基于紅外傳感器的液位測量報警裝置設計

引言

隨著社會的發(fā)展，21世紀的人們越來越重視安全問題，特別是醫(yī)療和醫(yī)用安全問題，目前，醫(yī)院給病人輸液一般采用護士專人值守，或者病人家屬專門監(jiān)控。在這種情況下，一旦人工值守監(jiān)護不到位，就可能導致瓶裝輸液在液體輸完后氣體由輸液管路進入人體，既通常所謂氣體栓塞，會對患者造成嚴重的身體傷害，甚至造成死亡。而輸液報警裝置可以解決這個問題，社會上輸液報警器采用各種各異的原理與制作方法，主要的測試方法有利用壓力傳感器測量瓶內(nèi)液體的重力，進而將重力這一物理量轉化為瓶內(nèi)液體高度的物理量。這種方法，思路清晰簡單明了，但是操作困難。主要是因為瓶內(nèi)液體一般不是純凈物，密度不好確定；另外瓶內(nèi)液體是否混合均勻也是影響測量的一個重要因素，因此這種方法實際上并不可取。

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的接收裝置接收信號，根據(jù)接收到的模擬信號來檢測液面并報警，裝置簡單，但由于光的折射、散射、透射導致精度不高；而利用紅外傳感器加載在輸液管兩端來記錄滴數(shù)的方法，不僅裝置和原理簡單，精度高，最重要的是成本低，且具有便攜式，方便護士的拆裝和藥物利用同時也不污染藥物，達到非接觸式測量，很好地解決了輸液報警的問題，既減少了醫(yī)護人員的時間和精力，又保證了患者的生命安全。

1 設計原理與方法

1.1 設計原理

本設計原理主要采用測量下落水滴的滴數(shù)來確定液位的高度及報警。其工作原理如下：通過輸液器使水一滴滴落下，在輸液管的滴管兩側分別放置紅外發(fā)光二極管和光敏二極管，當有水滴落下時，光敏二極管接收到的光將減少，從而導致光敏二極管兩端的電壓增大，將該電壓與電壓比較器設定的初始電壓進行比較，電壓比較器將會在高低電平間轉化，通過記錄轉化的次數(shù)就能確定下落水滴的滴數(shù)，從而確定液位及實現(xiàn)報警功能。

實驗裝置框圖如圖1所示，電路圖如圖2所示，實物圖如圖3所示。

1.2 實驗基本過程與方法說明

在制作過程中，把可樂瓶裝滿水倒置固定在焦利氏稱上，焦利氏稱用來固定儀器，連接上滴管使水滴一滴滴下落。同時使紅外發(fā)光二極管、光敏二極管及水滴在同一直線上，打開水滴控制開關使液體落下。當水滴下落時，將紅外傳感器接收端的電壓信號進行放大，通過比較器輸出高低電平給單片機編程計數(shù)，并且通過液晶顯示屏顯示。當實驗開始時，利用按鍵設定報警點。當計數(shù)器所計的滴數(shù)達到報警點時，報警器報警。

61板是陵陽大學計劃的16位單片機，其核心芯片為SPCE061A。

SPCE061A是繼μ’nSPTM系列產(chǎn)品SPCE500A等之后凌陽科技推出的又一款16位結構的微控制器。與SPCE500A不同的是，在存儲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、快速地處理復雜的數(shù)字信號。因此，與SPCE500A相比，以μ’nSPTM 為核心的SPCE061A微控制器是適用于數(shù)字語音識別應用領域產(chǎn)品一種最經(jīng)濟的選擇。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，時間：2μV／month最大；高電源電壓范圍： -3～-22 V，+3～+22 V。

1.3 單片機中的軟件流程

單片機中的軟件流程圖如圖5所示。

先進行初始化，再通過按鍵key設置初始值a。判斷信號接收端的電壓如果為高電平，則計數(shù)器cout=cout+1，如果為低電平則不加。當計數(shù)器的cout等于初始值a時，中斷報警，然后重新初始化。如果不等于初始值則繼續(xù)計數(shù)。計數(shù)過程實時通過液晶板顯示。