显示，用户界面友好。该设计较好地实现了液体点滴速度监控装置的所要求的功能。

Abstract

The system is designed to construct a wired monitor system of a master station controlling multiple slave stations,with a micro-controller 89C52 as the key, complimented by stepper motor drive, keyboard, LCD display, LED display and photoelectric censor data collection circuit. The combination of fuzzy control working on the motor drive can effectively reduce the amount of over regulating and stable error and shorten the time of adjusting. The whole system realized the function demand of liquid dropper speed monitor well and achieved high technique index.

一、方案论证与比较

1.点滴速度控制方式

方案一：改变输液瓶高度控制点滴速度。在输液管截面积确定的条件下，利用储液瓶高度不同所引起的液体压强差的改变，实现对点滴速度的控制。

方案二：改变输液软管截面积控制点滴速度。

在输液瓶高度确定的条件下，通过改变输液管导通截面积实现点滴速度的控制。

方案一中的高度控制可利用小型电机实现，具有结构简单、控制精度高等特点。方案二因为输液软管的截面积较小且形变后恢复速度较慢，难以实现点滴速度的精确控制，所以采用方案一。

2.点滴速度及储液瓶液面数据采集部分

方案一：采用金属电极检测点滴速度信号以及储液瓶液面信号

原理如图1所示。利用药液的导电特性实现液滴速度及储液瓶液面信号的检测，通常电极采用不锈钢等耐腐蚀材料制成。

方案二：采用光电传感器检测点滴速度以

图1

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及储液瓶液面信号。

原理如图2所示。发光二极管发射的平行光束穿过茂菲氏滴管投射到光敏三极管的感光面上，在没有液滴滴落时，光敏三极管接收到的光照度最大，产生的光电流也最大，当有液滴滴落时，由于液滴的形状特性，使平行光束发散，投射到光敏三极管上的光照度将减弱，从而使光敏三极管产生的光电流减小，形成如图8所示的脉冲。液位检测的基本原理与液滴检测基本相同。但实验证明在低液面（2cm~4cm）的情况下，进气所形成上升气泡在液面的聚集与运动，使平行光束的发散效应

2 明显增强。图

电极接触控制方式原理简单，易于实现，可靠性强，但会导致药品污染，危及患者安全。而光电控制方式虽然结构复杂，易受外界光源影响，但可防止药品的污染，保证患者用药安全，所以系统采用方案二。

3.电机控制算法的选择

步进电机控制算法的选择直接影响到系统的性能和技术指标，在本系统的设计中起着关键的作用。较为可行的方案有：

方案一：采用模糊控制。其优点是不需要精确知道被控对象的数学模型，而且适用于具有较大滞后特性的被控对象。缺点是静态误差不容易控制。

方案二：采用PI控制。其优点是理论和技术都很成熟，在单片机上较易实现，可以达到较小的静态误差。

方案三：采用模糊控制与PI控制结合的算法。

根据题目对控制精度要求并不高，因此采用方案一。

4、主从机通信协议部分

方案一：采用并行总线方式。多机通信时，结构复杂。

方案二：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SDA，SCL两条通信线。但是不适合较长距离的信号传输。

方案三：采用TTL串行通信。通信技术成熟，具有方案二的优点，仅需要TXD，RXD两条通信线，波特率可调，通信速度快。缺点是TTL信号容易受干扰，不利于长距离传输数据。