智能输液监控系统的设计优质毕业设计.docx

本科毕业设计说明书智能输液监控系统设计燕 山 大 学 里仁学院06月本科毕业设计说明书智能输液监控系统设计学 院： 里仁学院 专 业 学生姓名： 学 指导老师： 侯培国 答辩日期：6月19日任务书 燕山大学毕业设计(论文)任务书学院：电气工程学院 专业(方向)：仪器科学和工程系 学号学生姓名专 业班 级里仁检测12-1班题目题目名称智能输液监控系统设计题目性质1.理工类：工程设计 （ ）；工程技术试验研究型（ ）；理论研究型（ ）；计算机软件型（ ）；综合型（ ）。2.文管类（ ）；3.外语类（ ）；4.艺术类（ ）。题目类型1.毕业设计（ ） 2.论文（ ）题目起源科研课题（ ） 生产实际（ ）自选题目（ ） 主要内容静脉输液监控常采取人工方法，输液完成时，如未立即换药或拔针头，将会出现回血、空气进入血管形成空气栓塞、凝血堵住针头等情况，严重影响者用药安全。研究设计一个输液监控系统，能对输液总量进行控制、并检测输液速度，输液完成时给出提醒信号，必需时自动断液，经过无线通讯系统进行区域管理基本要求6设计一套输液监测方案，实现药液重量实时测量7.设计检测系统，实现检测、输液进度测算、异常报警功效8.给出无线通讯及区域管理方案9.绘制完整设计图纸10.完成毕业设计论文参考资料3.汪义旺.基于无线传感网络智能输液监控系统设计.测控技术.，NO4.刁惠民.静脉输液监控系统在个体化静脉输液中应用.护理学报.，NO.10周 次1 4 周 5 8 周9 12 周 13 15 周16 17 周应完成内容搜集资料，了解输液监控基础要求及常见方案，设计本监控系统方案硬件设计、开发、调试软件设计及试验完善系统功效，撰写论文撰写论文毕业设计答辩指导老师：侯培国职称： 教授 年 月 日注：周次完成内容请指导老师依据课题内容自主合理安排。摘要 本设计是基于现在输液过程存在这么或那样医疗隐患而设计一套智能输液监控系统。经过对控制芯片、传感器、通信方法和点击应用比较和分析，选择出了各部分最优方案。其中，输液检测部分本设计选择是HX711称重传感器，经过对剩下液量重量来判定输液是否完成，和反馈给护士台，使护士台做出一系列反应。假如输液完成，会发生报警。本系统包含下位机和上位机软件设计两大部分,下位机关键功效是把输液病人信息传送到护士站,能够进行良好通信。硬件发送电路板用在病人端，是以STC89c52RC控制芯片设计，并辅以必需外围电路，实现液滴检测，声光报警、数码显示等功效，再经过nRF2401无线传输模块把数据传输出去。接收板和上位机进行连接并放在护士站，接收板接收数据后经过USB2.0接口把数据直接传送到上位机。上位机远程监控平台能够和输液监控器无线组网，同时实现对多台监控器监控和管理。医护人员能够随时观察到每个病人输液情况,一旦出现异常情况,护士能够立即处理。输液结束报警,护士立即拔针或换药,避免血液回流。关键词：单片机STC89C52RC，hx711称重传感器，上位机，报警AbstractSquare root of this design is based on the existence of one kind or another medical infusion process hazard and design a set of intelligent infusion monitoring system. Through the control chip, sensor, communication mode, and click on the application of moths comparison and analysis, choose the optimal scheme of each part. Place machine and superordination machine under this system, including the software design of two parts, the next bit machine design including sending board design and receive board design, its main function is to put the transfusion patient information