摘要...................................................................................................................... I

ABSTRACT.......................................................................................................... II

第一章绪论........................................................................................................ 1

1.1 设计背景................................................................................................. 1

1.2 设计依据................................................................................................. 1

1.3 设计的主要内容和功能......................................................................... 2

第二章设计方案................................................................................................ 3

2.1 设计思路................................................................................................. 3

2.2 系统构成................................................................................................. 3

第三章硬件电路设计........................................................................................ 5

3.1 系统硬件原理图..................................................................................... 5

3.2 STM32单片机介绍................................................................................... 6

3.3 按键控制电路....................................................................................... 11

3.4 电源电路............................................................................................... 11

3.5 报警电路............................................................................................... 12

3.6 OLED液晶显示电路............................................................................ 12

3.7 滴速检测模块电路图........................................................................... 15

3.8 液位检测模块电路图........................................................................... 17

3.9 步进电机控制电路............................................................................... 20

3.9.1步进电机的介绍......................................................................... 20

3.9.2步进电机及其控制方式............................................................. 20

3.9.3步进电机驱动电路..................................................................... 21

3.10 DS18B20温度检测电路..................................................................... 21

3.11 继电器温度控制电路......................................................................... 22

3.12 HC-05蓝牙无线传输电路.................................................................. 24

第四章软件系统设计...................................................................................... 26

4.1软件设计方法........................................................................................ 26

4.2 软件主程序架构................................................................................... 27

4.2 OLED显示流程图................................................................................ 28

4.3 滴速检测流程图................................................................................... 30

4.4 水位检测流程图................................................................................... 30

4.5 按键子程序........................................................................................... 31

4.6 报警流程图........................................................................................... 32

4.7 步进电机驱动流程图........................................................................... 32

4.8 DS18B20温度采集流程图................................................................... 34

4.9 蓝牙无线传输流程图........................................................................... 35

第五章系统调试................................................................................................ 37

5.1 焊接调试............................................................................................... 37

5.2 功能调试............................................................................................... 37

第六章总结........................................................................................................ 38

致谢................................................................................................................ 39

参考文献........................................................................................................ 40

摘要

本文详细介绍了一款基于STM32单片机的点滴检测系统设计，通过液滴检测模块，时刻检测当前药水瓶中滴液的速度，并通过引脚将数据发生给单片机，经过单片机的计算，得出具体的液滴速度，并显示在OLED液晶屏上。通过按键设置滴液速度的上限和下限值，当滴液速度低于设置的下限速度时，单片机驱动步进电机正转，模拟加大滴速。当滴液速度高于设置的上限速度是，单片机驱动步进电机反转，模拟减小滴速。当液滴速度高于上限或者低于下限时，蜂鸣器报警。当检测到药水瓶中没有药水时，蜂鸣器进行报警。并且通过DS18B20温度传感器检测当前温度，如果温度低于下限继电器闭合进行加热，并且可以通过HC-05蓝牙模块把当前的数据传输到手机端进行显示提醒。

关键词： STM32单片机、液滴速度检测、OLED液晶屏、步进电机、蜂鸣器、DS18B20温度传感器

ABSTRACT

This paper introduces in detail the design of a drop detection system based on STM32 single chip microcomputer. Through the drop detection module, the current drop speed in the medicine bottle is detected at any time, and the data is generated to the single chip microcomputer through the pin. After the calculation of the single chip microcomputer, the specific drop speed is obtained and displayed on the OLED LCD screen. Set the upper and lower limit values of the dripping speed by pressing the key. When the dripping speed is lower than the set lower limit speed, the single chip microcomputer drives the stepping motor to rotate forward to simulate increasing the dripping speed. When the dripping speed is higher than the set upper limit speed, the single chip microcomputer drives the stepping motor to reverse, simulating the reduction of the dripping speed. When the droplet speed is higher than the upper limit or lower than the lower limit, the buzzer will alarm. When it is detected that there is no liquid medicine in the liquid medicine bottle, the buzzer will alarm. The current temperature is detected by DS18B20 temperature sensor. If the temperature is lower than the lower limit, the relay is closed for heating, and the current data can be transmitted to the mobile phone through hc-05 Bluetooth module for display reminder.

