本课题选用了“基于STC12C5160S2单片机的智能输液器控制系统”作为研究对象，选用了宏晶公司推出的STC12C5160S2单片机作为核心部件，设计了一个能够实现了输液瓶中药液剩余量实时检测、滴速检测、滴速控制、报警以及液晶显示等功能的智能系统。这款控制系统的实现主要依靠了51单片机强大的控制作用，通过输入输出各种形式的电平信号来对红外对管、步进电机、液晶屏以及报警器等模块的控制，从而将各模块的功能融为一体。本文在硬件和软件两个层面上对智能输液器控制系统进行了分别设计，在软件上通过原理图以及在软件上通过流程图的形式对整个控制系统的设计思路以及设计过程进行了阐述。经过了大量的测试和验证，本文所设计的系统能够达到很高的性能指标，非常适合将其推向智能输液器系统的市场之中，并且具有取代现有相关产品的实力。
目录
第一章 引言 1
1.1 智能输液瓶控制系统的发展背景 1
1.2 国内外发展现状 2
1.3 本文主要研究内容 2
第二章 方案选择及元器件介绍 3
2.1 系统主控芯片的选取 3
2.2 STC12C5A60S2单片机介绍 4
2.3 红外对管模块介绍 5
2.4 LCD1602液晶屏幕介绍 6
2.5 小型步进电机介绍 7
2.6 蜂鸣器概述 8
第三章 硬件系统设计 10
3.1 智能输液瓶系统方案设计 10
3.2 智能输液器系统的系统原理框图设计 14
3.3 51单片机最小系统设计 14
3.3.1 晶振电路设计 15
3.3.2 复位电路设计 15
3.4 液位高低检测电路设计 16
3.4.1 发射管电路设计 16
3.4.2 接收管电路设计 16
3.5 液滴滴速检测电路设计 17
3.6 滴速调节电路设计 17
3.7 LCD1602电路设计 18
3.8 报警电路设计 18
3.9 按键电路 19
第四章 软件系统设计 20
4.1 智能输液器系统的软件工作
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流程设计 20
4.2 步进电机驱动流程设计 21
4.3 LCD1602显示流程设计 21
总 结 23
参考文献 24
致 谢 25
附录一 原理图 1
附录二 程序 2
第一章 引言
1.1 智能输液瓶控制系统的发展背景
本课题将要设计的这款基于STC12C5A60S2单片机的智能输液瓶控制系统是一种采用STC12C5A60S2芯片作为主要控制器的电子系统，这款系统的出现在某种程度上极大的方便了病人治病和护士的日常工作，不仅满足了现代人们对于高质量医院的不断追求与向往，更在很大程度上推进了单片机与日常生产生活之间的距离，使得单片机系统趋向生活化和普遍化。智能输液瓶控制系统通常情况下由微处理器作为核心部分，周围配合其他必要的功能模块如显示以及声音提示等，通过微处理器的强大控制作用，实现整个控制系统的一体化，智能输液瓶控制系统之所以能够达到今天这种性能和功能，主要得益于人们对于单片机等一些微处理器的不断改进和性能提升，在这之前，要想实现一款智能输液瓶电子系统，只能依靠一些功能简单的数字逻辑芯片来实现，此时的智能输液瓶控制系统的典型特点是系统复杂并且生产成本高，如下图所示的称重式输液瓶监测系统，需要通过复杂并且外形笨重的称重传感器来实时监测输液瓶的重量，当输液接近完毕时输液瓶重量变小从而触发报警装置，这种早期的智能输液瓶电子系统无论是在功能还是性能上，都是与现在市面上智能输液瓶系统所无法比拟的（如图11所示）。


图11 早期输液瓶监测器图
首先在电路结构上，由于要完成一个简单的功能需要借助大量的逻辑门电路芯片来搭建，更有甚者需要大量分立的三极管基本部件来搭建一个逻辑门，可想而知要完成一整个智能输液瓶控制系统需要搭建一个庞大的硬件电路结构，这么大的体积使得系统非常容易受到各种各样的电磁或者机械干扰，使得其稳定性和抗干扰性极差，并且复杂的电子线路也给智能输液瓶控制系统的检修工作带来了极大的阻碍；其次在功能上表现得非常的简单，就以显示功能来说，最佳效果也只能是以数码管来显示一串数字来作为系统的人机交互，与现如今的液晶显示相差甚远。而现如今的智能输液瓶控制系统采用了具有集成外观的芯片并且是以单片机等微处理器作为控制器，性能得到了极大的提升，无线报警信号发送、自动换液等功能的实现变得极其容易，并且通过复杂的接口协议，高清晰显示效果使得用户能够更好的使用智能输液瓶控制系统。本次毕业设计就将以智能输液瓶控制系统来作为研究的核心对象，结合大学期间所学的单片机、模拟电路、数字电路以及传感器等重要课程，通过对这些课程的综合融会贯通，并结合课外积累到的一些电子项目设计经验，来完成对这款系统的设计与实现。
