第 17 卷 第 期 7 Vol.17 No.7 电子设计工程 Electronic Design Engineering 2009 年 7 月 Jul. 2009 液体点滴速度检测装置 伍 玉 1， 陈晓君 1， 喻梦颖 2 武汉大学 电子信息学院 湖北 武汉 ， 430079； 2. 长沙通信职业技术学院 湖南 长沙 ， 410015） （1. 摘要 ： 为了改变医院输液系统的非智能化 ， 设计一个液体点滴自动报警装置系统 该系统装置是由主站控制多个从 。 站输液速度 ， 并在从站液位过低时将自动报警 。 该系统设计是以单片机为最小控制单元 由主站控制 从站控制 滴 、 、 ， 速测量 、 容量测量 、 报警等模块构成 个从站的液体点滴速度检测装置 ，1 通过 RS-232 。 分钟内滴数范围达到 20~150 滴 。 串行通信总线 根据自定协议 ， ， 该系统设计实现由一个主站控制多 关 键 词 中图分类号 液体速度检测 ； RS-232 串行总线 ； 声光报警 : :TM935 文献标识码 :A 文件编号 :1674-6236（2009）07-0052-02 Design of apparatus to monitor and contol liquid drop speed (1. School of Electronic Information，Wuhan University，Wuhan 430079， China； 2. Changsha Tel&Tec Vocational WU Yu1， CHEN Xiao-jun1， YU Meng-ying2 College，Changsha 410015， China) Abstract：In order to change the non-intelligent hospital transfusion system，we design an apparatus system to monitor and control liquid drop speed.The system master station controls the liquid drop speed of several slave stations,and alarms when the liquid level of slave stations is lower.Based on the least control unit of MCU and FPGA,the system consists of master station control module,slave station control module，spare station control module，liquid speed testing module， capability testing module and alarm module.Based on the RS232 serial bus，according to custom protocol,we implement an apparatus which the master station could control several slave stations.The liquid drop speed is from 20 drops to 150 drops in minute. Key words： liquid speed testing； RS232 serial bus； sound and light alarm 引言 1 输液设备是医院必不可少的 而 普 遍 输液 设 备 的液 滴 速 ， 度都是病人或医生手动控制 是无法自动监测输液瓶内的容量 这里给出一种液体点滴自动报警系统装置 [1]。 站控制从站的输液速度 ， 该 系统 通 过 主 且能在液面低于定值时自 动 报 警 控制范围局限且不方便 需要有人在旁监护 尤 其 因此 ， 。 ， 。 ， 该 系 统 装 置 既 方 便 医 生 护 士 照 顾 病 患 、 ， 。 