發(fā)布時間：2017-10-19 18:33

  本文關鍵詞：基于Arduino的體外授精取卵裝置系統(tǒng)的研發(fā)

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【摘要】：由于環(huán)境污染、食品衛(wèi)生及生活壓力等社會因素的影響,不孕不育癥已成為當今常見疾病之一,并且發(fā)病率呈現(xiàn)快速上升趨勢。作為治療不孕不育癥的有效手段之一,體外授精技術的研究與應用已在全球各個國家相繼展開,而在整個輔助生殖的過程中,取卵裝置是一個主要的關鍵設備。鑒于我國體外授精取卵設備主要依賴國外進口,且存在價格昂貴、易出故障、體積較大等缺點,設計出一套低成本高性能的體外授精取卵裝置系統(tǒng),對于我國普及現(xiàn)代醫(yī)療技術受惠人群、治愈不孕不育癥具有十分重要的意義。本文研發(fā)了一套基于Arduino的體外授精取卵裝置系統(tǒng),給出了系統(tǒng)的整體框架和指標,重點設計了取卵負壓裝置和恒溫試管架的軟硬件平臺,開發(fā)了系統(tǒng)控制軟件,實現(xiàn)了對系統(tǒng)的溫度、氣壓及其他外圍設備的精確控制。本文的主要研究內容有:(1)針對目前體外授精取卵設備的研究現(xiàn)狀及其優(yōu)缺點,給出了本文取卵裝置系統(tǒng)的需求指標和總體設計方案,并指出了系統(tǒng)的主要創(chuàng)新點。(2)設計了取卵裝置系統(tǒng)的硬件電路,主要包括測溫電路、氣壓信號采集電路、濾波電路、驅動控制電路、電源供電電路及一些微控制器的外圍電路。根據(jù)硬件設計需求完成了對元器件的選擇、電路原理圖及PCB板的設計,同時對電路板進行了系統(tǒng)功能調試,以達到設計的穩(wěn)定性和可靠性。(3)詳細給出了參數(shù)自整定氣壓控制算法和自適應模糊PID溫度控制算法的實現(xiàn)原理及步驟,利用Arduino IDE開發(fā)環(huán)境開發(fā)了取卵裝置系統(tǒng)的軟件程序,同時加入了軟件濾波算法及其他一些優(yōu)化,使得信號采集過程更加準確,從而使系統(tǒng)獲得更好的控制性能。(4)介紹了本文取卵裝置系統(tǒng)的參數(shù)指標、連接方式及具體操作方法,設計了多個實驗分別對取卵裝置的整機系統(tǒng)、氣壓控制子系統(tǒng)和溫度控制子系統(tǒng)進行性能測試,驗證了系統(tǒng)的可靠性和適用性。本文所開發(fā)的體外授精取卵裝置系統(tǒng),具有功耗低、成本低、精度較高等優(yōu)點,不僅降低了不孕不育癥的醫(yī)療手術費用,提高了取卵設備的性能,同時對于促進人類輔助生殖技術的科學發(fā)展具有重要的意義,且擁有良好的社會效益和市場前景。
【關鍵詞】：不孕不育 體外授精 Arduino 取卵負壓裝置 恒溫試管架 PID控制算法
【學位授予單位】：杭州電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH789
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 本文的研究背景和意義11-13
• 1.1.1 不孕不育的現(xiàn)狀及其危害11-12
• 1.1.2 人類輔助生殖技術簡介12-13
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢13-15
• 1.3 論文主要研究內容15-16
• 1.4 論文章節(jié)安排16-17
• 第2章 系統(tǒng)控制策略研究17-31
• 2.1 控制方法分析17-21
• 2.1.1 模糊控制17-18
• 2.1.1.1 模糊控制原理17
• 2.1.1.2 模糊控制系統(tǒng)組成17-18
• 2.1.2 常規(guī)PID控制18-20
• 2.1.2.1 PID控制原理18-19
• 2.1.2.2 數(shù)字PID控制19-20
• 2.1.3 控制方法發(fā)展方向20-21
• 2.2 氣壓閉環(huán)系統(tǒng)控制器設計21-24
• 2.2.1 氣壓控制器的結構21
• 2.2.2 模糊控制器的設計21-22
• 2.2.3 量化因子及比例因子對控制系統(tǒng)的作用22-23
• 2.2.4 參數(shù)自整定控制器的設計23-24
• 2.3 溫度閉環(huán)系統(tǒng)控制器設計24-30
• 2.3.1 自適應模糊PID控制器的結構24
• 2.3.2 PID控制器的參數(shù)整定方法24-27
• 2.3.2.1 試湊法25
• 2.3.2.2 臨界比例度法25-26
• 2.3.2.3 階躍反應法26-27
• 2.3.3 PID控制器參數(shù)的整定規(guī)則27
• 2.3.4 系統(tǒng)控制規(guī)則的設計27-29
• 2.3.5 模糊推理及模糊判決29-30
• 2.4 本章小結30-31
• 第3章 系統(tǒng)硬件電路設計31-45
• 3.1 系統(tǒng)總體設計方案31-32
• 3.1.1 系統(tǒng)基本結構設計31
• 3.1.2 Arduino控制板介紹31-32
• 3.2 信號采集電路32-36
• 3.2.1 Pt100工作原理32-33
• 3.2.2 測溫電路設計33-35
• 3.2.3 氣壓信號采集電路35-36
• 3.3 濾波電路設計36-37
• 3.4 控制電路設計37-39
• 3.4.1 溫度及氣壓驅動電路設計37-38
• 3.4.2 電磁閥控制電路設計38-39
• 3.5 控制器外圍電路39-42
• 3.5.1 LCD液晶顯示屏選擇39-40
• 3.5.2 蜂鳴器控制電路40-41
• 3.5.3 氣壓設定及開關電路41-42
• 3.6 電源供電電路設計42-43
• 3.7 系統(tǒng)電路板設計43-44
• 3.8 本章小結44-45
• 第4章 系統(tǒng)軟件程序設計45-53
• 4.1 Arduino開發(fā)軟件介紹45-46
• 4.2 系統(tǒng)軟件整體結構46-47
• 4.2.1 系統(tǒng)軟件初始化46
• 4.2.2 系統(tǒng)軟件主程序46-47
• 4.3 濾波算法設計47-49
• 4.4 參數(shù)自整定的氣壓控制算法實現(xiàn)49-51
• 4.4.1 模糊控制器參數(shù)確定49
• 4.4.2 氣壓控制程序流程圖49-51
• 4.5 自適應模糊PID的溫度控制算法實現(xiàn)51-52
• 4.5.1 自適應模糊PID控制器參數(shù)確定51
• 4.5.2 溫度控制程序流程圖51-52
• 4.6 本章小結52-53
• 第5章 實驗結果與討論53-61
• 5.1 取卵裝置的連接53-54
• 5.2 取卵裝置的指標及操作54-55
• 5.3 系統(tǒng)性能測試與分析55-60
• 5.3.1 氣壓控制系統(tǒng)實驗55-57
• 5.3.2 溫度控制系統(tǒng)實驗57-60
• 5.4 本章小結60-61
• 第6章 總結與展望61-63
• 6.1 課題總結61
• 6.2 未來展望61-63
• 致謝63-64
• 參考文獻64-67
• 附錄 作者在讀期間發(fā)表的學術論文及參加的科研項目67

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本文編號：1062696