智能液體點滴監(jiān)控系統(tǒng)主要應(yīng)用在靜脈輸液以及化學(xué)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)嶒炛行枰_滴定的場合[1],。本裝置可以實現(xiàn)對液體點滴滴速的控制與檢測，控制范圍為每分鐘30～120滴,，控制精度為±2滴,，還可以在藥液不足及輸液不暢時自動報警，并停止輸液,。
1 系統(tǒng)總體方案
    因為醫(yī)用,，所以任何與瓶中液體有接觸的設(shè)計方案都是不可行的，所有傳感器和控制器只能固定于輸液的外部,。具體設(shè)計方案如圖1所示,。

    (1)點滴檢測：要求系統(tǒng)能夠正確及時地探測下落的點滴數(shù)。通過紅外發(fā)射對管實現(xiàn)對點滴速度的檢測,。
    (2)控制器：實現(xiàn)對傳感器輸出信號的采集來計算點滴速度,，通過對滴速的計算和設(shè)置數(shù)值的比較來控制電機的轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)閉環(huán)控制,。通過計算輸液量來判斷輸液是否正常,。
    (3)機械傳動控制：包括機械傳動和控速，兼顧穩(wěn)定性,、精確性,、可操作性、廉價,。
    (4)實時顯示,、報警：包括實時顯示電路、報警電路和按鍵電路,，兼顧實用性,、可操作性、廉價且滿足設(shè)計要求,。

2 電路實現(xiàn)
2.1 滴速測量
    本設(shè)計采用直射式光電傳感器（紅外對管）來實現(xiàn)點滴速度的檢測,。利用一個具有一定硬度且反射性很差的塑料管，把紅外對管分別裝在兩側(cè),，水滴從兩管之間通過,，有液滴滴下時，下落的水滴對紅外光有較強的漫反射,、吸收及一定的發(fā)散作用,，可使接收管導(dǎo)通或截止,。約外對管測速示意圖如圖2所示。

    圖2中比較環(huán)節(jié)采用LM393實現(xiàn),，紅外接收管與LM393的反相輸入端相連,。當(dāng)無水滴下落時，紅外接收管接收到紅外線照射,，此時紅外接收管的壓降最低,，LM393反向輸入端的電位也最低，調(diào)節(jié)同向輸入端的電位,，使之略大于此時的反向輸入端電位,，使其輸出高電平。
    當(dāng)有水滴下落時,，紅外線被水滴折射或遮擋,，紅外接收管上的壓降增大，LM393反向輸入端電位升高,，大于同向輸入端的電位,，輸出低電平，從而觸發(fā)單片機的外部中斷,。
2.2 機械傳動控制的設(shè)計
    對于機械傳動部分的設(shè)計,，這些有滑輪方案、拉繩索方案,、注射泵方案等,，但這些方案或是裝置變復(fù)雜，或者成本太高均不可取,。本設(shè)計在確保測量精度的同時,，以降低成本并簡化電路為原則，采用指狀蠕動泵和步進電機來實現(xiàn),。單片機控制步進電機帶動蠕動泵實現(xiàn)對滴速的控制,，軟件根據(jù)檢測結(jié)果實現(xiàn)對控制電路的自適應(yīng)調(diào)節(jié)，通過按鍵或上位機軟件實時設(shè)置點滴速度,。
    在本系統(tǒng)中,，蠕動泵采用的是二相式步進電機，結(jié)合實驗數(shù)據(jù)得出步進電機每旋轉(zhuǎn)360°為蠕動泵一個周期,，滴下3個水滴,。步進電機步距角為1.8°，為提高精度,，在此使用四相八拍脈沖信號驅(qū)動電機工作,。此時一個脈沖周期為7.2°，即經(jīng)過50個脈沖周期即可旋轉(zhuǎn)一周,。
2.3 顯示電路
    單片機STC10F04XE的I/O口可配置為雙向I/O,，不僅可以像普通51單片機一樣輸送電流,，而且可以向外提供20 mA的上拉電路[2]。這就使得驅(qū)動數(shù)碼管變得更為簡單,。本設(shè)計使用共陽數(shù)碼管,，4個選位端輸入電流，電流從8個段碼經(jīng)過8個330 Ω的限流電阻流入單片機,。
2.4 報警電路
    報警電路如圖3所示,。根據(jù)儲液瓶容量，通過軟件計算出一定容量的輸液瓶中的液滴滴數(shù),，當(dāng)輸液完成時蜂鳴器發(fā)出警報,。