transmitted to the nurse station, can be good communication. Hardware circuit board sent on the patient side, based on 89 c52 chip design, supplemented by necessary peripheral circuit, realize the droplet detection, sound and light alarm, digital display, and other functions, and then the data transfer out by nRF2401 wireless transmission module. Receiving plate and upperKeywords:microcontroller STC89C52RC、HX711weighing sensor、upper computer、give an alarm目录摘要IAbstractI第1章 绪论11.1课题背景、目标和意义11.1.1 课题背景11.1.2课题研究目标和意义21.2 中国外发展史21.3 设计关键内容4第2章 研究方案及选择52.1输液监控系统组成52.2系统工作原理52.3硬件方案设计和对比分析62.3.1控制方案选择62.3.2液滴检测方案选择102.3.3通讯方法选择102.3.4显示模块选择122.3.5报警模块选择132.4本章小节14第3章 系统硬件电路设计153.1称重传感器153.2键盘输入163.3显示模块173.3报警模块183.4断液模块193.5无线通讯模块203.6本章小节21第4章 区域管理方案234.1区域管理上位机管理软件开发234.1.1软件系统设计标准234.2.2上位机软件开发环境介绍234.1.3上位机软件界面设计234.1.4上位机软件功效设计244.1.5机通信接口模块设计264.2数据处理及误差28结论30参考文件31附录第1章 绪论1.1课题背景、目标和意义1.1.1 课题背景改革开放以来,伴随国际交流深入增强和国家支持力度不停加大,中国医疗器械行业迅猛发展令世界刮目相看。资料显示,从到时间,中国医疗器械总量相当于以前6倍,除了美国和日木之外,中国己跃居世界第三。06和,中国医疗器械进出口额全部超出百亿美元。近几十年来,中国经济快速发展,人民生活水平大大提升,大家对医疗保健重视程度愈来愈强,这么促进医院及家庭对医疗设备需求快速增加,致使中国投入研究医疗器械行业企业不停增多,研究人员不停壮大,医疗产品不停丰富,产品功效越来越多,质量越来越好,中国医疗器械正不停走向全世界。静脉输液是利用大气压和液体静压原理将生理盐水、葡萄糖等药液由静脉输入病人体内方法1。在临床诊疗方面起到无可替换作用。它关键特色是给药快速、见效快,立即抢救了无数患者宝贵生命。然而现在,输液过程还存在多种多样隐患。首先,输液速度是最令人头疼问题,通常来讲,输液速度控制大多是靠医护人员经过旋转液滴管上机械滑轮,目测出大约速度,尤其是对于新进人员,因为缺乏经验,轻易速度把握不够正确,出现输液速度太快或太慢问题,太快会给病人带来疼痛,太慢则起不到良好诊疗效果。其次,当患者输液时,大多需要陪护人员在旁边不停地观察药液余量,方便当药液快滴完时通知护士立即拔针或更换药液,有时陪护人员太累或临时有急事,未注意到药液滴结束,护士未立即来处理,结果造成血液回流等情况,给病人身心健康带来无须要伤害,甚至带来生命危险。针对以上问题,急需研究一个功效齐全、智能、安全、方便输液监控设施。使医护人员能够合理控制液滴速度,也能够不用陪护人员。这么克服了现在输液过程中浪费时间、精力、服务水平低下等弊端。中国是人口大国,医院数量居全世界首位,输液监控系统成功研制及其推广应用,将大大提升中国医疗整体服务水平,带来良好效益2。截止,资料记载现在己有67种输液监控方面专利技术,这些技术大多全部能实现速度控制及结束报警等基木任务,然而真正做到成功推广应用专利技术却是寥寥无几,正是因为研究人员未能深入医院进行深入考察,和医护人员进行充足交流,一味蛮干,结果出现这么那样问题,譬如价格高、操作不够简捷、保密性不够强等多方面原因3。我们知道,现在在部分发达国家出现输液泵应用,它功效相对齐全,控制比较正确,不过价格太昂贵,要想在全世界真正推广开来不太现实。