1系统方案设计与论证
1.1系统硬件设计方案
输液器控制系统大致可分为以下几部分：电机系统、液位检测、剩余时间计算、滴速测量、键盘显示。结构图如下。
图1.1总体结构框图
1.2点滴速度测量电路方案的选择及论证
下行速度的测量在整个设计中起着重要的作用，它不仅是系统的基础，也是系统的最终回归点，根据当前市场使用的设计方法和电子控制原理，具有以下方案:
方案一：使用反射式红外光电传感器。反射式红外传感器放在输液袋的一端。当它掉落时，接收器会利用它的反射式红外线追踪功能。但因为水滴大小以及外表形状的差异，有时会导致反射信号不稳定，上下振动会发生，从而产生强烈的干扰。
方案二：在红外线软管处测量输注速度的基本原理是防止接收管在发射和产生高电平脉冲时接收红外光束。为了提高抗干扰能力，可以使用两对红外传感器进行接收和传输。而不是像场景1中那样只使用其中一个传感器在反射模式下工作。红外传感器体积小，重量轻，易于安装在跌落箱上；同时，它不需要复杂的辅助电路，电路非常简单，性能也相对稳定。现代红外传感器生产实践中发挥了巨大作用。
因为难以通过使用反射型红外传感器和对面的红外传感器来判断水的流速，尽管水流相对于红外而言相对较弱，但它比反射性要强。与其他红外线传感器相比，它可以更敏感地感知流速。因此，这个方案很容易实现，使用第二种方法来测量液滴下落速度更简单方便。
1.3液面检测电路方案的选择及论证
项目要求输液瓶中液体的剩余量滴完的时间低于5分钟时发出警报信号。其余下时间必须与滴漏速率和滴漏量相结合进行测量。如果10滴的分辨率为1 ml，则应立即在10 ml的位置发出警报。
方案一：与液滴速度测量模块还使用红外线传输和接收。根据接收管接收到的亮度，判断液位是否达到警告水位。如果它达到了警戒水位，它就会被及时送回单片机，然后中断报警。
方案二：使用质量传感器，当液体达到实际测量中的固定位置时，传感器会测量和比较液体的总质量。当总测量质量等于设定值时会发出警报。
与双面红外传感器相比，它具有成本低、安装方便等优点。只需要修理输液瓶外壁的传感器而不是精确计算输液瓶的液位。因此选择相对应的传感器既方便又实用，并且稳定性很高。
1.4通过电机控制滴速电路的方案论证
1.4.1电机控制滴速的方案设计
方案一：通过调整滴瓶高度h。根据滴瓶高度h与滴瓶速度的关系，发动机驱动滴瓶升高或降低以改变滴瓶高度h，从而调整速度。这种方法的原理简单易行，大多数设计者都采用这种方法。因此，我们需要通过实验来粗略地测量与相应高度相对应的水滴速度，并记下它存在于单片机中，然后直接对其进行调整。在滴斗处用红外系统来测量水滴的速度。模拟示意图如图1.2。
方案二：与人工输液相同，下降速度是通过控制木材的结来控制的，这是普遍接受的，但下降速度夹的特性决定了它只适合于液体下落速度的大幅度不均匀调整，当涉及微调时很难控制，不易实现。综上所述选择方案一。
图1.2 输液模拟示意图
1.7.2单片机的选用
单片机作为系统的主要控制单元，控制着所有的输入输出，监控系统是单片机最小的微机应用系统。系统的某些功能不能集成到芯片中，如晶闸管、复位电路等，将相应的辅助电路添加到芯片中。对于不带ROM的单片机如图1.3所示。
图1.3单片机最小应用系统
2输液系统各模块的硬件设计
本章节主要介绍了电机模块、电源模块、声音报警模块以及步进电机的工作原理，详细介绍了如何串联各部分工作单位进行工作，使该项目完整运行。主要结构框图如图2.1所示。
图2.1 结构框图
病床端结构框图如图2.2所示。
图2.2病床端框图
护士站端机构框图如图2.3所示。
图2.3护士站端结构框图
2.1控制电机模块设计
作为步进电机的部分设计。步进电机由单片机控制微数据垫，电机的旋转路径根据相位序列输入脉冲进行控制。对于每个输入脉冲电机，沿所选方向向前移动一个步进，并且电机在向前每个步进中以固定角度旋转。从而带动滴瓶来调节高低，进而达到控制滴速的目的。
2.1.1步进电动机的工作原理
步进电机是将数字脉冲信号转化为机械角度运动或线性位移的执行器，是由专用脉冲电源驱动的多相同步电机，每次脉冲输入时，脉冲都会旋转一个角度或向前移动，故称为步进电机。
2.1.2步进电机控制原理
步进电机是一种将脉冲信号转换为角位移的数字控制电机，即发送脉冲信号，步进电机旋转一个角度，非常适合于MCU控制。步进电机可分为反应式步进电机(VR为短)、永磁步进电机(PM为短)和混合式步进电机(HB为短)。步进电机的驱动电路根据：
（1）控制换相顺序
上的转动过程称为脉冲分配，例如，对序列a-b-c-a的影响是三相步进，控制轴上的力应检测到对a-b-c-a相位的影响，并与该序列精确匹配。
（2）控制步进电机的转向
如果按正顺序打开给定的运行模式，步进电机将向前旋转。如果按相反顺序则断开电源。
3.4键盘程序
除了重置键之外，系统还会扩展三个键。他们的功能包括“添加键”、“记忆键”和“报警键”，加减键功能程序通过加1减1实现。设置单位。当有人按下警报键时，警报声响起。如果在10秒内没有人处理过该警报，请通过将设置值修改为0来停止警报并停止滴落，以确保患者安全。
图3.6 键盘程序框图
4系统设计结果分析
4.1设计实现过程
（1）测试条件：
测试点环境温度：25°C
（2）测试仪器：
PC机 秒表
直流稳压电源
（3）测试方法及结果
表4.1 滴速设定及相关稳定时间测量结果
测试次数 当前值 设定值 稳定时显示值 稳定时实际值 稳定时间 误 差(滴/分)
1 171 20 19 20 1′50″ 1
2 20 150 150 152 1′40″ 2
3 150 70 70 71 57″ 1
4 71 80 82 83 11″ 1
5 82 20 21 21 51″ 0
6 21 25 25 26 10″ 1
7 25 50 50 51 16″ 1
根据表4.1的分析，在整个过程中，测量误差小于项目所需固定值的1%。同时，稳定时间也小于项目所需的3分钟，因此下降速度设置功能符合标准。
报警功能测试：
当药液滴低于设定界面，或药液容量/药液滴速度小于300秒时，即5分钟，告警设备工作正常，表明告警功能正常。总结起来，每个测试过程都是正常的，并且该输液系统基本完成了设计任务所需的基本功能。
4.2电路焊接
本项目采用手工焊接的方法进行焊接，在焊接前首先对各元器件进行检查，在确认其完好后才能够进行焊接，否则会导致系统无法运行。然后开始在电路板按照原理图上放置各元器件。焊接时连续时间不得超过10秒。焊接结果如下图4.2。
图4.2电路板焊接
4.3实物调节
当模拟开始时，表示病人已经开始输液，这时病床端以及护士站端开始显示瓶内剩余的液量，以及此时液体流速，并且显示瓶中剩余药量还需要多久可以滴完。确保护士站端可以保证实时监控病人的输液状况。显示情况如图4.2所示。
图4.2起始状态显示图
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