又 能 让 病 人 安 心 治 不必担心输液瓶液滴流尽 引起血液倒流 。 疗 ， 2 示 过 、 总体方案论证 该 系 统 是 由 主 站 和 从 站 两 部 分 构 成 从站控制 串行通信接口 报警电路等模块构成 、 总线监测或控制从站输液液滴滴速 主 站 由 键 盘 与 显 。 主 站通 并在输液液面 。 ， 3 3.1 ， 、 图 1 系统硬件设计 系统总体设计框图 RS232 降到定值时声光报警 。 外 对 管 滴 速 监 测 模 块 、 而从站由步进电机及其驱动模 块 压 力 测 量 及 电 压 频 率 转 换 模 块 固定在滴管两侧 红 、 声 光 、 报警模块 输 液 滴 速 键盘与显示模块等构成 在 主 站 无 控 制 信 号 时 自 主 控 制 输 液 滴 速 从站根据主站 控制 调 节 当 其 液 。 、 ， 无液滴滴下时 输出高电平 ； 并可手动解除报警 ， 图 1 。 ， 为系 统 总 面低于定值时声光报警 体设计框图 。 滴速测量方案 采用红外对管 收稿日期 作者简介 －52－ ： ：2009-03-03 伍 玉 （1988-）， 稿件编号 女 ， 湖南怀化人 。 ：200903014 研究方向 ： 信号与信息处理 。 检测是否有液滴落下 ST180 发射管和接收管的光轴在 一 条直 线 上 ， ， 接收管能接收到发射管发出的 大部 分 光 强 。 将红外对管 当 ， 当液滴从对管间滴落时 红外光被液滴 散 射 ， ， 接 ， 收管接收到的光强大大减弱 落将产生与液滴频率相同的电脉冲信号 ， 以致输出低电平 液滴 连 续 滴 该电脉冲信号通过 。 比较器和施密特触发器整形后得到稳定的 。 与 液滴 同 频 率的 、 

伍 玉 ， 等 液体点滴速度检测装置 。 ， 。 方波信号 [2]。 外界对红外对管传感器的影响最小 为了减小误差 ， 在对管处包裹一层黑色胶布 使 ， 由于液滴并不是严格地均匀滴下 不 能 直接 通 过 测量 两 液滴之间的时间差计算液滴速度 于是通过测量多个液滴滴 ， ， 下的时间差以求得液滴速度的平均值 越多 平均速度越准确 ， 理论上测量的 液 滴 数 综 合 考 但考虑到测量时间不能过长 4 ， 先 以 虑 后 ， 间隔 [3]。 滴 速 小 于 滴速小于 滴 的 间 隔 初 测 滴 速 根 据 该 滴 速 分 段 设 置 测 量 ， 分 滴 / 100 若初测滴速大于 滴 分 100 滴 / 60 / 分 ， 大 于 滴 、 以 滴 分 / 60 ， 分为间隔 5 / 10 图 2 。 以 ， 以 15 滴为间隔 若初 测 ； 滴 为 间 隔 若 初 测 为红外对管电路 ； 。 图 4 V/F 转换电路 的速度和加速度 ， 从而达到调速的目的 。 系统软件设计 4 该系统软件设计也分为主 站和 从 站 两大 模 块 其中 主 ， 。 站 通 过 按 键 控 制 某一从站液滴速度以及检测液面高度 ， 设 定 在液面低 于 定值 时 自 ， 具 有 定 点 和 巡 回 检 测 从 站 液 滴 速 度 ， 动报警并可手动解除报警 主站发送液滴速度 而从站接收主站的 控 制信 号 ， 或根据主站设定的液滴速 度 进行 调 节 。 向 还能实时监测液面高度并声光报警 点滴速度控制 输液瓶最初置在最低处 。 。 ， 滴速度 估测输液瓶高度 使步进电机转动一定 的圈 数 后 液 ， 滴速度达到设定值 之后根据每次测得实际液滴速度与设定 ， 从站模块设计的核心是 根据设定的液 首先 。 ， ， 。 细 调 输 液 瓶 高 度 直 到 实 际 值 和 设 定 值 间 的 误 差 值 的 差 值 在允许范围内 [6]。 ， 图 5 为系统软件设计流程 。 ， ， 图 2 红外对管电路 3.2 剩余液体容量测量 将输液瓶悬挂在压力传感器下 ， 液体对其压力转化为直流电压输出 传感器输出的直流电压相应小于定值 时 。 压力传感器输出的电压判定瓶内的液量 [4]。 该 压 力 传 感 器 内 部 是 一 个 桥 式 电 路 。 传 感 器将 输 液 瓶与 瓶 内 ， 当瓶内的液体少于定值 单片 机通 过 测 量 阻 压 倍 ， ， 。 