2.5 按鍵電路
    按鍵電路如圖4所示。采用單列四按鍵,，其中S1鍵為菜單鍵，此菜單鍵含有三個子菜單分別是：床位號,、輸液量,、液滴滴速。通過按動菜單鍵可以選擇目前所需要設(shè)置的子菜單,。S2鍵為設(shè)置數(shù)值的增加鍵,，S3鍵用來設(shè)置數(shù)值的遞減,S4鍵是啟動鍵，設(shè)置好前面的三個鍵后,，按動S4鍵儀器正式開始工作,。

2.6 串口通信電路
    數(shù)據(jù)通信采用三線制，將單片機與PC串口的3個引腳（RXD,、TXD,、GND）分別連在一起，即將PC和單片機的發(fā)送數(shù)據(jù)線TXD與接收數(shù)據(jù)線RXD交叉連接,，兩者的地線GND直接相連,，而其他信號線如握手信號線均不用，采用軟件握手的方式,，這樣既可以實現(xiàn)預(yù)定的任務(wù),，又可以簡化電路設(shè)計。
    但由于單片機的TTL邏輯電平和RS-232C的電氣特性完全不同,，RS-232C的邏輯0電平規(guī)定為+3 V～+15 V之間,，邏輯1電平為-3 V～-15 V之間，因此,，在將PC和單片機的RXD,、TXD交叉連接時必須進行電平轉(zhuǎn)換，本設(shè)計使用的是MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片,，其電路如圖5所示,。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
　本系統(tǒng)因涉及步進電機及數(shù)碼管的驅(qū)動控制,，所以需要使用2個定時器，而串口通信又需要使用定時器或獨立波特率發(fā)生器,，而且考慮到程序執(zhí)行速度,，采用普通的8051單片機不能滿足需求，故使用STC10F04XE單片機,。
    STC11/10xx系列單片機是宏晶科技設(shè)計生產(chǎn)的單時鐘/機器周期(1 T)的單片機,，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,，但速度快8～12倍[3],。內(nèi)部集成有高可靠復(fù)位電路,適用于對高速通信、智能控制,、強干擾場合,。程序流程圖如圖6所示。

    紅外信號由比較器LM393輸出,，是低電平脈沖信號,。紅外檢測電路波形如圖7所示，脈寬約為18 ms,，周期為2滴之間的間隙時間,。如60滴/min時，周期為1 s,。通過采集幾個相鄰間隔脈沖信號周期Ti,，得到平均相鄰間隔脈沖信號的周期T，這樣就可以得到點滴速度v=60/T,。

    干擾軟件處理：如圖8是單片機輸入信號的正常波形和異常波形,。當(dāng)檢測到正常波形時脈沖寬度是18 ms；若軟件采集脈沖波形下降,，則檢測到異常波形時,，軟件在18 ms時間內(nèi)只默認(rèn)采集了一個下降沿，即將另一個上升沿屏蔽掉,，這樣軟件就能將異常波形轉(zhuǎn)換成正常波形進行處理[4],。

    本系統(tǒng)采用上位機實現(xiàn)一對多的控制，護士可以通過PC機設(shè)置液滴的速度,。系統(tǒng)不僅控制精確,，可以直觀地顯示液滴的速度、輸液量,，還具有報警功能,，能對空液和輸液管阻塞等異常情況進行報警，并能自動切斷輸液通路，克服了目前市場上輸液裝置的不足,。
參考文獻
[1] 許天增,，許克平.超聲傳輸特性和超聲傳感系統(tǒng)研究[J]. 廈門大學(xué)學(xué)報，2001(2)：34-35.
[2] 惠仇.手把手教你學(xué)51單片機[M].北京：電子工業(yè)出版社,，314-316.
[3] 李云勝.基于VC的液體點滴實時監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計[J].計算機應(yīng)用,，2003(Z2)：457-458.
[4] 王紫婷，王瑞峰,，嚴(yán)天峰.智能液體點滴速度監(jiān)控儀[J].自動化與儀器儀表,2004(5):48-49.