1.2 国内外发展现状
国内外对于这种新型实用性的智能输液瓶电子控制系统的研究一直处于炙热的状态，通过前期对网络显示的资料以及图书馆查阅到的相关文献后可总结为，当前这种控制系统或者称之为产品所存在的普遍不足和缺点为智能化程度还不够高，自动换液等重要功能还不成熟，另外在主控的选择上，大多数产品为了降低产品的生产成本以及提高其性价比，在系统硬件上尤其是内部控制器的选择上主要是一些性能较为落后的16位机。
1.3 本文主要研究内容
在对智能输液器控制系统的发展背景以及国内外的研究现状进行了简要的介绍后，下面对本文的结构安排进行阐述，以便于更加清晰的对本系统的设计过程进行展现。论文的第一章是引言章节，该章节主要对智能输液器控制系统的发展背景等进行了介绍，并通过对设计现状的对比确立了本系统的设计目标；在接下来的第二章，将对系统的总体设计方案进行设计，包括对几种常用控制器的对比，并对所要使用的元器件进行了简要介绍；在对主控器件以及外围元器件进行确立后，文章第三章将对硬件系统进行设计，通过Altium designer绘制了相关模块的电路原理图从而进行设计思路的讲解；硬件系统设计完毕后，第四章开始对系统的软件部分进行设计；为了能够验证本系统的设计正确性以及可行性，在文章第五章对控制系统进行了仿真。
1、使用STC12C5A60S2单片机作为主控芯片，结合其他模块构建一个51单片机最小系统，设计一款能够实现输液瓶中药液剩余量实时检测、滴速检测、滴速控制、报警以及液晶显示等功能的智能输液瓶控制系统；
2、通过红外线的发射和接收，实现对液滴滴速的检测，并通过单片机对步进电机的驱动，实现对液滴滴速的控制；
3、配置红外线收发电路，实现药液剩余量进行实时监测；
4、能实现51单片机对液晶屏的驱动，实现对输液瓶状态的显示；
5、配置蜂鸣器电路，实现多种提示报警信号的产生。
第二章 方案选择及元器件介绍
2.1 系统主控芯片的选取
为了实现本文所有的设计指标，必须得对控制系统的主控器芯片进行一个全方位的考核，这不仅仅涉及到它的性能和功能等方面，还要对它外形封装以及管脚数量等情况进行仔细对比。通过对目前微处理器市场上多款常用的器件查阅和学习，最终从中选择出了430单片机以及51单片机两种器件进行全面对比，从而选择出其中一个来进行控制系统的设计。
所谓430单片机指的是TI公司在二十世纪初推出的一种以低功耗为主要特点的控制器芯片，在当时它的低功耗性能达到了单片机市场上的最高水平，该公司的测试人员通过一个新鲜柠檬产生的酸性电压来对430单片机进行供电，使其进入了正常的工作状态，并且柠檬的酸性汁液发出的电量足以使其维持工作达到一小时以上。该低功耗特性使得MSP430单片机迅速赢得了许许多多手持设备设计者的青睐，由于手持设备多是通过电池供电，并且许多外形轻巧的手持设备或者玩具都是通过干电池供电，而干电池的电压最多达到3V左右，许多以5V电压供电的单片机就不适用于这种设备中，而以3.3V供电的430单片机则能轻松工作，这就是430单片机的优势，经过了十几年的发展和优化，430单片机已经形成了多个种类以适用于不同用户，其中F2系列以集成功能模块多、价格低廉赢得了最多的使用者，尤其是学生用户，不但有利于他们学习低功耗的概念，更能使得他们通过配置F2为数不多的寄存器来更快地熟悉430单片机，因此本文若采用F2系列430单片机，那么不但能够使得系统具有低功耗的特点，更能够通过430单片机丰富的配置来使得最终系统取得非常小的外形体积。

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