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便携式高精度电子肺活量计的设计与实现

作　者: 程春雨
导　师: 毛德祥
学　校: 大连理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 肺活量 肺活量计 节流装置 压力传感器 流量
分类号: TH776
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
下　载: 206次
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内容摘要


随着全民健身计划的提出以及《学生体质健康标准》试行方案的出台，市场上对肺活量计产品的需求量越来越大。然而我国的体质检测仪器与国外相比还比较落后，如肺活量计还沿用三十年前的机械式产品。市场上急需一种可以替代现有产品的便携式电子肺活量计。 本文论述了一种便携式，精度高于现在普遍使用的机械式容积测定型肺活量计的新型电子肺活量计的设计和实现方法。它主要包括以下三个方面的内容： 节流装置的设计——本设计以标准圆锥文丘利节流管为原型，在标准设计的基础上，缩小了尺寸，增大了节流装置的口径比，设计出一种非标准尺寸的节流装置。其公称通径为10mm，仅是标准圆锥文丘利截流管通径的1╱10～1╱100，体积小，便于携带，适合于便携式仪器上使用。 硬件系统——为了提高测量精度和系统的稳定性，硬件系统尽量选用了高集成、高稳定的集成电路设计，结构紧凑。其主要包括扩散硅差压传感器、仪表放大器、采样保持器、双积分A／D转换器、微控制器、低压电子开关、稳压器、液晶显示器和μP监控电路。其突出特性体现在： (1)采用高精度恒流源为传感器电桥供电，为传感器提供了更好的温度补偿。 (2)仪表放大器与电桥传感器配合，有效地抑制了共模信号，而且高输入阻抗的仪表放大器使放大电路效果更理想。 (3)采样保持器有效地消除了A／D转换期间所附带的孔径误差。 (4)双积分A／D转换器与MCU内部软件配合，降低了成本。 (5)μP监控电路提供了电源电压检测和看门狗电路，使MCU软件工作更稳定可靠。 (6)采用低功耗、低压差稳压器，使电池工作更持久。 软件设计——软件分为两个模块：①运行于PC机的算法标定软件，其功能主要是用来确定气体流经节流装置时差压和流量的函数关系，解决了使用非标准尺寸文丘利节流装置的补偿问题。②固化于MCU中的系统测量软件。该软件除了完成基本的测量功能外，还合理地利用了MCU的软件休眠技术，降低了系统功耗。同时测量软件中还增加了异步通信接口，使测量数据可以直接输出，为将来联网测试奠定了基础。 在有限的时间和经费下，经过不断的努力，克服许多困难，最后终于完成了可以产品化的新型便携式高精度电子肺活量计的设计任务。该产品在5～35℃的温度范围内，其测量精度可以达到±1％FS。

全文目录


1 系统概述  8-12
  1．1 历史回顾  8
  1．2 目前国内外的发展状况  8-9
  1．3 设计新型电子肺活量计的主要难点  9
  1．4 系统设计的具体要求  9-10
  1．5 相关定义  10
    1．5．1 肺活量  10
    1．5．2 肺活量计  10
  1．6 肺活量计产品的分类及其特点  10-12
    1．6．1 容积测定型肺活量计  10
    1．6．2 流速测定型肺活量计  10-12
2 节流装置  12-22
  2．1 概述  12-15
    2．1．1 流量测量原理  12-13
    2．1．2 速度式流量计  13-14
    2．1．3 节流法速度式流量计的测量原理和流量方程  14-15
    2．1．4 节流孔径处流体特性分析  15
  2．2 标准节流装置简介  15-20
    2．2．1 标准节流装置的选择依据  15-17
      2．2．1．1 公称通径  16
      2．2．1．2 雷诺系数  16-17
      2．2．1．3 标准节流装置的其他选择依据  17
    2．2．2 标准孔板  17-19
      2．2．2．1 结构和技术要求  17-18
      2．2．2．2 取压方式和技术要求  18-19
    2．2．3 标准圆锥文丘利管  19-20
      2．2．3．1 结构和技术要求  19-20
      2．2．3．2 取压方式  20
  2．3 节流装置的设计  20-22
3 硬件设计  22-37
  3．1 概述  22
  3．2 硬件原理图  22
  3．3 硬件分析  22-37
    3．3．1 传感器  22-23
    3．3．2 仪表放大器  23-24
    3．3．3 采样保持器  24-25
    3．3．4 A／D转换器  25-27
    3．3．5 存储器  27-28
    3．3．6 液晶显示器  28-29
    3．3．7 微控制器（MCU）  29-34
      3．3．7．1 W78E58特性结构简述  29-31
      3．3．7．2 本设计中W78E58资源分配表  31
      3．3．7．3 W78E58内部特殊功能寄存器  31-34
    3．3．8 μP监控电路  34
    3．3．9 电源  34-37
      3．3．9．1 稳压芯片  34-35
      3．3．9．2 按键触发式电源开关  35-37
4 软件设计  37-53
  4．1 概述  37
  4．2 算法生成软件  37-43
    4．2．1 设计概述  37-39
    4．2．2 软件说明  39-43
      4．2．2．1 数据采集  40-42
      4．2．2．2 数据分析  42-43
  4．3 MCU控制软件设计  43-53
    4．3．1 设计概述  43-44
    4．3．2 设计描述  44-53
      4．3．2．1 A／D转换函数  46-47
      4．3．2．2 肺活量测试函数  47-49
      4．3．2．3 动态采样数据串行发送函数  49-51
      4．3．2．4 其他函数列表  51-53
5 结论与展望  53-54
参考文献  54-56
附录一  56-57
附录二  57

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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 > 诊断检验用器械
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