输液瓶的压力 导致 采用仪表放大器 其电路如图 3 所示 。 INA118 Ra ， 和 Ra Rd 为 压 敏 电 变 化 桥式 电 路 的输 出 微 伏级 电 将传感器输出的电压放大 1 000 图 3 压力传感器及放大电路 由于压力传感器输出的电压较 小 变 化范 围 也 很小 若 ， ， 转 换 器 直 接 读 取 该 电 压 值 判 断 液 面 的 升 降 可 能 存 在 用 A/D 较大误差 应先采用仪表放大器 。 倍 再 采 用 一 款 电 压 频 率 转 换 器 将电信号放大 1 000 将 电 压 转 换 为 频 率 INA118 KA331， 附近的方波信号 通 过 对方 波 频 率的 测 量 间接 判 ， 在 断瓶内液体容量 700 Hz ， 其 。 V/F 转换电路如图 所示 [5]。 4 3.3 电机选择 该系统设计采用步进电机 。 电脉冲转化为角位移的执行机构 脉冲信号 当步进驱动器接收到一个 它将驱动步进电机按设定方向转动一个 固 定 角度 。 这是因为步进电机是一种将 ， 及步进角 （ ）。 确定位的目的 ； 通过控制脉冲个数控制角位移量 从而 达 到 准 ， 同时也可通过控制脉冲频率来控制电 机 转动 图 5 系统软件设计流程 系统测试结论 5 系统 能 在 滴 分 范 围内 控 制 并测 量 点 滴 速 度 最 / 长调节时间为 秒 ， 有输液瓶液面过低报警功能 20~150 分钟 13 1 速度最大误差不超过 从站可手动解除报 警 ， 主站具有多达 16 个从站的控制能力 定点 ， （ ， 它具 该 系 统 5%。 。 下转第 58 -53- 页 ） 

电子设计工程 《 》2009 年第 期 7 行 数 字 运 算 后 得 到 所 需 的 电 气 量 因 此 具 有 很 高 的 测 量 精 给 度 能够自动计算 RTU 。 输入标准信号 运行校正程序 生成误差校正系数 ， 输入标准值 写入不挥发内存中 ， ， ， ， ， 分布式设计技术 应用的场合从只监控一条线路的柱上开关到几 6 DA-RTU DA-RTU ，RTU 。 ， DA-RTU 行专用程序 ， ， 设有专用维护通信口 把该口与 机相连 运 ， PC ， 用户可在 机上在线检查 修改装置的配置方 PC 式字 监视装置的测量数据及运 行 状 态 有 些 可做到通过该口下载应用程序模块 以更改有错误 的 程 序 增加新的功能 能够在主站通过通信通道上装或下载装置的配置方式字 的主站通信 口 DA-RTU 通过 。 ， DA-RTU 甚 至 ， 操 作人 员 应 该 、 。 ， 条线路的环网柜 入输出量的个数要求从几个到上百个不等 甚至到十几条线路的开闭所 变电站 对 输 传统的集 中 式结 ， 、 ， 构很难适应不同的应用要求 应采用分布式设 8 ， 因此 。 ，DA-RTU 结束语 随着计算机软硬件技术和通信技术的发 展 配 电网 自 动 ， 计技术 。 ， ， 分布式设计技术实质是一个 DA-RTU， 输出配置 完成一个或多个配电设备的监控功能 化 技 术 会 不 断 发 展 ， 控制功能 就地保护 逐 步 实 现 配 电 网 的 监 控 配电网自动化系统运行将更加稳 定 馈 线 自 动 化 及 电 、 计有局域网接口 通过该局域网接口 将多 个 连 接在 网供电更加可靠 电网供电质量将进一步得到提高 具有一定量输入 设 ，DA-RTU DA-RTU 、 ， ， 一起 完成更多配电设备的监控工作 具有数据转发 参考文献 ， 其 中任 何 一 个 功能 一个普通的 ， DA-RTU 均 可 作 为主 与 主 站通 信 RTU 。 DSP 所以一个 能够处理的交流输入量为十 几个 监 视 1～4 的输入输出配置 一 般 不超 过 监 控 ， 。DA-RTU 条线路 ， DA-RTU 徐丙垠 ： 馈线自动化技术 . 肖湘宁 韩民晓 徐永海 ， ， 中国电力出版社 ， . ，2004. 电网技术 [J]. 等 电能质量分析与控制 ，1998，22（3）：54-60. 北京 [M]. ： 。 ， 。 