Keywords: STM32 single chip microcomputer, droplet velocity detection, OLED LCD screen, stepping motor, buzzer, DS18B20 temperature sensor

第一章绪论

1.1 设计背景

医院护士的工作主要是给病人输液，之后便一直在输液大厅内巡逻，时刻检查吊瓶内药水的液滴速度和是剩余的药水量，以便及时更换输液瓶。但是这种方式比较耗费护士的精力，病人多的时候容易出现忙不过来的情况，滴液速。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

1.2 设计依据

在单片机选项这一款，相比传统的AT89C52芯片，这次采用更加强大的STM32F103C8T6单片机，集成度更高，价格便宜，功能丰富，通过I/O口操作单片机上的外设，比较简单。通过液位传感器采集当前吊瓶液位，通过LM3。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

1.3 设计的主要内容和功能

本次设计是基于STM32F103C8T6单片机的点滴检测系统，通过滴速传感器检测当前滴液速度，通过水位传感器检测当前药水瓶中水位，。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

第二章设计方案

2.1 设计思路

本次设计主要分为检测、显示和报警三个部分。单片机采用STM32F103C8T6单片机作为CPU处理器，检测部分包括DS18B20温度采集、滴液速度检测和水位检测。滴液速度检测采用滴速传感器进行采集，药水瓶中水位采用液位传感器进行检测，并通过LM393比较器输出发送给单片机。 OLED液晶显示屏显示检测到的滴速。。。。。。。。。。。。。

功能框图

2.2 系统构成

本次系统构成分为硬件系统和软件部分。硬件系统就是单片机的选型，传感器的选型，电子元器件的选择。当所有材料选型完成后，进行电子电路设计，确保每个电路的正确和畅通。之后按照设计好的电路图，将所有材料焊接起来，组成。。。。。。。。。。。。。。

第三章硬件电路设计

3.1 系统硬件原理图

本次设计采用OLED液晶显示器显示采集到的滴速和滴速的上限、下限值。单片机型号为STM32F103C8T6单片机，滴速传感器用于检测当前药水瓶内滴速，液位传感器时刻检测当前药水的水位。图中包含3个按键。。。。。。。。。。。。。。。。

系统硬件原理图

3.2 STM32单片机介绍

单片机的最小系统应能让单片机正常工作并且能够正常的发挥其功能的一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。它是一个小型的电脑设备所具有的那样拥有者明显的大脑，也就是控制的核心。同时，也具有一些输出设备。。。。。。。。。。。。。。。

单片机最小系统框

STM32单片机概述

单片机也就是我们经常说的单片小型计算机。经常用在控制领域中。是微型计算机的非常重要的一部分。在我们日常生活中经常用来进行控制。单片机主要是由内部单块集成电路构成。内部最为重要的就是包含了cpu处理芯片也就是中央处理器、IO口和存储器。我们只需要用相应的编译器烧写程序就可以实现对外围器件。。。。。。。。。。。。。。

想要实现系统功能，就必须完成单片机与电路或外部功能信息交流。这时就需要用到管脚将它们相连接达到通连的效果，同时我们。。。。。。。。。。。。，

。。。。。。

STM32F103是STM32f101的增强型单片机，在32位的MCU中性能最强；具有出众的控制和通。。。。。。。。。。。。。。单片机震荡电路：首先要明确的是STM32没有内部晶振，HSI是内部RC振荡器。HSI内部8MHz的RC振荡器的误差在1%左右，内部RC振荡器的精度通常比用HSE（外部晶振）要差上十倍以上。没所谓优缺点，最重要的是根据应用场合，对时钟要求不高时也是可以用HSI的，要注意的是当用HSI时，最高系统时钟的频率是达不到72MHz的。STM32的ISP就是用（HSI）内部RC振荡器。

STM32F103单片机是一款低功耗、高性能的微控制器，是STC公司早期生产用于工业控制的单片机。其作用是控制各。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

