液滴速度监控装置

液体点滴速度监控装置设计

长沙大学

07级电子专业徐姿龙泽亮

摘要：本系统为一个液滴的速度检测与控制装置。以单片为核心，由水滴速度测试系统、水速控制系统、显示装置、单片机系统、键盘系统和报警等系统组成。应用水的压强随着高度差的变化而变化的原理，利用控制步进电动机的升降来控制点滴速度。点滴速度可用键盘来设定，键盘系统为独立式按键系统，红外对管是为检测液滴的速度提供脉冲。从改变设定值起到点滴速度基本稳定整个过程的调整时间小于3分钟。同时在水到达警戒线以下时能发出报警信号。以上为系统的一个结点，我们还建立了一个由主站控制16 个从站的有线监控系统。每个从站都可以和主站通信。主站可以工作在定点和巡回检测两种方式下，可以显示从站传输来的从站号和点滴速度，16个从站中，只有一个从站是按基本要求制作的一套点滴速度监控装置，其它从站为模拟从站(仅制作了一个模拟从站)。

关键字：点滴速度，红外对管，步进电动机，51单片机

Abstract: A droplet of the system for speed detection and control devices. AT89C51 to a

single core test system from the speed drops, water speed control systems, display

devices, microcontroller systems, keyboard systems, and alarm system.Application

of water pressure as the height difference and change the principle, the use of

stepper motor control to control the drip rate of take-off and landing. Drip rate of

the keyboard can be used to set the keyboard for stand-alone system, key systems,

infrared detection of the tube is to provide the pulse rate of droplets. Change

settings from drip to play the basic stability of the speed of adjustment of the

process time of less than 3 minutes. At the same time to reach the warning level in

the water can be issued when the following warning signals.

This system of a node, we also established a master control station 16 of the cable

from the monitoring system. Each slave and master can be communication. Master

station can be fixed and roving in the detection of two ways, we can show that

transmission from station to station and from the drip rate, can be set to the number

of inquiries from the station from the station number, the speed bit by bit from the

station.

Keyword: little speed, infrared to control, stepper motor, 51 single-chip

目录

1 总体方案设计与论证 (3)

1.1 方案论证与比较 (3)

1.1.1 速度检测部分 (3)

1.1.2 速度控制部分 (3)

1.1.3 键盘部分 (3)

1.1.4 储存检测部分 (3)

1.1.5 主从机通信部分 (4)

1.2 系统最终确定方案 (4)

2 系统的硬件设计与实现 (4)

2.1系统硬件的基本组成部分 (4)

2.2主要单元电路设计 (4)

2.2.1.点滴速度测量电路设计 (5)

2.2. 2 键盘控制及显示电路 (6)

2.2.3越限报警电路 (6)

2.2. 4电机控制电路 (6)

2.2. 5主从机电路 (8)

3系统的软件设计 (8)

4系统测试 (11)

5总结 (12)

6 参考文献 (12)

附录程序清单 (12)

1．总体方案设计与论证

1.1 方案论证与比较

由于题目所要求的系统比较复杂，涉及速度检测、速度控制、电机控

制、数码显示、自动报警、主从机通信等各个方面。所以我们考虑利用89C52

单片机作为核心控制部分来构成题目所要求的系统。

1．1.1速度检测部分：为了检测液滴下落的速度并且将其转换为电信号，需要利用合适

的检测工具来完成这项工作。可以考虑的方式有：

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。当液滴滴下是电感量发生变化，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；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。此方案简单，较容易实现。

1.1.2速度控制部分：由题目可知，控制液滴下落速度主要有两种方法：

方案一:通过步进电机和滑轮系统控制储液瓶的高度，来达到控制液滴流速的目的；

方案二: 通过控制滴速夹的松紧程度来控制液滴流速。第一项方案实现较为简便，通过步进电机可方便地实现对储液瓶高度的调节，从而达到控制液滴流速的目的。第二

项方案控制滴速夹移动的距离很小，但是滴速夹的松紧调节过程中，移动距离，

移动阻力等参数难于计算，用机电系统实现起来较为困难。经过综合比较，我们

决定选择第一项的方案。

1.1.3．键盘部分:根据题目条件，滴速的大小要由人工设定的。滴速的设定值与调整值

都可以在键盘上显示。对于其显示有以下的两种方案：

方案一：采用液晶显示屏和通用矩阵键盘。液晶显示屏（LCD）具有功耗小、轻薄短小无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁，可视面积大，画面效果好，抗干扰

能力强等特点。但由于只需六位显示，信息量比较少，且由于液晶是以点阵的模

式显示各种符号，编程工作量大，控制器资源占用较多，其成本也偏高。

方案二：采用六位LED七段数码管显示点滴数目。按键为四个独立按键。数码管具有：低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化，对外界环境要求较低。同时数码管采用BCD

编码显示数字，程序编译容易，资源占用较少。

1.1.4. 储液检测电路：题目要求是在储液瓶中的液位低于2～3cm时发出报警信号。在

此是关键如何检测到液位的高度，报警较易实现。检测液位有多

种方法。

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。此方案简单，容易实现。

方案三：用测定电容的方法来检测。在瓶壁上用两块薄金属箔包裹构造出一个电容。根据电容中的介质不同，可以确定是否达到警戒水位。此数据可以由实验中得出。

1.1.5主从机通信部分：我们考虑了以下几种方案：