要想使产品真正普及到每一个病人,研制出价格较低、性能较全且操作简便智能监控系统迫在眉睫。1.1.2课题研究目标和意义在临床医学中，静脉输液即使应用广泛，但现在普遍使用输液工具仍然是传统茂菲氏输液器，且以人工监控为主。输液时需要将输液瓶（袋）悬挂在输液架上或高于患者穿刺部位，利用势差将药液输入患者体内，护士凭借肉眼观察茂菲氏管中液滴并估量输液滴速，依据经验手动调整输液器上滑轮来控制输液速度4。输液过程中护士需要不停地巡检，并由患者或陪护人员观察剩下药液量，当药液立即输完或滴速出现异常时，立即通知值班护士前来处理。这么不仅增加了医护人员劳动强度，造成差错率大为上升，而且不利于患者休息，影响了诊疗质量。假如发生药液输完或输液管堵塞等情况而护士未能立即处理，则有可能会发生回血或其它危险，给患者造成痛苦，甚至造成医疗事故。1.2 中国外发展史 鉴于现在输液过程中存在这么那样安全隐患,且在输液过程中存在花费人力较大等问题,迫切需要对现在输液情况进行改善,近几十年来,中国外部分教授争相研究,输液监控系统一直在不停改善,现在已取得不小成就,其发展关键经历以下多个阶段：1.机械式输液监视阶段该方法是在输液瓶上方挂一只弹簧秤,依据输液过程中瓶中药液逐步降低,造成弹簧伸缩变形,由此计算出剩下液面目前位置,于向英等利用这种方法对输液监控过程进行了数次试验,结果证实误差较大,这是因为输液瓶容积规格大小不一样,且输液液体密度不相同多个原因造成,所以说机械式输液监控设备可行性较差,未能得到发展5。2.电容式液位监视阶段输液过程中,药液液位不停下降引发电容改变,从而依据电容特征对剩下药量进行估量6。这种设计思想含有一定可取性,系统能够起到一定监控作用,不过因为输液过程中包含瓶子体积不均问题,且电容不能像电阻那样是能够随便调整,一旦焊接固定了就不可改动,需要设计多个规格电路,实际应用起来太繁琐,并不能真正推广开来。3.电极式输液监视阶段电极式监控方法是把两电极插入到输液管莫菲氏管中,液滴下落时因为受到晃动,电极还会产生一定极性反应,并发出对应信号,由此计算出目前液体滴速,然后计算出剩下药液体积改变,这种设计方法相对简单易行,可靠性好,不过两电极直接放入滴管中7。难免和下落液滴接触,这么会对药液造成污染,不符合药品安全规范,所以并不能投入实际应用。4.光电式输液监视阶段光电传感器能够将可见光转换为某种电路,它包含发送端和接收端,使用时将其水平放在莫菲式管两边即可,传感器发送端通常对外界光强改变较为敏感,产生反应,并把对应反应发送出去,接收传感器接收对应改变,把接收到电流信号转化为放大电压信号,传给后面电路进行数据处理,从而能够计算出目前滴速,并可计算剩下体积,因为光电传感器不和液体直接接触,它以不污染药液、安全、可靠等多方面优点得到了广泛支持,现在输液监控设备多采取这种方法。上世纪90年代初中国就有些人开始涉足这方面研究。且在输液监控领域有了一定成就,关键有以下专利和研究结果。张婉妓于90年发表专利设计了一个输液监控报警器包含最少一个光源发射器和最少一个光源接收器、电源模块、控制器和报警电路,光源发射器和光源接收器要对应设置,光源接收器输出端连接到控制器信号输入端,控制器信号输出端再连接到报警电路信号输入端8。本输液监控报警器在输液出现不正常时或瓶内液滴快要滴完时可进行声光报警。此输液监控报警器含有结构简单、使用方便、报警正确率高等特点。其缺点是功效较少,不能实现全方面监控。齐齐哈尔大学徐凤霞等人利用MCS一51系列单片机和电力线载波芯片结合其它软、硬件开发出病区输液远程监测系统。系统含有静脉输液速度检测、液面检测、显示、统计、声光报警、电力线载波通信、上位机组态等功效。该系统利用电力载波技术将低压线路用作通信系统物理信道,电力线是覆盖范围很广泛网络,从降低有线通信系统成本方面考虑,倒是一个不失实际选择。不过系统相对来说较复杂,应用前景不够乐观9。刘世平、薛大磊、葛强研制了输液智能监控产品,本系统包含护士站信息显示板和多个输液检测报警器,护士站信息显示板是由调整键盘电路和和其相连接且依次排列多个信息显示单元组成,各个信息显示单元分别连接和其对应输液检测报警器。此系统能够同时在病房和护士站发出声光报警,且在报警同时能够自动停止输液10。另外,在护士工作站能够显示该病床输液相关信息。国外对智能输液监控系统也有很多研究,相对较早,在20世纪80年代末就开始有研究了。