發(fā)布時(shí)間：2020-04-15 13:53

【摘要】：飛行員罹患阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征(Obstructive Sleep Apnea Syndrome,OSAS)會(huì)嚴(yán)重影響飛行操作能力,對(duì)航空安全造成威脅。呼吸機(jī)能夠有效完成OSAS的監(jiān)測(cè)、預(yù)防與治療任務(wù)。目前國(guó)內(nèi)呼吸機(jī),尤其是高端智能呼吸機(jī)的研發(fā)工作尚處于起步階段。本文基于呼吸機(jī)研發(fā)項(xiàng)目,為智能呼吸機(jī)的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)了一種控制電路與氣路結(jié)構(gòu),并提供了一種無(wú)位置傳感器的風(fēng)機(jī)控制方案。以功能要求為導(dǎo)向,以功能模塊為單位,綜合安全性、電磁兼容性、散熱性、可測(cè)試性與成本等因素,設(shè)計(jì)了以STM32F405為核心的呼吸機(jī)控制電路。提出了包括參數(shù)測(cè)量氣路、醫(yī)療波紋管和面罩在內(nèi)的完整氣路設(shè)計(jì)方案。在參數(shù)測(cè)量模塊,采用壓差傳感器配合多孔節(jié)流裝置代替一體式流量傳感器對(duì)氣路參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)有限元數(shù)值模擬驗(yàn)證了參數(shù)測(cè)量氣路設(shè)計(jì)的合理性并通過(guò)實(shí)驗(yàn)標(biāo)定出壓差與流量轉(zhuǎn)換公式。該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,原理正確。針對(duì)呼吸機(jī)應(yīng)用環(huán)境提出了風(fēng)機(jī)的選型方案,采用基于Luenberger觀測(cè)器的磁場(chǎng)定向控制伺服調(diào)速模型對(duì)選定風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制研究,并通過(guò)Simulink仿真獲得了PID先驗(yàn)參數(shù)。在設(shè)計(jì)的電路中完成了風(fēng)機(jī)控制程序的實(shí)現(xiàn),采用開(kāi)環(huán)啟動(dòng)方法實(shí)現(xiàn)了電機(jī)無(wú)位置傳感器自啟動(dòng),克服了Luenberger觀測(cè)器在低速環(huán)境下不可靠的缺陷。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,呼吸機(jī)控制電路電氣連通性完好,電源設(shè)計(jì)合理,外設(shè)驅(qū)動(dòng)成功,能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作;節(jié)流氣路流量測(cè)量結(jié)果符合預(yù)期設(shè)計(jì),能夠滿足測(cè)量精度;風(fēng)機(jī)控制方案具有壓力調(diào)節(jié)速度快,穩(wěn)定風(fēng)壓波動(dòng)小的特點(diǎn),能夠滿足風(fēng)機(jī)控制的工程指標(biāo)。
【圖文】：

第二章 呼吸機(jī)控制電路設(shè)計(jì)呼吸機(jī)控制電路是呼吸機(jī)工作的大腦，不僅負(fù)責(zé)處理各類人機(jī)交互信息，監(jiān)控機(jī)體運(yùn)行狀態(tài)，而且是驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作、運(yùn)行呼吸機(jī)核心算法的硬件基礎(chǔ)。一個(gè)設(shè)計(jì)良好的控制電路是實(shí)現(xiàn)呼吸機(jī)功能與性能需求的前提。2.1 控制電路功能模塊分解及其交互根據(jù)呼吸機(jī)的功能需求，本文將呼吸控制電路劃分為七大模塊，并繪制了如圖 2-1所示的功能模塊分解圖。七大模塊包括電源模塊、中央處理模塊、人機(jī)交互模塊、傳感模塊、電機(jī)接口模塊、故障告警模塊和通訊模塊。每個(gè)模塊之間相互影響，共同作用，使呼吸機(jī)工作在安全、高效、穩(wěn)定的狀態(tài)。

圖 2-2 電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)整體框圖2.2 控制電路詳細(xì)設(shè)計(jì)上節(jié)介紹了控制電路功能模塊的劃分，本節(jié)將詳細(xì)介紹各功能模塊的具體實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)過(guò)程以設(shè)計(jì)需求為指標(biāo)，綜合考量了安全性、電磁兼容性、散熱性、可測(cè)試性與成本等因素。2.2.1 電源模塊設(shè)計(jì)電源模塊主要使用的電壓有：24V、15V、5V 與 3.3V。24V 電壓源由恒壓 24V、限流 2A 的直流電源適配器提供，作為控制電路電源模塊的一級(jí)接入電源，同時(shí)作為電機(jī)直流母線電壓為永磁同步電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)供電。15V 電壓由三端穩(wěn)壓管 L7815CD2T 芯片提供，它是一種常用的線性穩(wěn)壓器，輸出固定 15V 電壓的同時(shí)可以支持最大 1.5A 的穩(wěn)定電流輸出，在 20V~26V 輸入電壓范圍內(nèi)
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)民航大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH772

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本文編號(hào)：2628624