基于紅外傳感器的液位測(cè)量報(bào)警裝置設(shè)計(jì)

引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，21世紀(jì)的人們?cè)絹?lái)越重視安全問(wèn)題，特別是醫(yī)療和醫(yī)用安全問(wèn)題，目前，醫(yī)院給病人輸液一般采用護(hù)士專人值守，或者病人家屬專門(mén)監(jiān)控。在這種情況下，一旦人工值守監(jiān)護(hù)不到位，就可能導(dǎo)致瓶裝輸液在液體輸完后氣體由輸液管路進(jìn)入人體，既通常所謂氣體栓塞，會(huì)對(duì)患者造成嚴(yán)重的身體傷害，甚至造成死亡。而輸液報(bào)警裝置可以解決這個(gè)問(wèn)題，社會(huì)上輸液報(bào)警器采用各種各異的原理與制作方法，主要的測(cè)試方法有利用壓力傳感器測(cè)量瓶?jī)?nèi)液體的重力，進(jìn)而將重力這一物理量轉(zhuǎn)化為瓶?jī)?nèi)液體高度的物理量。這種方法，思路清晰簡(jiǎn)單明了，但是操作困難。主要是因?yàn)槠績(jī)?nèi)液體一般不是純凈物，密度不好確定；另外瓶?jī)?nèi)液體是否混合均勻也是影響測(cè)量的一個(gè)重要因素，因此這種方法實(shí)際上并不可取。

利用光的直線傳播與折射原理，用紅外探頭照射液面并用相應(yīng)的接收裝置接收信號(hào)，根據(jù)接收到的模擬信號(hào)來(lái)檢測(cè)液面并報(bào)警，裝置簡(jiǎn)單，但由于光的折射、散射、透射導(dǎo)致精度不高；而利用紅外傳感器加載在輸液管兩端來(lái)記錄滴數(shù)的方法，不僅裝置和原理簡(jiǎn)單，精度高，最重要的是成本低，且具有便攜式，方便護(hù)士的拆裝和藥物利用同時(shí)也不污染藥物，達(dá)到非接觸式測(cè)量，很好地解決了輸液報(bào)警的問(wèn)題，既減少了醫(yī)護(hù)人員的時(shí)間和精力，又保證了患者的生命安全。

1 設(shè)計(jì)原理與方法

1.1 設(shè)計(jì)原理

本設(shè)計(jì)原理主要采用測(cè)量下落水滴的滴數(shù)來(lái)確定液位的高度及報(bào)警。其工作原理如下：通過(guò)輸液器使水一滴滴落下，在輸液管的滴管兩側(cè)分別放置紅外發(fā)光二極管和光敏二極管，當(dāng)有水滴落下時(shí)，光敏二極管接收到的光將減少，從而導(dǎo)致光敏二極管兩端的電壓增大，將該電壓與電壓比較器設(shè)定的初始電壓進(jìn)行比較，電壓比較器將會(huì)在高低電平間轉(zhuǎn)化，通過(guò)記錄轉(zhuǎn)化的次數(shù)就能確定下落水滴的滴數(shù)，從而確定液位及實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。

實(shí)驗(yàn)裝置框圖如圖1所示，電路圖如圖2所示，實(shí)物圖如圖3所示。

1.2 實(shí)驗(yàn)基本過(guò)程與方法說(shuō)明

在制作過(guò)程中，把可樂(lè)瓶裝滿水倒置固定在焦利氏稱上，焦利氏稱用來(lái)固定儀器，連接上滴管使水滴一滴滴下落。同時(shí)使紅外發(fā)光二極管、光敏二極管及水滴在同一直線上，打開(kāi)水滴控制開(kāi)關(guān)使液體落下。當(dāng)水滴下落時(shí)，將紅外傳感器接收端的電壓信號(hào)進(jìn)行放大，通過(guò)比較器輸出高低電平給單片機(jī)編程計(jì)數(shù)，并且通過(guò)液晶顯示屏顯示。當(dāng)實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，利用按鍵設(shè)定報(bào)警點(diǎn)。當(dāng)計(jì)數(shù)器所計(jì)的滴數(shù)達(dá)到報(bào)警點(diǎn)時(shí)，報(bào)警器報(bào)警。

61板是陵陽(yáng)大學(xué)計(jì)劃的16位單片機(jī)，其核心芯片為SPCE061A。

SPCE061A是繼μ’nSPTM系列產(chǎn)品SPCE500A等之后凌陽(yáng)科技推出的又一款16位結(jié)構(gòu)的微控制器。與SPCE500A不同的是，在存儲(chǔ)器資源方面考慮到用戶的較少資源的需求以及便于程序調(diào)試等功能，SPCE061A里只內(nèi)嵌32 KB的閃存（FLASH）。較高的處理速度使μ’nSPTM能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)。因此，與SPCE500A相比，以μ’nSPTM 為核心的SPCE061A微控制器是適用于數(shù)字語(yǔ)音識(shí)別應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品一種最經(jīng)濟(jì)的選擇。性能如下：16位μ’nSPTM微處理器；工作電壓（CPU）VDD為2.4～3.6 V（I／O）；CPU時(shí)鐘：0.32～49.152 MHz，內(nèi)置2 KB SRAM，32 KBFLASH，可編程音頻處理。

超低偏移：150μV最大；低輸入偏置電流：1.8nA；低失調(diào)電壓漂移0.5μV／℃；超穩(wěn)定，時(shí)間：2μV／month最大；高電源電壓范圍： -3～-22 V，+3～+22 V。

1.3 單片機(jī)中的軟件流程

單片機(jī)中的軟件流程圖如圖5所示。

先進(jìn)行初始化，再通過(guò)按鍵key設(shè)置初始值a。判斷信號(hào)接收端的電壓如果為高電平，則計(jì)數(shù)器cout=cout+1，如果為低電平則不加。當(dāng)計(jì)數(shù)器的cout等于初始值a時(shí)，中斷報(bào)警，然后重新初始化。如果不等于初始值則繼續(xù)計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)過(guò)程實(shí)時(shí)通過(guò)液晶板顯示。