德国、韩国、美国、日木等发达国家全部进行了输液监控设备研究,现在关键对输液泵研究有了很大成就,比如日本托普企业研制输液泵TOP一及TOP一3000,它们能够正确控制输液滴数及输液速度,确保药品能够匀速、无菌地进入病人体内。输液泵对于重症病人及一些婴幼儿患者进行监控是很必需,对病人诊疗起到了很好帮助作用11。SM一2100输液泵是韩国JONGSANG企业产品,不一样于以往输液方法,是一个集光、机电于一体化智能化输液监控设备。同时,输液泵功效相当齐全。操作较方便,大大减轻工作人员负担,是患者能够放心选择安全设备。不过输液泵价格普遍比较昂贵,在两万元人民币左右,其应用在部分发达国家医院较为常见,而在中国医院还鲜有应用。现在中国只有几所大医院才有购置配置,中国使用范围相当狭窄。综上,中国外相关输液监控系统研究虽取得了不小成就,不过还存在很多不足。基于以上情况,本论文在借鉴前人基础上,扬长避短。努力设计愈加完美监控系统。1.3 设计关键内容静脉输液监控常采取人工方法，输液完成时，如未立即换药或拔针头，将会出现回血、空气进入血管形成空气栓塞、凝血堵住针头等情况，严重影响患者用药安全12。研究设计一个输液监控系统，能对输液总量进行控制、并检测输液速度，输液完成时给出提醒信号，必需时自动断液，经过无线通讯系统进行区域管理。第2章 研究方案及选择2.1输液监控系统组成本设计是基于现在输液过程存在这么或那样医疗隐患而设计一套智能输液监控系统。经过对控制芯片、传感器、通信方法和点击应用娥比较和分析，选择出了各部分最优方案。本系统包含下位机和上位机软件设计两大部分,以下图2-1所表示。下位机设计包含发送板设计和接收板设计,其关键功效是把输液病人信息传送到护士站,能够进行良好通信13。硬件发送电路板用在病人端，是以89c52控制芯片设计，并辅以必需外围电路，实现液滴检测，声光报警、数码显示等功效，再经过nRF2401无线传输模块把数据传输出去。接收板和上位机进行连接并放在护士站，接收板接收数据后经过USB2.0接口把数据直接传送到上位机。上位机远程监控平台能够和输液监控器无线组网，同时实现对多台监控器监控和管理。医护人员能够随时观察到每个病人输液情况,一旦出现滴速过快或过慢异常情况,护士能够立即处理。输液结束报警,护士立即拔针或换药,避免血液回流。系统应用组成图图2-1。 图2-1 系统应用组成图2.2系统工作原理基于无线传感器网络智能输液监控系统工作室，利用重力传感器实时采集输液剩下量，反馈到控制器，由控制器进行计算，并和预设数据值进行比较做出对应动作，同时将采集数据上传到远程无线监控平台和接收控制指令14，实现无线组网运行，系统工作原理图2-2所表示。图2-2 系统工作原理框图2.3硬件方案设计和对比分析2.3.1控制方案选择方案一：此方案采取模拟控制方案，突出优点是价格低廉、简单易行，但最大缺点是精度较低，不易于功效扩展。方案二：此方案采取STC单片机系统来实现，超级加密，含有超强抗干扰性能，I/O口丰富，操作能力强，易于扩展。另外软件编程方便，可实现多种算法和控制。数据传送是收到干扰小，传输性能好15。所以本设计采取方案二。STC89C52RC单片机是宏晶科技推出新一代高速/低功耗/超强抗干扰单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期能够任意选择。关键特征以下1.增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期能够任意选择，指令代码完全兼容传统8051.2.工作电压：5.5V3.3V（5V单片机）/3.8V2.0V（3V单片机）3.工作频率范围：040MHz，相当于一般8051080MHz，实际工作频率可达48MHz4.用户应用程序空间为8K字节5.片上集成512字节RAM6.通用I/O口（32个），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。7.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可经过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片8.含有EEPROM功效9.含有看门狗功效10.共3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T211.