智能液體點滴監(jiān)控系統(tǒng)主要應用在靜脈輸液以及化學醫(yī)學領域?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置數(shù)值的比較來控制電機的轉速，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,、廉價且滿足設計要求,。

2 電路實現(xiàn)
2.1 滴速測量
    本設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,，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 機械傳動控制的設計
    對于機械傳動部分的設計，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雜,，或者成本太高均不可取,。本設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)檢測結果實現(xiàn)對控制電路的自適應調(diào)節(jié),，通過按鍵或上位機軟件實時設置點滴速度,。
    在本系統(tǒng)中，蠕動泵采用的是二相式步進電機,，結合實驗數(shù)據(jù)得出步進電機每旋轉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置的子菜單,。S2鍵為設置數(shù)值的增加鍵,，S3鍵用來設置數(shù)值的遞減,S4鍵是啟動鍵，設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)預定的任務,，又可以簡化電路設計。
    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換，本設計使用的是MAX232電平轉換芯片,，其電路如圖5所示。

3 系統(tǒng)軟件設計
　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]. 廈門大學學報,，2001(2)：34-35.
[2] 惠仇.手把手教你學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)的設計[J].計算機應用，2003(Z2)：457-458.
[4] 王紫婷,，王瑞峰,，嚴天峰.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.