液体点滴速度检测装置

液体点滴速度检测装置

伍玉1，陈晓君1，喻梦颖2

（1. 武汉大学电子信息学院，湖北武汉430079；2. 长沙通信职业技术学院，湖南长沙410015）

摘要：为了改变医院输液系统的非智能化，设计一个液体点滴自动报警装置系统。该系统装置是由主站控制多个从站输液速度，并在从站液位过低时将自动报警。该系统设计是以单片机为最小控制单元，由主站控制、从站控制、滴速测量、容量测量、报警等模块构成。通过RS -232串行通信总线，根据自定协议，该系统设计实现由一个主站控制多个从站的液体点滴速度检测装置，1分钟内滴数范围达到20~150滴。关

键词:液体速度检测；RS -232串行总线；声光报警

文献标识码:A

文件编号:1674-6236（2009）07-0052-02

中图分类号:TM935

Design of apparatus to monitor and contol liquid drop speed

WU Yu 1，CHEN Xiao -jun 1，YU Meng -ying 2

(1. School of Electronic Information ，Wuhan University ，Wuhan 430079，China ；2. Changsha Tel&TecVocational

College ，Changsha 410015，China )

Abstract ：In order to change the non -intelligent hospital transfusion system ，we design an apparatus system to monitor and control liquid drop speed.The system master station controls the liquid drop speed of several slave stations,and alarms when the liquid level of slave stations is lower.Based on the least control unit of MCU and FPGA,the system consists of master station control module,slave station control module ，spare station control module ，liquid speed testing module ，capability testing module and alarm module.Based on the RS232serial bus ，according to custom protocol,we implement an apparatus which the master station could control several slave stations.The liquid drop speed is from 20drops to 150drops in minute.

Key words ：liquid speed testing ；RS232serial bus ；sound and light alarm

1引言

输液设备是医院必不可少的，而普遍输液设备的液滴速

度都是病人或医生手动控制，控制范围局限且不方便。尤其是无法自动监测输液瓶内的容量，需要有人在旁监护。因此，这里给出一种液体点滴自动报警系统装置[1]。该系统通过主站控制从站的输液速度，且能在液面低于定值时自动报警。该系统装置既方便医生、护士照顾病患，又能让病人安心治疗，不必担心输液瓶液滴流尽，引起血液倒流。

2总体方案论证

该系统是由主站和从站两部分构成。主站由键盘与显

图

1系统总体设计框图

示、从站控制、串行通信接口、报警电路等模块构成。主站通过RS232总线监测或控制从站输液液滴滴速，并在输液液面降到定值时声光报警。而从站由步进电机及其驱动模块、红外对管滴速监测模块、压力测量及电压频率转换模块、声光报警模块、键盘与显示模块等构成。从站根据主站控制调节输液滴速，在主站无控制信号时自主控制输液滴速，当其液面低于定值时声光报警，并可手动解除报警。图1为系统总体设计框图。

收稿日期：2009-03-03

稿件编号：200903014

3

3.1

系统硬件设计

滴速测量方案

采用红外对管ST180检测是否有液滴落下。将红外对管

固定在滴管两侧，发射管和接收管的光轴在一条直线上，当无液滴滴下时，接收管能接收到发射管发出的大部分光强，输出高电平；当液滴从对管间滴落时，红外光被液滴散射，接收管接收到的光强大大减弱，以致输出低电平。液滴连续滴落将产生与液滴频率相同的电脉冲信号。该电脉冲信号通过比较器和施密特触发器整形后得到稳定的、与液滴同频率的

：伍玉（），女，。：信号与信息处理。

伍玉等液体点滴速度检测装置

方波信号[2]。为了减小误差，在对管处包裹一层黑色胶布，使外界对红外对管传感器的影响最小。

由于液滴并不是严格地均匀滴下，不能直接通过测量两液滴之间的时间差计算液滴速度。于是通过测量多个液滴滴下的时间差以求得液滴速度的平均值，理论上测量的液滴数越多，平均速度越准确，但考虑到测量时间不能过长，综合考虑后，先以4滴的间隔初测滴速，根据该滴速分段设置测量间隔[3]。若初测滴速大于100滴/分，以15滴为间隔；若初测滴速小于100滴/分、大于60滴/分，以10滴为间隔；若初测滴速小于

