摘要输液是医院常用的治疗手段，传统输液过程中存在着输液速度不精确，需要人工监护等弊端。
本文设计了一种以C8051F410单片机为核心的布线式输液监控系统用以解决此问题。
系统通过RS-485接口实现有线通信与监控，具有液滴检测，液滴速度调控，报警等功能。
采用红外传感器技术检测液滴和输液高度，单片机用以实现输液速度计算和显示，通过查询键盘，将实时设定的点滴速度值与实际输液速度进行比较，来控制步进电机调节输液瓶高度，从而控制点滴速度，输液结束或异常时自动报警提示。
关键词: 输液监控；单片机；液滴检测；速度调控ABSTRACTInfusion as a treatment is commonly used in hospital. During the traditional transfusion, the rate of infusion is imprecise, it also requires manual monitoring and exists other defects. This paper design a cabling type system which using C8051F410 single-chip as its core to solve above-mentioned problems.This system through the RS-485 interface to achieve communication and monitoring, It has many functions, such as testing the drop, controlling the speed of drop and alarm functions. Using infrared sensors to detect a liquid drop and the height of liquid medicine, the micro-controller achieve to calculate and display the speed of drop.From querying the keyboard in real time to read the value of the set rate, the system compares the set rate with the actual infusion rate to control the stepper motor running to adjust the infusion bottle’s height, and thus control the rate of drop.When the infusion is ending or abnormal,the system will start the alarm program.KEYWORD: infusion monitor; single-chip;speed detection;speed control目录摘要 (Ⅰ)ABSTRACT (Ⅱ)第1章引言 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 课题研究的目的和意义 (1)1.3 论文的组织结构 (2)第2章系统总体设计 (3)2.1 系统整体框图 (3)2.2 C8051F410单片机介绍 (3)第3章系统硬件设计 (5)3.1 方案论证 (5)3.1.1液滴速度检测方案 (5)3.1.2液位检测方案 (5)3.1.3速度控制方案 (5)3.1.4电机选择及控制方案 (6)3.1.5键盘显示单元 (6)3.2 模块的硬件设计 (7)3.2.1系统的组成单元 (7)3.2.2 通信接口电路设计 (8)3.2.3液滴信号检测模块 (8)3.2.4键盘及显示模块 (8)3.2.5声光报警模块 (13)3.2.6电动机驱动模块 (13)第4章系统软件设计 (14)4.1 软件设计框架 (14)4.2 芯片主要寄存器介绍 (16)4.2.1 PCA计数器/定时器 (16)4.2.2 PCA捕捉/比较模块 (16)4.2.3 PCA控制寄存器 (17)4.3 算法分析与实现 (18)4.3.1 电动机的转速 (18)4.3.2 蜂鸣器音频和音量 (20)4.3.3 滴速的检测 (21)4.4 测试结果与分析 (22)4.4.1 测试方案 (22)4.4.2 主要测试结果 (23)4.4.3 测试结果分析 (23)结论 (24)参考文献 (25)附页 (26)第1章引言1.1 课题背景上世纪90年代至今，国内外相关的专家积极探索，输液监控系统一直在不断改进。
在国内：09年张婉姣申请了一种输液监控报警器的专利：包括光源发射器、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的信号输入端，控制器的信号输出端连接到报警电路的信号输入端[1]。
该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的时候会进行声光报警。
该输液监控报警器优点：结构简单、使用方便、报警准确率高等。
缺点：功能较少。
徐凤霞等人利用MCS-51系列单片机与电力线载波芯片结合其他软件、硬件开发出病区输液远程监控系统。
刘世平等人研制的输液智能监控系统能够同时在病房和护士站发出声光报警，且在报警的同时自动停止输液。