条线路所需的数量 。 4 7 DA-RTU 配置及维护 现 代 正 朝 着 一 个 开 放 的 电 力 自 动 化 装 置 平 台 DA-RTU 其硬件本身采用模块化设计 方向发展 采 用 实 时 多 任 务 操 作 系 统 ， 而 软 件 可 以 很 容 易 地 植 入 新 的 功 能 模 可扩展性好 ， ， ， 实际所完成的功能由装置不挥发内存的配置方式字 块 。 RTU ， 曹国 臣 ， 程学报 柳 焯 . 配 电 网故 障 计 算的 通 用 方法 中 国 电 机 工 [J]. ,1999，19（7）：41-45. 蔡 运 清 [4] .IEC 870-5 系 列 及 DNP 3.0 规 约 简 介 [J]. 电 力 系 统 自动化 朱 永 利 ，1998，22（1）：78-81. 黄 敏 邸 剑 ， . 中国电机工程学报 ， 基 于 广 域 网 的 电 力 远 动 系 统 的 研 究 [J]. 谢大卫 ，2005，25（7）：119-124. 杨晓忠 ， . 调度自动化系统中远动技术网络化的实现 所 确 定 用 户 可 通 过 修 改 配 置 方 式 字 改 变 装 置 的 功 能 减 少 ， 电网技术 [J]. ，2004，28（8）：34-37. 了工程应用开发工作量 提高了装置性价比 ， 。 [1] [2] [3] [5] [6] !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 上接第 （ 和巡回两种检测方式 定点检测可检测任意一个从站点滴速 53 页 ） 出版社 。 度值和设置点滴速度 ； 巡回检测方式最多可 同 时 显示 从站数据 从站可接收主站的点滴速度设定信息 并 可自 由 。 选择是否按照该信息调整点滴速度 系统性能指标 很高 ， 个 16 且 ， 黄根春 出版社 王化 祥 [3] [4] ，2002. 陈小桥 ， 张望先 ， . 电子设计教程 北京 ： [M]. 电子工业 ，2007. 张 淑英 ， . 传 感 器原 理 及 应 用 天 津 ： [M]. 天 津 大 学 出 。 具有良好的商业前景 。 人机界面友好 ， 参考文献 ： 张迎 新 单 片微 行 计 算机 原 理 应用 及 接 口 技 术 、 北 京 ： [M]. 大学出版社 ，2003. . 国防工业出版社 ，2000. 全 国 大 学 生 电 子 设 计 竞 赛 组 委 会 . 第 五 届 全 国 大 学 生 电 航天大学出版社 ，2004. 马忠梅 . [6] 单片机的 C 语言应用程序设计 北京 [M]． 子 设计 竞 赛 获奖 作 品 选编 (2001)[M]. 北 京 ： 北京 理 工 大 学 版社 ，2002. 谢自美 . [5] 电子线路设计 实验 测试 、 、 [M].2 武汉 版 . 华中理工 北京航空 ： ： [1] [2] [1] [2] [3] !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 上接第 （ 参考文献 公 司 55 页 ） [4]TI .UCC28019 datasheet[EB/OL].2007.http://focus.ti.com. ： 路秋 生 功 率因 数 校 正 技 术 及 应 用 北 京 : [M]. 机 械 工 业 出 版 [5] 纪 爱 华 . 开 关 电 源功 率 因 数校 正 电 路设 计 cn/cn/lit/ds/symlink/ucc28019.pdf 黄根春 张 望 先 陈 小桥 电 子 设 计教 程 ， . ， 出版社 ，2007. 北 京 ： [M]. 电 子 工 业 人民邮电出版社 ，2004. 沈建华 [6] .MSP430 系列 16 位超低功耗单片机实践与系统设计 开 关 电 源 使 用 技 术 设 计 与 应 用 - . 北京 ： [M]. 清华大学出版社 ，2005. . 社 ，2006. 周志敏 ， 与应用 周 继海 ， 北京 [M]. 周 纪 海 ： 纪 爱 华 ， 人民邮电出版社 ： ，2007. 周 志 敏 ， 北京 [M]. －58－