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51单片机的液体点滴速度监控装置
资料介绍
本文档是基于51单片机的液体点滴监控转置资料
利用单片机设计并制作一个智能化的液体点滴速度监测与控制装置。该装置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，
设定范围为 20~150(滴 / 分)，控制误差范围在 10% 1 滴
左右。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。
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计算机与网络
基于 51 单片机的液体点滴速度监控装置
淮安信息职业技术学院 张金美
［摘 要］利用单片机设计并制作一个智能化的液体点滴速度监测与控制装置。该装置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，设定范围为 20~150(滴 / 分)，控制误差范围在 10% 1 滴
左右。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。
［关键词］点滴速度 红外传感 步进电动机 51 单片机
1. 引言
其性能发挥和可靠运行的一个最重要因素。
目前大小医院中所使用的静脉输液器都是悬挂在病人的
上首才能输液，输液速度难以准确限制，这对特护病人和对输
液速度有较严格的病人是不方便的。目前的输液监控报警器笨
重、体积大、价格太高，增加医院和病人的费用。所以如果有液
体点滴速度监控装置，必将深受医务人员和病人的欢迎。因为
它有许多的优点，如：可以用按键准确控制速度，可以报警，设
备结构简单，费用低等。所以对液体点滴速度监控的研究十分
有意义。本设计包括以下几部分。
常见的步进电动机驱动电路有三种：
双电源驱动电路、斩波限流驱动电路和单电源驱动电路，
其中单电源驱动电路采用单一电源供电，结构简单，成本低，但
电流波形差，效率底，出力小，主要用于对速度要求不高的小型
步进电机的驱动。虽然像ꢀ波限流驱动电路比较的常用，性能
也比较好，但基于实际应用和成本等的考虑，我们选用单电源
驱动电路就可以了。
2. 方案设计与论证
根据题目要求，系统可以划分为几个基本模块，如图 1 所示。
2.3 红外测速
2.1 速度监控的方法
利用步进电动机和压强的原理来控制水滴的速度，由公
式：P=ρ·g·h 可以知道由于液面高度的不同，压强也不同，从而
改变液滴的速度。这样的系统比控制输液软管的松紧更好控
制，而且比较容易实现，1 米 8 的高度足以实现速度从 20~150
(滴 / 分)的调节。
红外传感器已经在现代化的生产实践中发挥着它的巨大
作用，随着探测设备和其他部分的技术的提高，红外传感器能
够拥有更多的性能和更好的灵敏度。所以利用红外传感器来测
量水滴的速度比较好。
因为利用反射式红外传感器很难进行对水的判断，而利用
对射式红外传感器，虽然水对红外的遮挡比较弱，但相对反射
来说又会强一点。经过实验发现对射式红外传感器能比较灵敏
的测出水滴。
首先利用实验先大概的测出对应的高度所对应的水滴速
度，并记下来存在单片机内，到时候就直接调出来。在滴斗处用
红外系统来测量水滴的速度，再在储液瓶到瓶口 3cm 处装一个
红外系统来监控水位。当在键盘上按入某个点滴速度时，从单
片机内调出相对应的某一个高度，然后控制步进电动机转动进
行粗调，再利用红外系统进行反馈来细调，直到红外反馈和所
按的速度一样为止。这是软件编程的一种算法，另一种算法也
可采用折半查找法，但是由实验已得知其高度与液体滴速成较
精确的线性关系（如图 2 所示），所以我们采用了直接粗调与细
调相结合的方法。
总之，经过一番仔细的论证与比较，决定了系统各个主要
模块的最终方案如下：
电机控速模块：用步进电机来控制储液瓶的高度来达到控
速的目的。
调好以后由于液面的下降和一些其他的因素，又会产生一
些速度的变化，或者本身水滴的速度又不是均匀的，所以调好
以后速度有可能自身就会发生变化。可以利用红外监控，智能
化的调整高度来控制速度，就是利用单片机来随时的自我调
整。这样使系统的难度变成用软件来解决，更加的合理，而且更
加准确，误差很小。
对各模块的实现，分别有以下一些的设计方案：
2.2 步进电动机的驱动
要使步进电动机输出足够的转矩以驱动负载工作，必须对
控制信号进行放大，实现这一功能的电路称为步进电动机驱动
电路或功放电路。驱动电路是步进电动机应用的关键，是影响
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