对于本次设计，我们选择的单片机是STM32F103C8T6单片机。此单片机和51系列相比多了很多功能，不但运行速度比51。。。。。。。。。。。。。。。。以这一点被市场上广泛的运用，32单片机因为本身可以进行多种不同的时钟模数来进行工作，所以在功耗要求比较严格的产品中占有一席之地。

STM32特点：

STM32C8T6系列的起振晶部分采用了RTC，低负载的方式，而没有像传统的比较廉价的圆柱晶振。
引脚个数为48个。
工作频率为72MHZ。
单片机具有3个。。。。。。。。。。。。。。

。

1、电源指示灯LED(PWR通常为红色):如果电源指示灯亮亮说明单片机正常运行，如果较暗或者闪烁，表示此单片机可能存在故障。

2、用户LED(PC13):这个功能的使用大大的方便了我们进行一些比较简单的功能测试，如单片机的运行状态等，方便初学者进行更好的。。。。。。。。。。。。

4、。。。。。。。。。。。。。。。

3.3 按键控制电路

单片机的按键控制电路是由3个微动开关并联组成的电路，按键的一段连接单片机的双向I/O口，另一端接地。当按键开关处于张开状态时，I/O引脚和地断开，此时该I/O引脚处于高电平状态。当按下按键时，I/O引脚接地，此时高电平。。。。。。。。。。。：

按键控制电路

3.4 电源电路

单片机的电源采用直流5V供电，电源模块包括一个3脚的电源座子和6脚的电源开关。电源座子用于连接外部的电源插头，电源开关用于控制整个单片机的电路开和关。电源座子的2口引脚接地，3口引脚仅仅起到固定的作用，没有特殊的。。。。。。。。。。

电源电路

3.5 报警电路

本次设计的报警模块采用蜂鸣器进行报警，当检测到温度较低、滴速低于下限或者高于上限时，蜂鸣器报警。当水位检测模块检测到瓶中无水时，蜂鸣器报警。蜂鸣器电路如下图所示，蜂鸣器一端连接三极管的引脚，另一端接地。。。。。。。。。。。。。。。。

蜂鸣器报警电路

3.6 OLED液晶显示电路

有机发光显示器(Organic Light Emitting Display,OLED)是一种新型发光和显示器件。OLED实质上是一个薄膜器件,即在阳极和阴极之间夹多层有机薄膜组成的稳定的绿色有机薄膜电致发光器件。当有电流通过时,这些有机材料就会发光。OLED使用普通的矩阵交叉屏,OLED位于交叉排列的阳极和阴极中间,通过对阳极和阴极组合的选通,可以控制。。。。。。。。。。。。

O。。。。。。。。。。。节结构是高位在下低位在上,所以要设置成字节倒序,字符的字体、字形、大小和显示效果(下划线和删除线)可根据需要进行调整,取模生成单个字符的点阵显示代码,最后根据需要在OLED屏上的显示效果,对代码进行相应调整即可得到所需字符库。

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LCD1602液晶显示电路图

3.7 滴速检测模块电路图

本次设计采用滴速检测模块实时采集药水瓶中的滴液速度。模块如上图所示。

其检测原理时元器件通过计算水滴落下的时间，计算出此时的水滴速度，并通过多次检测采取平均值。通过引脚和单片机进行通信，。。。。。。。。。。。。。。。。

滴速检测模块电路图

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检测原理：

槽型光耦也被工程技术人员称作槽型光电开关或者对射式光电开关，也是以光为媒体，由发光体与受光。。。。。。。。。。。。。。。。件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大提高计算机工作的可靠性。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。

由于是采用对检测对象的表面进行反射及光透过方式，不像接近开关只能对金属，还能对玻璃、塑料、木制物体、液体等各种物质进行检测。当物体遮挡一次凹槽，模块D0口会输出一次高电平，也就是数这个脉冲，通过单片机定时器进行计算一定时间内通过模块输出的高低电平次数的变化从而确定滴速。

