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智能静脉输液滴速控制系统设计

作　者: 傅俊楠
导　师: 田联房
学　校: 华南理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 输液滴速 光电检测 控制系统 Zigbee网络
分类号: TH789
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 18次
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内容摘要


静脉输液是最常用的一种医疗手段之一，传统的输液滴速调节需要通过人手操作塑料夹持器收紧或放松输液管来实现。然而，由于输液滴速往往受到诸多因素的影响，在一些需要严格控制输液滴速的场合，输液过程需要由医护人员进行监视。智能输液滴速控制装置可以有效减轻医护人员繁重的工作压力，因此其应用需求日益增加，市场前景非常广阔。同时，医疗器械行业属于多学科交叉的高技术领域，因此输液滴速控制系统的研发与自动化技术、电子技术、计算机技术联系紧密。由此可见，对输液滴速控制系统的研究有着重大的市场意义、实用意义以及学术意义。本文设计了基于LM3S8962的智能静脉输液滴速控制系统，该系统由中央处理器、执行机构、反馈装置、人机交互界面、网络通讯等模块组成。其中，中央处理器LM3S8962是一款基于ARM Cortex-M3体系架构的微控制器；执行机构是由DRV8833驱动的步进电机以及其拖动的机械传动装置；反馈装置由光电传感器和斯密特触发器构成；人机交互界面采用彩色串口液晶触摸屏，提供了良好的人机交互体验；网络通讯则采用基于CC2530芯片的Zigbee无线通讯方案，该方案具有功耗低和可靠性高的优点。本文详细阐述了控制系统各个模块的软硬件设计方法，重点讨论了反馈装置的检测原理、硬件电路的设计、滴速控制的软件实现、滴速控制算法、人机交互界面的绘制和流程控制、Z-Stack移植以及远程双向数据通讯等关键问题，并通过实验对控制系统的滴速控制性能以及远程数据通讯等功能进行了测试，展示了系统的硬件实物图和人机交互界面运行效果。结果表明，所设计的系统可以正常实现所需要的功能，并且具有控制性能稳定以及人机交互体验良好的特点。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-16
  1.1 课题研究背景及意义  10-12
    1.1.1 行业市场总体概况  10-11
    1.1.2 使用价值与研究意义分析  11-12
  1.2 静脉输液控制装置的研究现状  12-14
    1.2.1 静脉输液控制装置的发展历程  12-13
    1.2.2 国内的相关研究成果  13
    1.2.3 该领域存在的问题  13-14
  1.3 本文研究的主要内容与特色  14-16
    1.3.1 研究目标与关键问题  14
    1.3.2 本文的组织与结构  14-15
    1.3.3 本文的特色  15-16
第二章 滴速控制系统总体方案设计  16-27
  2.1 设计任务与需求分析  16
  2.2 反馈机构的方案选择与原理分析  16-19
    2.2.1 方案选择与器件选型  16-17
    2.2.2 液滴检测的原理分析  17-19
  2.3 控制系统其它模块的方案选择  19-23
    2.3.1 控制器的方案选择  19-21
    2.3.2 执行机构的方案选择  21-22
    2.3.3 交互接口的方案选择  22-23
  2.4 无线通讯方案选择  23-25
    2.4.1 常见的实现方案及其优缺点  23-24
    2.4.2 方案的选定与器件选型  24-25
  2.5 控制系统的总体框架  25-26
  2.6 本章总结  26-27
第三章 滴速控制系统的硬件实现  27-39
  3.1 硬件功能模块划分  27
  3.2 各个模块的原理图设计  27-35
    3.2.1 CPU 基本系统搭建  27-29
    3.2.2 电源电路设计  29-30
    3.2.3 检测信号滤波电路设计  30-31
    3.2.4 电机驱动电路设计  31-32
    3.2.5 Zigbee 通讯模块接口设计  32-33
    3.2.6 其它输入输出接口  33-35
  3.3 电路板的设计与组装  35-38
    3.3.1 电路板的设计  35-37
    3.3.2 电路板组装效果  37-38
  3.4 本章总结  38-39
第四章 滴速控制系统的软件实现  39-52
  4.1 软件系统总体设计  39-42
    4.1.1 软件开发环境搭建  39-40
    4.1.2 任务划分以及多任务间的并行  40-41
    4.1.3 主函数的设计  41-42
  4.2 检测与电机驱动模块的设计思路  42-48
    4.2.1 滴速检测模块设计思路  42-45
    4.2.2 电机驱动模块设计思路  45-48
  4.3 滴速控制算法设计  48-50
    4.3.1 启动过程的优化设计  48-49
    4.3.2 基于模糊控制理论的滴速控制算法  49-50
  4.4 滴速控制实验结果及分析  50-51
  4.5 本章总结  51-52
第五章 基于彩色液晶终端的人机交互界面设计  52-66
  5.1 界面开发工具及开发流程简介  52-53
    5.1.1 Smart Display Terminal 软件简介  52-53
    5.1.2 人机交互界面开发流程  53
  5.2 界面绘制及按键区划分  53-58
    5.2.1 主页界面设计及其按键区划分  54-56
    5.2.2 设置界面绘制及其按键区划分  56-58
  5.3 界面控制流程设计  58-64
    5.3.1 基于串口中断的用户输入捕捉  59
    5.3.2 基于 SysTick 定时器的系统状态监控  59-61
    5.3.3 动态信息的显示  61
    5.3.4 用户输入的处理  61-63
    5.3.5 按键消息处理函数设计  63-64
  5.4 人机交互界面实际运行效果  64-65
  5.5 本章总结  65-66
第六章 基于 Zigbee 网络的远程监控的实现  66-74
  6.1 Zigbee 网络及其开发流程概述  66-68
    6.1.1 Zigbee 网络结构简介  66-67
    6.1.2 Z-Stack 协议栈简介  67
    6.1.3 开发工具与开发流程  67-68
  6.2 Z-Stack 的移植与双向通讯的实现  68-71
    6.2.1 通讯流程的总体设计  68-70
    6.2.2 数据通讯的具体软件实现  70-71
  6.3 远程监控实验结果  71-73
  6.4 本章总结  73-74
第七章 控制系统整机功能测试  74-77
  7.1 测试项目与测试步骤  74-75
  7.2 整机性能参数与运行效果  75-76
    7.2.1 整机性能参数  75-76
    7.2.2 整机运行效果  76
  7.3 本章总结  76-77
结论与展望  77-78
参考文献  78-81
攻读硕士学位期间取得的研究成果  81-82
致谢  82-83
附件  83

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 医药卫生器械 > 其他医疗器械
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