60滴/

分，以

5滴/

分为间隔。图2为红外对管电路。

图4V/F转换电路

的速度和加速度，从而达到调速的目的。

4系统软件设计

该系统软件设计也分为主站和从站两大模块。其中，主

站通过按键控制，具有定点和巡回检测从站液滴速度，设定某一从站液滴速度以及检测液面高度，在液面低于定值时自

图2红外对管电路

动报警并可手动解除报警。而从站接收主站的控制信号，向主站发送液滴速度，或根据主站设定的液滴速度进行调节，还能实时监测液面高度并声光报警。从站模块设计的核心是点滴速度控制。输液瓶最初置在最低处。首先，根据设定的液滴速度，估测输液瓶高度，使步进电机转动一定的圈数后，液滴速度达到设定值。之后根据每次测得实际液滴速度与设定值的差值，细调输液瓶高度，直到实际值和设定值间的误差在允许范围内[6]。图5为系统软件设计流程。

3.2剩余液体容量测量

将输液瓶悬挂在压力传感器下，传感器将输液瓶与瓶内液体对其压力转化为直流电压输出。当瓶内的液体少于定值时，传感器输出的直流电压相应小于定值。单片机通过测量压力传感器输出的电压判定瓶内的液量[4]。

该压力传感器内部是一个桥式电路R a 和R d 为压敏电阻，输液瓶的压力导致R a 变化，桥式电路的输出微伏级电压，采用仪表放大器INA118将传感器输出的电压放大1000倍。其电路如图3所示。

由于压力传感器输出的电压较小，变化范围也很小，若用A/D转换器直接读取该电压值判断液面的升降可能存在较大误差。应先采用仪表放大器INA118将电信号放大1000倍，再采用一款电压频率转换器KA331，将电压转换为频率在700Hz 附近的方波信号，通过对方波频率的测量间接判断瓶内液体容量。其V/F转换电路如图4所示[5]。

3.3电机选择

该系统设计采用步进电机。这是因为步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它将驱动步进电机按设定方向转动一个固定角度（及步进角）。通过控制脉冲个数控制角位移量，从而达到准确定位的目的；5系统测试结论

系统能在20~150滴/分范围内控制并测量点滴速度，最

长调节时间为1分钟13秒，速度最大误差不超过5%。它具有输液瓶液面过低报警功能，从站可手动解除报警。该系统主站具有多达个从站的控制能力，定点

《电子设计工程》2009年第7期

行数字运算后，得到所需的电气量，因此具有很高的测量精度。给RTU 输入标准信号，运行校正程序，输入标准值，RTU 能够自动计算，生成误差校正系数，写入不挥发内存中。，

DA -RTU 设有专用维护通信口，把该口与PC 机相连，运

行专用程序，用户可在PC 机上在线检查、修改装置的配置方式字，监视装置的测量数据及运行状态。有些DA -RTU 甚至可做到通过该口下载应用程序模块，以更改有错误的程序，增加新的功能。通过DA -RTU 的主站通信口，操作人员应该能够在主站通过通信通道上装或下载装置的配置方式字。

6DA -RTU 分布式设计技术

DA -RTU 应用的场合从只监控一条线路的柱上开关到几

条线路的环网柜，甚至到十几条线路的开闭所、变电站，对输入输出量的个数要求从几个到上百个不等，传统的集中式结构很难适应不同的应用要求。因此，DA -RTU 应采用分布式设计技术。

分布式设计技术实质是一个DA -RTU ，具有一定量输入输出配置，完成一个或多个配电设备的监控功能，DA -RTU 设计有局域网接口，通过该局域网接口将多个DA -RTU 连接在一起，完成更多配电设备的监控工作。DA -RTU 具有数据转发功能，其中任何一个DA -RTU 均可作为主RTU 与主站通信。一个普通的DSP 能够处理的交流输入量为十几个，监视1～4条线路，所以一个DA -RTU 的输入输出配置一般不超过监控

8结束语

随着计算机软硬件技术和通信技术的发展，配电网自动

化技术会不断发展，逐步实现配电网的监控、馈线自动化及就地保护、控制功能，配电网自动化系统运行将更加稳定，电网供电更加可靠，电网供电质量将进一步得到提高。参考文献：

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7DA -RTU 配置及维护

现代DA -RTU 正朝着一个开放的电力自动化装置平台

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自动化，1998，22（1）：78-81.

方向发展，其硬件本身采用模块化设计，可扩展性好，而软件采用实时多任务操作系统，可以很容易地植入新的功能模块。RTU 实际所完成的功能由装置不挥发内存的配置方式字所确定，用户可通过修改配置方式字改变装置的功能，减少了工程应用开发工作量，提高了装置性价比。

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（上接第53页）

和巡回两种检测方式。定点检测可检测任意一个从站点滴速度值和设置点滴速度；巡回检测方式最多可同时显示16个从站数据。从站可接收主站的点滴速度设定信息，并可自由选择是否按照该信息调整点滴速度。系统性能指标很高，且人机界面友好，具有良好的商业前景。参考文献：

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