模块特色：

1、使用进口槽型光耦传感器，槽宽度 5mm。

2、有输出状态指示灯，输出高电平灯灭，输出低电平灯亮。

3、有遮挡，输出高电平；无遮挡，输出低电平。

4、比较器输出，信号干净，波形好，驱动能力强，超过 15mA。

。。。。。。。。。。。。。。。

本次设计采用的水位传感器是由液位传感器模块和LM393芯片组成。液位传感器的工作原理是其触液面由一个压强传感器，检测此时的压强值，当水越多电压就越高，通过和LM393比较器进行比较，如果有水的情况下会输出高。。。。。。。。。。。。。

图中lm393 电压比较器电路，接2个10k 是为了分压，产生的电压为2.5V电压值。3为外接器件也就是用来进行光敏采集 out为输出电平.Lm393只会输出2中电平一种是高电平一种是低电平0和1，当电压大于2.5V就会输出高电平，低于2.5V输出低电平。所以我们做lm393电路中3引脚外接的无论是光敏，水位，烟雾，湿度。。。。。。。。。。。。。。。。。

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LM393是高增益，宽频带器件，像大多数比较器一样，如果输出端到输入端有寄生电容而产生耦合，则很容易产生振荡。这种现象仅仅出现在当比较器改变状态时，输出电压过渡的间隙，电源加旁路滤波并不能解决这个问题，标准PC板的设计对减小输入—输出寄生电容耦合是有助的。减小输入电阻至小于10K将减小反馈信号，而且增加甚至很小的正反馈量（滞回1.0~10mV）能导致快速转换，使得不可能产生由于寄生电容引。。。。。。。。。。。。。。。。。。

3.9 步进电机控制电路

3.9.1步进电机的介绍

前面介绍了按键电路，OLED液晶显示电路，和单片机电路部分的设计，其最终的目的也就是要控制步进电机的正反转。步进电机是将电脉冲转化为角位移的开环控制执行机构。步进电机又称为脉冲电动机，当步进驱动器接收到一个脉冲信号, 它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

3.9.2步进电机及其控制方式

本系统用到的是四相步进电动机，四相步进电动机是将电信号转变成角位移或线位移的开关控制元件，其转速、停止位置只与脉冲信号的频率和脉冲数有关，具有误差小，易控制等特点，广泛用于仪器设计。选用28BYJ48型四相八拍电机，电压为DC5V—DC12V。当对步进电机施加一系列连续不断的控制脉冲时，它可以连续不断地转动。四。。。。。。。。。。。。。。。。。

3.9.3步进电机驱动电路

步进电机单靠交流供电或直流电源无法运动，必须与驱动电路同时使用时才能发挥其功能，步进电机驱动器(驱动电路)由决定换向顺序的控制电路(或称为逻辑电路)与控制电机输出功率的换相电路(或称为功率电路(power stage))组成。本图是步进电机驱动电路原理图。驱动电路通过ULN2003构成比较多的驱动电路，8个NPN达林顿晶体管，连接在阵列非常适合逻辑接口电平数字电。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

3.10 DS18B20温度检测电路

本次设计采用DS18B20温度传感器模块，温度传感器DS18B20主要是用来进行温度检测，当我们对温度进行检测，我们用防水的DS18B20就可以进行检测。DS18B20传感器是市场上采用的温度传感器。此传感器占用的面积非常简单，精度为0.2.采用的是单总线的数据传输方式。这个传感器抗干扰能力非常的强，经常用于高炉测温、。。。。。。。。。。。

作为一款含有已校准数字信号输出的温度复合传感器，DS18B20温度传感器采集的数值是非常准确的，其采集范围为：温度0-50°±0.2°。DS18B20采用单总线双线串行通信协议，采集过程首先是STC89C52单片机发起开始信号，通过I/O引脚发送给DS18B20，之后DS18B20反向单片机发送响应，并将采集到的数据按照40位数据帧格。。。。。。。。。

DS18B20温度电路图

3.11 继电器温度控制电路

当需要进行加热的时候我们通过继电器来控制。继电器是一种电控制器件。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运。。。。。。。。。。。。。。。。。。