外部中止4路，下降沿中止或低电平触发电路，Power Down模式可由外部中止低电平触发中止方法唤醒12.通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART13.工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级）14.PDIP封装STC89C52RC单片机工作模式1.掉电模式：经典功耗0.1A,可由外部中止唤醒，中止返回后，继续实施原程序2.空闲模式：经典功耗2mA3.正常工作模式：经典功耗4Ma7mA4.掉电模式可由外部中止唤醒，适适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备图2-3 STC89C52RC引脚STC89C52RC引脚功效说明VCC（40引脚）：电源电压VSS（20引脚）：接地P0端口（P0.0P0.7，3932引脚）：P0口是一个漏极开路8位双向I/O口。作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，能够作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存放器时，P0口也能够提供低8位地址和8位数据复用总线。此时，P0口内部上拉电阻有效。在Flash ROM编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻16。P1端口（P1.0P1.7，18引脚）：P1口是一个带内部上拉电阻8位双向I/O口。P1输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方法）4个TTL输入。对端口写入1时，经过内部上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低引脚会输出一个电流（）。另外，P1.0和P1.1还能够作为定时器/计数器2外部技术输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2触发输入（P1.1/T2EX），具体参见下表：在对Flash ROM编程和程序校验时，P1接收低8位地址。 表2-1 P1.0和P1.1引脚复用功效引脚号功效特征P1.0T2（定时器/计数器2外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX（定时器/计数器2捕捉/重装触发和方向控制）P2端口（P2.0P2.7，2128引脚）：P2口是一个带内部上拉电阻8位双向I/O端口。P2输出缓冲器能够驱动（吸收或输出电流方法）4个TTL输入。对端口写入1时，经过内部上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。P2作为输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部信号拉低引脚会输出一个电流（）。在访问外部程序存放器和16位地址外部数据存放器（如实施“MOVX DPTR”指令）时，P2送出高8位地址。在访问8位地址外部数据存放器（如实施“MOVX R1”指令）时，P2口引脚上内容（就是专用寄存器（SFR）区中P2寄存器内容），在整个访问期间不会改变。在对Flash ROM编程和程序校验期间，P2也接收高位地址和部分控制信号。P3端口（P3.0P3.7，1017引脚）：P3是一个带内部上拉电阻8位双向I/O端口。P3输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方法）4个TTL输入。对端口写入1时，经过内部上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P3做输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部信号拉低引脚会输入一个电流。在对Flash ROM编程或程序校验时，P3还接收部分控制信号。