AT89C2051单片机红外线自动跑水报警装置电路设计(2)
1. 方案设计
1.1 方案论证
方案1：采用简单的药液总体积及药液每滴体积计算，再计算总药液点滴数。采用红外线进行药液滴数监控，从而实现报警功能。
方案2：在药液瓶悬挂装置上进行重量计算，计算空瓶重量值，忽略滴管重量。当悬挂装置感应重量等于或低于药液空瓶重量时，实现报警从而实现监控。
方案3：研发以单片机AT89C2051为基础，在集成电路芯片的微控制器处理下，利用单片机具有硬件软件的操控特性，串行I/O口，存储器（RAM、ROM)、定时器/计数器、中断系统、系统时钟电路及系统总线的微型计算等。充分发挥单片机的体积小，功耗低，可植入更重程序应用编写的优点。在结合外部红外光电传感器，利用液体对红外线光束的反射原理，由同步回路感应反射回来的光，根据其强弱来检测物体的存在与否，光电传感器首先发出红外线光束到达或透过目标物体，物体或镜面对红外线光束进行反射，光电传感器接收反射回来的光束，根据光束的强弱判断药液的存在。
在通过以上的方案比较，其方案1可靠性较低，在计算值过于麻烦。且受外界干扰因素大。方案2结构相对简单，但其重复使用会造成较高的文护成本过高。且造成重量感应不灵敏而影响监控报警。方案3在可循环重复使用，摆脱一次性医疗用品的前提下，且造价成本低，抗外界干扰能力强，可靠性高，文护文修成本低廉，使用面积小面积小等诸多优点。因此，本设计采用方案3。
1.2 整体方案概述
本设计以AT89C2051单片机为控制核心，液位报警控制系统组成框图如图1所示。整个系统由上位和下位机以及外部等设备组成。下位机也就是单片机将与上位机采用总线RS-485通讯[9]。上位机、下位机，皆可在系统中独立工作。当传感器输出信号为关闭的时候，送单片机处理后启动声光报警。并控制阀门关闭，保持该药液的流速为停止状态。或发送到上位机和数码显示器，也可由上位机定时向下位机数据查询，以查看该输入药液患者床位。可用其与相应液位数据值对于后，确保药液输入的双重安全。
图1 系统组成框图
1.3 工作原理及安装示意图
该系统中只要用两个光电传感器就可以实现限位信号的输出。上液位将测量药液壶内的药液下线，在低于该液位下线时将产生声光报警功能。下液位为极限位，在触发下液位会产生阀门自动关闭状态[10]。实现无人等特殊环境自动保护。
上下位传感器各接N1和REE，将光电传感器的两根导线分别连接到电源的两极。当上位传感器采集到信息会发送指令到达上位机，可作为数据进行监督。如果药液低于上位传感器时，将启动声光报警装置，并将数据信号传送到上位机。当药液低于下位传感器时，将激活报警控制仪，自动进行闭锁，关闭阀门。安装时注意光电传感器信号的方向与位置，还要加装一定的保护装置，以免意外受力产生破损。为方便使用，可设计独立一个盒子，进行整体集成化。整体设计工艺安装如图2所示。
图2 安装设计示意图
2. 硬件系统设计
该系统硬件主要包括传感器、阀门模块、通讯模块、显示模块、报警模块、驱动器与继电器模块这吹冰个主要模块组成。
2.1 传感器模块
传感器是系统的最前端，它的准确程度直接影响后续的准确性。该系统传感器选择方案有两种：一种是浮球开关传感器，对药液液面进行测量，二是利用光电传感器进行测量[11]。浮球传感器因其要接触药液进行测量，可能产生对药液的污染，进而对人体产生危害，在使用过程中也是诸多不便，无法小型化，且安装困难，使用麻烦，成本价格较高。因而将此传感器排除在外[4]。红外传感器不仅不会接触药液而且体积小与易文护、易修理、抗外界干扰性强，尤其是性价比高。因此选用反射式光电传感器[12]。单片机只可处理负脉冲效果，而对射式光电传感器在没有东西遮拦时，受光器是呈低电平，有东西遮拦时是高电平。