当输入量（如电压、电流、温度等）达到规定值时，继电器被所控制的输出电路导通或断开。输入量可分为电气量（如电流、电压、频率、功率等）及非电气量（如温度、压力、速度等）两大类。继电器具有动作快、工作稳定、。。。。。。。。。。。。

电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

继电器控制模块电路图

3.12 HC-05蓝牙无线传输电路

本次设计关于无线通信方面我们采用的模块是HC05蓝牙模块，我们通过此模块可以把当前的数据和参数无线端发送到用户手机上进行显示，。。。。。。。。

作为蓝牙串口模块，ATK-HC05模块是主从一体的，而且性能较高，可以与PDA、手机、电脑等具有蓝牙功能的设备实现配对，该模块所支持。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

在建立微微网前，一切设备都是就绪状态，在此状态中，每1.28s未连接的设备便会对一次消息进行监听，唤醒设备后，在监听信息时可以预设32个调频频率，主设备初始化后实现连接进程。倘若已知设备的地址，通过页信息实现连接；倘若地址是未知的，那么通过页信息的查询信息实现连接。微微网中，如果设备未进行数据传输，那么它便进入节能状态。主设备设置从设备为保持方式，此过程中处于工作状态的只有内部。。。。。。。。。。。。。。。。。

蓝牙采用的是跳频和时分多址技术。为了使频谱扩展，需要利用伪随机码序列实现频移键控，此载波频率发生跳变，即为跳频。传统通信系统中使用定频方式，在发射机中，主振荡器具有固定的振荡频率，为了实现载波频率的跳变，得到跳频信号，按照控制指令改变主振荡器的频率。能够得到跳频信号的装置被称作跳频器，它主要包括跳频指令发生器、频率合成器。如果将跳频器等同于主振荡器，那么和传统的发信机没。。。。。。。。。。。

第四章软件系统设计

软件设计是点滴控制系统设计的主要内容和重点，应该根据系统功能要求，以系统硬件电路为基础进行系统的软件设计。为了使设计出来的软件功能明确，阅读、调试方便，健壮性、可靠性好，一般采用结构化的程序设计方法。结构化的程序设计。。。。。。。。。。

4.1软件设计方法

在介绍具体软件实现之前，先来介绍一下系统软件的设计方法：模块化设计。模块化设计就是把软件按照规定的原则划分为一个个较小的、相。。。。。。。。。

分解是人们处理复杂问题常用的方法，对问题求解的大量实验表明，将一个复杂的问题分解为几个较小的问题，能够减小解题所需要的总工作量。但在一个软件系统的内部，各组成模块之间是相互关联的。模块划分的数量越多，各模块之间的联系也就越多。模块本身的复杂度和工作量虽然随模块的变小而减小，模块的接口工作。。。。。。。。。。。。。。判断模块构造是否合理的标准。坚持模块的独立性，一般认为是获得良好设计的关键。独立性可以从两个方面来度量，即模块本身的内聚和模块之间的耦合。前者指模块内部各个成分之间的联系，所以也称块内联系或模块强度；后者指一个模块与其它模块之间的联系，所以又称为块间联系。模块的独立性愈高，则块内联系越强，块间联系越弱。

在开发软件的同时，还要注意软件开发中文档的建立。在软件开发过程中，总是产生和使用大量的信息。软件文档在产品的开发过程中。。。。。。。。。。。。。。。。

本系统是以上述的软件设计思想为指导，采用Keil 5集成开发环境开发软件部分，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可。。。。。。。。。。。。

4.2 软件主程序架构

当硬件端设计调试完成后，就要针对单片机和外设传感器进行软件设计。系统设计首先要构思清楚，首先画一个流程图，按照传感器先后顺序，进行系统设计。启动的步骤为：DS18B20温度采集，步进电机控制。蓝牙串口通信、滴速传感器检测当前滴液速度，液位传感器检测当前水瓶中水位，然后显示在OLED液晶屏上。按键设置滴速报。。。。。。。。