P3口除作为通常I/O口外，还有其它部分复用功效，以下表所表示：表2-2 P3口引脚复用功效引脚号复用功效P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2（外部中止0）P3.3（外部中止1）P3.4T0（定时器0外部输入）P3.5T1（定时器1外部输入）P3.6（外部数据存放器写选通）P3.7（外部数据存放器读选通）RST（9引脚）：复位输入。当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机单片机复位初始化操作。看门狗计时完成后，RST引脚输出96个晶振周期高电平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上DISRTO位能够使此功效无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/（30引脚）：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存放器时，锁存低8位地址输出脉冲。在Flash编程时，此引脚（）也用作编程输入脉冲。在通常情况下，ALE以晶振六分之一固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，尤其强调，在每次访问外部数据存放器时，ALE脉冲将会跳过。假如需要，经过将地址位8EHSFR第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE仅在实施MOVX或MOV指令时有效。不然，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位（地址位8EHSFR第0位）设置对微控制器处于外部实施模式下无效。（29引脚）：外部程序存放器选通信号（）是外部程序存放器选通信号。当AT89C51RC从外部程序存放器实施外部代码时，在每个机器周期被激活两次，而访问外部数据存放器时，将不被激活。/VPP（31引脚）：访问外部程序存放器控制信号。为使能从0000H到FFFFH外部程序存放器读取指令，必需接GND。注意加密方法1时，将内部锁定位RESET。为了实施内部程序指令，应该接VCC。在Flash编程期间，也接收12伏VPP电压。XTAL1（19引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路输入端。XTAL2（18引脚）：振荡器反相放大器输入端。2.3.2液滴检测方案选择方案一：用可见光二极管和光敏三极管组成传感器来测量,相对于光敏二极管来说,光敏三极管含有很大光电流放大作用,其较高灵敏度在系统应用时易造成滴速测量不正确,采取大功率光敏三极管能够填补这一缺憾,不过功耗太大,造成无须要浪费17。方案二：采取红外对管检测,红外对管是一个利用红外线为介质测量系统,具体使用方法是把对管放在莫菲式管两侧,红外发送管对光敏感性较强,当有液滴下落时使发送管接收到某种红外线后会发生显著改变进而发送信息,红外接收管接收到微弱信号,经放大并进行电压比较后再经整形处理传送给单片机,计算出液滴速度。近几十年来,红外传感器以优越价格及优良性能得到广大电子爱好者青睐,广泛应用在工业、农业、医疗等各大行业之中。方案三：用压力传感器进行测量方法。压电传感器关键利用压电效应而造成,在输液瓶上方加一个压力传感器,经过压力大小改变来判定是否有药液滴下,压力传感器含有价格低、抗干扰能力强、使用寿命长等优点。但在本设计中会有误差。本设计采取方案三电阻应变式传感器是将被测量力，经过它产生金属弹性变形转换成电阻改变原件。由电阻应变片和测量电路两部分组成。常见电阻应变片有两种：电阻应变片和半导体应变片，本设计采取是电阻应变片，为取得高电阻值，电阻丝排成网状，并贴在绝缘基片上，电阻丝两端引出导线，线珊上面有覆盖层，起保护作用18。电阻应变片也有误差，产生原因很多，所以在测量时我们一定要注意。其中温度影响最关键，环境温度影响电阻值改变原因关键是：A:电阻丝温度系数引发。B：电阻丝和被测原件对桥接零点和输出，灵敏度影响，即使采取同一批应变也会因应变片之间稍有温度特征之差而引发误差，所以对要求精度较高传感器，必需进行温度赔偿，处理措施是在被粘贴基片上采取合适及温度系数自动赔偿，并从外部对它加以合适赔偿。非线性误差是传感器特征中最关键一点。产生非线性误差原因很多，通常来说关键由结构设计决定，经过线性赔偿，也能够得到改善。