单片机的智能输液瓶控制系统设计与制作
目录
一、 引言 1
（一） 智能输液瓶控制系统的发展背景 1
（二） 国内外发展现状 2
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控器的选取 3
（二） STC89C51单片机介绍 4
（三） 红外对管模块介绍 5
（四） LCD1602点阵显示器简介 6
三、 硬件系统设计 7
（一） 智能输液瓶系统方案设计 7
（二） 智能输液瓶系统的硬件结构框图设计 10
（三） 51单片机最小系统设计 10
1. 晶振电路设计 10
2. 复位电路设计 11
（四） 红外对管电路设计 11
1. 发射管电路设计 11
2. 接收管电路设计 12
（五） 点阵显示器电路设计 12
（六） 报警器电路设计 13
（七） 按键电路 14
四、 软件系统设计 15
（一） 智能输液瓶系统的主程序流程图设计 15
（二） 点阵显示工作流程设计 16
五、 实物制作 18
（一） 硬件调试 18
（二） 调试问题总结 19
总 结 20
参考文献 21
致
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谢 22
附录一 原理图 23
附录二 PCB图 24
附录三 实物图 25
附录四 程序 26
附录五 原件列表 30
引言
（一）能输液瓶控制系统的发展背景
本设计是一款基于STC89C51单片机为核心的智能输液瓶控制系统，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，如图11所示，该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。
图11 早期输液瓶监测器
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。
（二）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。
（三）本文主要研究内容
本课题在经过对当前市面上相关产品的大量调研后，结合自身的专业知识掌握程度，最终确立了如下的设计研究内容：
1、使用STC89C51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，实现一款能够实现输液瓶中药液剩余量实时检测、多种提示/报警声以及液晶显示等功能的智能输液瓶控制系统；
2、系统采用直流正5V电压进行供电，具有较低的功率消耗；
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。
二、方案选择及元器件介绍
（一）主控器的选取
对于主控器的选择主要结合了主控芯片性能、成本以及自身的使用经历等多方面因素，通过这些因素的权衡最终来决定本系统选用的主控器芯片，在进过了预期的筛选和对比后，最终选出了宏晶公司的STC89C51单片机和德州仪器公司的TMS320F28335型DSP作为最终的考虑对象，由于这两款主控器芯片对于本文所设计的系统来说都具有足够的适合性，因此下面对这两款芯片分别作介绍。
如果选用宏晶公司的STC89C51单片机来作为本文所设计系统的主控器芯片，那么将为本系统引入三大优势，首先在单片机的性能方面，由于这款单片机推向市场的时间较TMS320系列DSP来说要早三十年左右的时间，无论是学校图书馆还是网络上都遍布着大量的关于STC89C51单片机的学习资料以及各种开发过程中容易遇到的问题的解决方法，因此如果选用STC89C51单片机来作为主控器，那么能为本次毕业设计道路产出很大的障碍，对于毕业设计的顺利完成能够起到保驾护航的重大作用；而第二大优势更加重要，由于目前市面能够很容易买到直插封装的STC89C51单片机，这对于实物电路的PCB电路布局非常方便，不用单芯紧密的贴片形式引脚带来的难于焊接以及电路绘制等难题，而TMS320F28335芯片全是贴片封装，紧密排列的贴片引脚在100Pin以上，这需要耗费巨大的经历以及耐心才能绘制无误，非常不利于短暂的毕业设计的顺利完成；第三大优势是STC89C51单片机相对于TMS320F28335来说在成本上至少是后者的二十分之一，目前市面上STC89C51单片机的平均价格在3元每片左右，而TMS320F28335每片在60元以上，因此这对于构建高性价比的设计目标来说是非常不利的。
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