系统流程图

4.2 OLED显示流程图

要让液晶显示屏正常工作，首先写入命令控制字，然后在写入需要显示的数据。写入命令控制字之前,必须用指令来查看液晶是否正在工作。如果正在工作,那就必须等待,直到液晶发出工作完成的信号时,才能够写入控制字和数据。液晶显示模块程序流程图如下图所示。

液晶显示模块程序设计流程图

4.3 滴速检测流程图

滴速传感器供电后开始工作，单片机给滴速传感器启动信号，然后传感器实时检测滴液的时间，计算出滴速。之后再发送给单片机，单片机将数据进行计算处理，并最终显示在OLED液晶屏上。下图是滴速检测的流程图：

滴速检测流程图

4.4 水位检测流程图

液位传感器检测是其触液面由一个压强传感器，检测此时的压强值，如果有水会输出大于2.5V电压所以当有水的时候LM393会输出高电平，无水输出。。。。。。。。。。

液位检测模块

4.5 按键子程序

本次设计按键电路功能不多，分别是设置滴速报警的上限和下限值。单片机的按键具有4个引脚，相同的一侧是连接的，3个按键并联在一起，只要将相同的引脚连接一起即可。按键的工作原理就是。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

按键流程图

4.6 报警流程图

主函数执行后，一直检测是否发生中断，首先通过按键设定好滴速报警上下限和温度下限值，然后检测是否超出上下限值，或者水位检测传感器检测到瓶中是否无水。当检测到滴速超出上下限或者瓶中没有水时，并且判断温度是否低于下限。单。。。。。。。。。。。。。。。。

。

报警流程图

4.7 步进电机驱动流程图

控制电动机正反转为本次设计滴速控制部分。系统开始工作后，判断电机是否需要正转，若需要就依次给AB、BC、CD、DA通电实现正转，正转结束后延时。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

4.8 DS18B20温度采集流程图

按下开关电源后，温度传感器开始工作，首先将温度传感器放置在水中，然后进入温度监测子程序中，温度传感器将水中的温度转换成电信号进行输出，单片机接收到数据后进行计算，之后显示在OLED液晶显示器上。DS18B20数字温度测温模块首先初始化，然后读取DS18B20数字温度测温模块序列号，发送跳过RAM信号，之后。。。。。。。。。。。。

4.9 蓝牙无线传输流程图

我们通过手机点“搜索位于有效范围内的设备”，系统将搜索蓝牙设备，默认设备名称“HC-05”，双击或者点击右键选择“添加蓝牙设备”，输。。。。。。。。。

HC-05蓝牙通信流程图

本次设计使用HC-05蓝牙模块作为单片机和手机间的的通信工具。首先给蓝牙透传模块上电，此时led闪烁。单片机上的蓝牙模块也上电工作。。。。。。。。。。。。。。。。

第五章系统调试

5.1 焊接调试

准备好所有的材料和电烙铁，按照设计好的电路板原理图，开始单片机电路板的焊接。首先将插排焊接上去，之后焊接单片机最小系统的晶振和复位电路。确定好OLED液晶显示屏位置，，之后通过导线连接显示屏。后面分别焊接各个传感器模块，最后用导线将各个模块按照电路图连接起来，确保没有出现短路现象。STM32。。。。。。。。。。

单片机焊接测试没问题后，进行功能调试，测试软件是否正确。首先给单片机重新上电，这时OLED液晶屏首先进行初始化。。。。。。。。。。。。。。。。。

OLED显示屏页面分为4行，上面显示测得的当前滴速，下面显示滴速报警上下限。将滴速传感器对准药水瓶的滴液装置，检测几秒后，可以在OLED液晶显示屏上看到对应滴速。按下按键，可以在OLED液晶显示屏上显示滴速的上下。。。。。。。。。。。。。

第六章总结

经过这几个月的努力，毕业设计终于完成了。根据以往的经验，较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于滴速传感器模块与微机处理器之间采用串行数据传送，因此，在对滴速传感器进行程序编写时，必须严格保重读写时序，否则将无法读取滴速结果。在水位检测程序设计中，程序总要等待信号的返回，一旦传感器接触不。。。。。。。。。。