滞后和蠕变是相关应变片及粘合剂误差。因为粘合剂为高分子材料，其特征随温度改变较大，所以称重传感器必需在要求温度范围内使用。电阻应变片工作原理是基于电阻应变效应，即在导体产生机械形变时，它电阻值对应发生改变。设有一根电阻丝，图所表示。它在未受力时原始电阻值为 式中 :电阻丝电阻率；电阻丝长度；电阻丝面积。电阻丝在外力作用下，将引发电阻改变，且有令电阻丝轴向效应为，由材料力学可知，为电阻丝材料泊松系数，经整理可得通常把单位应变所引发电阻相对改变称作电阻线灵敏系数，其表示式为从上式能够显著看出，电阻丝灵敏系数由两部分组成：表示受力后由材料几何尺寸改变引发；表示由材料电阻改变所引发。对于金属材料，项阻值要比小得多，能够忽略，故=。大量试验证实，在电阻丝拉伸百分比极限内，电阻相对改变和应变成正比，即=1.73.6。上式可写成。2.3.3通信方法选择方案一：采取有线方法借助双绞线、同轴电缆等可进行点到点或点到多点通信方法,其突出优点是保密性好、可靠性高、抗干扰性能强但有线通信扩展性能差、布线相当麻烦、成木较高。因为有线通信是把很多线缆埋在地下,时间久了,线路轻易腐化或遭到侵蚀,影响通信质量。方案二：采取无线方法无线通信是相对有线通信而言,免去了布线麻烦,即利用电磁场电磁波在空间中自由传输特征,进行信息交换一个通信方法。无线通信含有成木低廉、扩展性好、适应性好等优点。无线通信含有一定移动性,只需在终端架设天线或连接到电台即可,无需浪费大量人力物力去架设电线杆或挖沟埋线缆无线通信几乎不受地理环境限制,尤其是在湖泊、山区等恶劣环境中使用很方便。有广泛适应性19。本设计采取方案二2.3.4显示模块选择方案一：用数码管进行显示。数码管因为显示速度快，使用简单，显示效果简练明了而得到了广泛应用。方案二：用LCD液晶进行显示。LCD因为其显示清楚，显示内容丰富、清楚，显示信息量大，使用方便，显示快速而得到了广泛应用。对于此系统我们显示要求是很高，用LCD显示充足发挥出LCD显示优势20。因为本设计包含到较多参数需要显示，所以用数码管显示不足以满足要求，所以我们选择了采取LCD1602来作为显示模块。LCD1602 它含有体积小、功耗低、使用方便特点。LCD1602关键技术参数：显示容量:162个字符芯片工作电压:4.55.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最好工作电压:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mm其引脚关键功效为：第1脚：VSS为地电源第2脚：VDD接5V正电源第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时能够经过一个10K电位器调整对比度。 第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时指令寄存器。 第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时能够写入指令或显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时能够读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时能够写入数据。 第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块实施命令。 第714脚：D0D7为8位双向数据线。 第15脚：正极。 第16脚：负极。2.3.5报警模块选择方案一：采取语音芯片提醒，优点能够自由设定要提醒声音。缺点使用复杂，需要专门编程软件，成本高控制复杂，不便于普及。方案二：采取蜂鸣器提醒，电路简单实用，可靠性高。总而言之我们选择使用蜂鸣器来进行报警。蜂鸣器是一个一体化结构电子讯响器，采取直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器关键分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。在本设计中，关键采取电压式无源蜂鸣器，由 PNP型三极管驱动蜂鸣器。无源蜂鸣器优点是：1.价格廉价2.声音频率可控，能够做出“多来米发索拉西”效果3.