另外，在护士工作站可以显示该病床的输液的相关信息。
在国外：在40世纪80年代就开始有研究。
德国、韩国、美国、日本等发达国家都进行了输液监控系统的研究，目前对输液泵的研究有较大成就[2]。
输液泵的功能齐全，操作方便，安全性高，但是价格比较昂贵。
其应用在我国国内医院鲜有应用。
基于单片机的输液监控系统设计的课题研究，是为了在借鉴前人经验的基础之上，努力设计出性价比较高的输液监控系统。
1.2 课题研究的目的和意义目前，临床治疗上的静脉输液的输液过程存在安全隐患，它主要面临着两个问题。
一是输液速度问题。
在医院，输液速度的调节一般由医院护士或者病人通过旋转输液滴管上的机械滑轮，目测出大概速度，效率不高[3]。
在长时间的输液过程中，护士需要保持紧张情绪对病人进行管理和监督，工作强度大。
对于患者来说，在护理人员忙碌的时候须时刻关注自己的输液情况，得不到休息而影响治疗效果。
二是可能出现静脉血回流。
有时护理人员因为其他原因没有及时回来处理或者病人太累没有注意到，结果造成静脉血回流的情况，对患者造成心灵上和身体上的伤害。
总之，传统的人工输液监护形式弊端很多，克服目前输液过程中时间浪费、精力浪费、服务水平低下等弊端，需要研制输液监控系统，对患者的输液过程进行自动化监控。
1.3 论文的组织结构第1章主要介绍了输液点滴监控系统的背景与研究意义，本课题的主要工作和内容以及本文的组织结构。
第2章为系统的总体设计。
第3章为系统硬件设计，主要进行了系统方案论证，介绍了硬件结构的设计方法。
包括通信接口单元，C8051F410单片机最小系统、点滴信号检测单元、键盘与显示单元、声光报警单元、电动机模块单元。
第4章为系统软件设计。
先介绍系统从站工作的主要流程，说明系统中用到的几个比较重要的寄存器，再分块介绍了部分软件的算法与实现，包括PCA捕捉模块、电动机模块、声光报警模块。
第5章为结论。
第6章为参考文献。
第2章系统总体设计2.1 系统整体框图根据前面的系统分析，本文基于C8051F410的输液监控系统主要模块有：输液信号采集单元、声光报警单元、电动机单元、按键显示单元、通信单元和单片机外围电路等。
输液信号采集单元将采集到的信号经过整形后发送给单片机，经单片机处理后在键盘上显示计算所得的液滴滴速并将其与所设定的值进行比较来控制电动机的正反转。
从站系统框图如图2-1。
图2-1 系统总体框图2.2 C8051F410单片机介绍C8051F410是一款完全集成的低功耗混合芯片上系统型MCU。
它具有高速、流水线结构的8051兼容的微控制器核（可达50MIPS），高精度可编程的24.5MHZ内部振荡器，可达32KB的片内FLASH存储器，2304字节的片内RAM，4个通用的16位定时器，6个捕捉/比较模块和带看门狗定时器功能的可编程计数器/定时器阵列（PCA），硬件CRC引擎，温度传感器，片内电压比较器，且拥有多达24个I/O端口。
具有片内上电复位，VDD监视器，看门狗定时器和时钟振荡器的C8051F410是真正能独立工作的片上系统。
FLASH存储器还具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储，并允许现场更新8051固件。
用户软件对所有外设具有完全的控制，可以关断任何一个或所有外设以节省功耗。
C8051F410片内Silicon Labs二线（C2）开发接口允许使用安装在最终应用系统上的产品MCU进行非侵入式（不占用片内资源）、全速、在系统调试。
调试逻辑支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点、单步、运行和停机命令。
在使用C2进行调试时，所有的模拟和数字外设都可全功能运行。
两个C2接口引脚可以与用户功能共享，使在系统调试功能不占用封装引脚。
C8051F410单片机最小系统如下图所示：图2-2 C8051F410单片机最小系统第3章系统硬件设计3.1 方案论证3.1.1 点滴速度检测方案方案一：采用电感式传感器测量点滴速度。
在输液器的漏斗外围绕线圈作为敏感元件。
当液滴滴下时电感量发生变化，通过LC振荡电路后输出变化的频率值，经过F/V变换电路及电压比较后输出TTL电平信号来检测点滴速度。
此方案测量精度比较高，但是外围电路比较复杂。
方案二：采用红外对管发射接收。
采用断续式的工作方式，在点滴落下时阻挡了接收管接收红外线，产生高电平的脉冲信号。
为了提高抗干扰能力，可以采用两对红外传感器一发一收，而不是只用一只传感器以反射式状态工作。
红外传感器有以下优点：尺寸小、质量轻，安装在滴斗上较简单。
它对辅助电路要求少，在近距可以用直流发射，电路简单，性能稳定。
方案二简单，较容易实现，而且使用了非接触式光学测量方法，避免了交叉感染[7]，因此采用此方法。
3.1.2 液位检测方案方案一：同点滴速度测量模块，仍然采用红外对管发射接收。
根据该接收管收到的光强的大小来判断液位是否达到警戒水位。
利用光在不同媒介界面的折射或反射原理，通过光电传感器来接受光信号实现液面检测功能。
此外，红外线对射管安装方便，只需将其固定在输液瓶外壁上即可，不需要详细计算储液瓶液面的高度，简化了外围电路结构。
方案二：采用拉力传感器检测。
将拉力传感器接在滑轮与输液瓶之间，利用液面高度变化和拉力变化之间的线性关系进行间接测量，但是拉力传感器价格高，从实用性考虑效果不佳。