液体点滴速度监控装置

液体点滴速度监控装置

2007年6月9日

摘要：

液体点滴速度监控系统是能够实现自动监控液滴的速度并且能做出相应调整的自动控制系统。本文对系统如何实现自动监测、自动调节等功能作了详细的分析和研究，利用光电传感器采集液滴的速度变化信号和液位高度信号，用AT89S52作为中央处理器进行信号分析和处理，利用建立的模型通过直流电机进行控制液滴速度。主从站采用MAX487E与单片机系统构成RS-485通讯接口进行数据和控制信息的传送。

问题重述

一、任务

设计并制作一个液体点滴速度监测与控制装置，示意图如Array右图所示。

二、要求

1、基本要求

（1）在滴斗处检测点滴速度，并制作一个数显装置，能动态

显示点滴速度（滴/分）。

（2）通过改变h2控制点滴速度，如右图所示；也可以通过控

制输液软管夹头的松紧等其它方式来控制点滴速度。点滴速度

可用键盘设定并显示，设定范围为20~150(滴/分)，控制误差

范围为设定值±10%±1滴。

（3）调整时间≤3分钟（从改变设定值起到点滴速度基本稳

定，能人工读出数据为止）。

（4）当h1降到警戒值（2~3cm）时，能发出报警信号。

2、发挥部分

设计并制作一个由主站控制16个从站的有线监控系统。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(仅要求制作一个模拟从站)。

（1）主站功能：

a．具有定点和巡回检测两种方式。

b．可显示从站传输过来的从站号和点滴速度。

c．在巡回检测时，主站能任意设定要查询的从站数量、从站

号和各从站的点滴速度。

d．收到从站发来的报警信号后，能声光报警并显示相应的从站号；可用手动方式解除报警状态。

（2）从站功能：

a．能输出从站号、点滴速度和报警信号；从站号和点滴速度可以任意设定。

b．接收主站设定的点滴速度信息并显示。c．对异常情况进行报警。

（3）主站和从站间的通信方式不限，通信协议自定，但应尽量减少信号传输线的数量。（4）其它。

题目分析

对题目进行综合分析，可知本题的主要任务、功能有：

一、任务：

液滴速度控制、液滴检测、液位检测、电机控制、主从站通讯

二、系统功能：

1.设计从站

a）检测并显示液滴速度

b）根据设定控制电机调节液滴速度，调节时间小于3min

c）液位过低报警

2.设计主站

a）接受从站的检测数据

b）向从站发送命令

方案论证

本题的主要设计部分为从站

根据题目的要求，系统模块构成框图如下：

对于各部分功能的实现，方案比较与选择如下：

一、液滴速度检测模块

方案一: 采用电容式传感器测量点滴速度。在输液管的滴斗外围放置一对电极，形

成一个电容。当液滴滴下时电容量发生变化，可通过LC振荡电路来测量这个电容

的变化。当输出的频率值发生变化时，说明有液滴通过，可以达到检测点滴速度的

目的。此方案对于单一药液测量精确度高，但对于不同的药液时，由于电解质不同，电容变化可能不同，而且外围电路也较为复杂。

方案二：采用可见发光二极管与光敏二极管的传感电路。由于光敏二极管受外界光

源影响较大，一旦外部光强改变较大时，就会改变对液滴的判断。如果采用超强两

度发光管可以减少干扰，缺点是功耗较大。

方案三：采用脉冲调制的红外传感器测量点滴速度。当液滴滴下时，红外发射管发

射的光透过液滴后强度发生变化，接受管接受强度变化后的信号输出变化的电压信

号。此信号经过放大整形后被转化为TTL电平信号送到单片机计数来测量点滴速

度。该传感器具有体积小、灵敏度高、线形度好等特点，外围电路较为简单，性能

稳定。

经过综合比较，我们选择方案3。

二、液滴速度控制模块

对于滴速的控制有以下两种选择

1.可通过控制滴速夹或者滴管的夹紧度的办法来控制滴速。这种办法控制比较灵

敏，控制方便，体积小巧，性能较好。但前提是要有相应的灵敏可靠的高精度

机械装置，在不便制作相应装置的条件下，不宜采用此方法，还有一个问题就

是滴管的弹性形变不容易恢复容易导致问题。

2.通过调节滴瓶高度的方法控制滴速。这种方法简便易行，控制可靠，是推荐的

控制方式，当然也有缺点，就是不便于移动。

综合考虑，我们选择方案二

三、液位检测模块

1.采用电容传感测液位。在储液瓶的瓶身正对贴两片金属薄片作为传感电容，储

液液面下降，电容两极间的介电常数减小，电容值随之减小，经过C/V变换

后输出电压上升。当储液瓶液面降到警戒液面时，转换电压高于回差比较阀值

电压，比较其反转输出开关信号。C/V转换具有优良的线形、较高的变换灵敏

度与抗干扰性能。

2.通过测量电阻测液位。在储液瓶内嵌入两片金属片，将其固定于警戒液面处，

当瓶中药液浸没金属片时两金属片之间的电阻可以测出，一旦液位低于警戒液

面金属片将其露出水面，此时两金属片之间的电阻接近无穷大。由于金属片浸

没和露出液面时的电阻区别很大，所以此方案便于实现，较为准确。然而不使

用与大范围的推广，而且加电后药液离子浓度的变化不定，同时，在储液瓶内

部安装金属片，实际操作性不强，且不符合卫生规范。所以此方案实用性不是

很强。

3.采用红外传感器，一个发射管，两个接受管，分别位于储液瓶警戒线的上下部

分，这样，当页面处于安全位置时，2个紧挨的红外线接受管产生的幅度值将

一致，这时它们之间不会产生幅度落差，也不会发出报警信号；但当液面降到

2个紧挨的接受管的中锋时，此时两个接受管一个在液面上方，一个在液面下

方，由于接受管处于不同介质，此时收到的幅度值不一样，从而产生幅度差，

发出报警信号。具体工作原理如图所示：