在部分特例中，能够和LED复用一个控制口2.4本章小节本章首先介绍了输液监控系统组成和工作原理，然后逐一对本课题设计所选择各个模块进行对比跟分析，和最终确定了本设计中选择各个模块。其中，控制方案选择采取STC单片机系统来实现。然后对液滴检测方案进行可比较，最终我决定使用压力传感器来检测。通讯方法采取了各方面全部占优无线通讯方法。显示模块采取了LCD，报警则采取简单实用蜂鸣器。第3章 系统硬件电路设计智能输液监控器采取以单片机最小系统为关键数组控制系统，关键包含信号采集、按键输入、显示输出、控制输出和无线通讯等。结构图3-1以下所表示。图3-1 控制器硬件组成结构图3.1称重传感器 称重传感器工作原理：电阻应变式称重传感器由电阻应变片、弹性体和检测电路等多个关键部分组成。弹性体在外力作用下产生弹性形变，是粘贴在她表面电阻应变片也随同产生变形，电阻应变片变形后，她阻值将发生改变(增大或减小)，再经对应测量电路把这一电阻改变转换为电信号，从而完成了将外力转变为电信号过程21。检测电路图3-2所表示.图3-2检测电路HX711是一款专为高精度电子秤而设计24位A/D转换器芯片，它电路图以下3-3所表示。和同类型其它芯片相比，该芯片集成了包含稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要外围电路，含有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。降低了电子秤整机成本，提升了整机性能和可靠性。该芯片和后端MCU 芯片接口和编程很简单，全部控制信号由管脚驱动，无需对芯片内部寄存器编程。输入选择开关可任意选择通道A 或通道B，和其内部低噪声可编程放大器相连22。通道A 可编程增益为128 或64，对应满额度差分输入信号幅值分别为20mV或40mV。通道B 则为固定32 增益，用于系统参数检测。芯片内提供稳压电源能够直接向外部传感器和芯片内A/D转换器提供电源，系统板上无需另外模拟电源。芯片内时钟振荡器不需要任何外接器件。上电自动复位功效简化了开机初始化过程。 图3-3 hx711电路图3.2键盘输入键盘输入是人机交互界面中关键组成部分，它是系统接收用户指令直接路径。操作者经过键盘向系统发送多种指令或置入必需数据信息。所以键盘模块设计好坏，直接关系到系统可靠性和稳定性23。键盘是由若干个按键开关组成，键多少依据单片机应用系统用途而定。键盘由很多键组成，每一个键相当于一个机械开关触点，当键按下时，触点闭合，当键松开时，触点断开。单片机接收到按键触点信号后作对应功效处理。所以，相对于单片机系统来说键盘接口信号是输入信号。本系统一共有三个按键，第一个复位，即清零，对输液瓶重新开始计数。第二个取消报警，当液量过低时，蜂鸣器会开始报警，这时按下第二个按键会使蜂鸣器停止鸣叫。第三个按键设置是为了适应不一样输液瓶，因为患者有可能会进行数次输液，而且输液瓶规格不一样，这时候就会用到第三个按键。先放一个空输液瓶上去，进行去瓶重，然后再放上有滴液输液瓶，这么就能够重新计算液滴重量。从左到右，一次为第一个、第二个、第三个按键，图3-4所表示。图3-4 按键图3.3显示模块显示模块我使用LCD1602，1602液晶模块引脚连线图3-5所表示。其中，第1、2脚为液晶驱动电源；第三脚VL为液晶对比度调整，经过在VCC和GND之间接一个10K多圈可调电阻，中间抽头接VL，可实现液晶对比度调整；液晶控制线RS、R/W、E分别接单片机P0.5、P0.6、P0.7；数据口接在单片机P2口；BL+、BL-为液晶背光电源24。图3-5 1602液晶模块接线图3.3报警模块当输液完成时,输液监控器能够发出声光报警,同时控制输液阻断装置阻断输液软管停止输液预防血液回流,提醒输液患者输液已经完成,和此同时输液监控器还会将输液完成信息经过无线方法发送给在医生办公室监控主机并报警提醒医护人员前来护理。误报警会大大增加医护人员工作量,同时也会影响患者诊疗过程。因为输液控制器采集到数据为输液时实时滴数,本文判定输液是否完成依据也是基于实时滴数来判定25。经过试验发觉,在正常输液速度下从输液软管滴斗中无液滴滴下到产生回血现象,整个过程时间大约需要11秒。为了确保输液过程安全性,假如称重程序检测到剩下液量过少,就判定输液完成。在嵌入式软件中,经过设定一个专用延时子程序和时间阈值来实现这一设计。将延时子程序时间阈值正确设定为6秒,