基于分數(shù)階PID控制器的家用無創(chuàng)呼吸機的研制
發(fā)布時間：2021-06-22 12:48
家用呼吸機是一種可在家庭日常生活中使用的便攜式呼吸機,采用經(jīng)面罩無創(chuàng)性正壓機械通氣的方式,在患者因睡眠出現(xiàn)呼吸道塌陷和阻塞時,提供合適的壓力撐開氣道,保證呼吸順暢,對于阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征（OSAHS）具有良好的治療效果。國內(nèi)對于家用呼吸機的研究起步較晚,缺乏核心技術,高端呼吸機市場被國外品牌壟斷。因此,本課題根據(jù)相關標準和技術指標,對家用呼吸機的核心算法進行研究,并結合分數(shù)階PID控制技術、物聯(lián)網(wǎng)技術,設計了一款基于分數(shù)階PID控制器的家用呼吸機。本文介紹了家用呼吸機的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀,分析了呼吸機的基本原理、通氣方式和組成結構,并參考呼吸機相關標準,確定了家用呼吸機的主要技術參數(shù)和技術指標,從而制定出家用呼吸機的總體設計方案,以及各模塊的功能要求。本文研究的家用呼吸機以Cortex-M4微控制器STM32F407為核心,基于μC/OS-Ⅱ?qū)崟r操作系統(tǒng),進行了呼吸機控制系統(tǒng)和智能報警系統(tǒng)的設計,實現(xiàn)了呼吸識別與處理、數(shù)據(jù)存儲與通信、人機交互、智能報警等功能。本文創(chuàng)新性地使用分數(shù)階PID控制器進行呼吸機氣道壓力的控制。呼吸機使用無刷直流電機作為風機,帶動周圍空氣進入呼吸機氣...
【文章來源】：山東大學山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：81 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖２－１家用呼吸機的基本結構圖??
數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)通信模塊以及可選的濕化器組成；呼吸機報警系統(tǒng)由蜂鳴器、??液晶顯示屏和ＬＥＤ顯示燈組成報警模塊。??呼吸機控制系統(tǒng)的總體結構，如圖３－１所示。微控制器通過風機驅(qū)動模塊控??制無刷直流電機，電機運行帶動外界空氣進入呼吸機，流經(jīng)節(jié)流裝置時，壓力傳??感器和差壓傳感器可測得呼吸機的氣道壓力值與流量值，之后空氣經(jīng)過濕化器加??溫加濕，通過呼吸軟管和面罩進入患者呼吸道。??▼?▼?▼?Ｔ??風機驅(qū)動?｜壓力｜｜差壓?｜溫度控制?｜面罩脫落??模塊?傳感器傳感器?電路?檢測??Ｉ?Ｉ????４?ｉ?Ｉ?Ｔ?Ｔ??微控制器?ＳＴＭ３２Ｆ４０７ＺＧＴ６??，ｔｉ，?，?ｔｉ，?，?ｎ?，?ｉ??人機交互Ｉ?｜數(shù)據(jù)存儲?數(shù)據(jù)通信??＼ｍ?｜?ｉＳ?｜?歸觀??圖３－１呼吸機控制系統(tǒng)的總體結構圖??微控制器ＳＴＭ３２Ｆ４０７上移植了?ｎＣ／ＯＳ－ＩＩ實時操作系統(tǒng)，通過多任務調(diào)度，??完成壓力控制、呼吸識別與處理、數(shù)據(jù)存儲、人機交互和數(shù)據(jù)通信等功能。??系統(tǒng)的壓力控制采用分數(shù)階ＨＤ控制器
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【參考文獻】：
期刊論文
[1]使用二叉堆設計基于.NET的泛型優(yōu)先級隊列[J]. 黃明志. 現(xiàn)代計算機(專業(yè)版). 2018(36)
[2]基于STM32F407ZGT6的智能鏡子設計[J]. 肖培,胡天立,曹源,祝蓓,李璇. 科技創(chuàng)新與應用. 2017(13)
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[4]芯片上的網(wǎng)絡 TI SimpleLink Wi-Fi讓聯(lián)網(wǎng)如此簡單[J]. 陳穎瑩. 電子技術應用. 2014(07)
[5]呼吸監(jiān)護室呼吸機相關性肺炎病原體的變遷及其影響因素分析[J]. 陳旭燕. 解放軍醫(yī)學雜志. 2014(06)
[6]呼吸機現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 謝俊祥,張琳. 中國醫(yī)療器械信息. 2014(02)
[7]呼吸機原理與常見故障分析[J]. 鄭沁春. 海峽科學. 2012(06)
[8]基于ARM7內(nèi)核的UCOS-Ⅱ移植研究[J]. 陶銳,李洋,曹海燕. 企業(yè)技術開發(fā). 2012(05)
[9]持續(xù)氣道正壓無創(chuàng)呼吸機控制系統(tǒng)的研制[J]. 陳正龍,胡兆燕,周貴. 中國生物醫(yī)學工程學報. 2011(02)
[10]呼吸機通氣模式新進展[J]. 鐘琳,于湘友. 臨床麻醉學雜志. 2010(04)
博士論文
[1]分數(shù)階PID控制器及參數(shù)不確定分數(shù)階系統(tǒng)穩(wěn)定域分析[D]. 梁濤年.西安電子科技大學 2011
碩士論文
[1]基于物聯(lián)網(wǎng)技術的家用呼吸機的研制[D]. 杜敏寧.山東大學 2018
[2]基于FPGA的分數(shù)階PIλDμ控制器研究與實現(xiàn)[D]. 李桂陽.安徽理工大學 2017
[3]基于μC/OS-Ⅱ和嵌入式Linux的家用呼吸機的研制[D]. 武亞文.山東大學 2016
[4]基于遠程數(shù)字傳輸技術的智能家用呼吸機的研制[D]. 周緒貴.山東大學 2015
[5]微型四旋翼無人機的搭建與姿態(tài)控制[D]. 徐芳俊.華東理工大學 2015
[6]睡眠呼吸暫停綜合征的監(jiān)測與治療關鍵算法研究[D]. 孫薇.南方醫(yī)科大學 2014
[7]自動調(diào)壓無創(chuàng)呼吸機研制[D]. 賈守強.北方工業(yè)大學 2013
[8]基于ARM處理器與UCOS-Ⅱ操作系統(tǒng)的智能產(chǎn)量計設計研究[D]. 李登.華中科技大學 2013
[9]實時操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ任務調(diào)度機制的分析與改進[D]. 楊露.南京郵電大學 2011
[10]嵌入式操作系統(tǒng)μC/OS-II的移植及文件系統(tǒng)設計[D]. 張繼珂.南京航空航天大學 2011
本文編號：3242864
【文章來源】：山東大學山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：81 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖２－１家用呼吸機的基本結構圖??
數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)通信模塊以及可選的濕化器組成；呼吸機報警系統(tǒng)由蜂鳴器、??液晶顯示屏和ＬＥＤ顯示燈組成報警模塊。??呼吸機控制系統(tǒng)的總體結構，如圖３－１所示。微控制器通過風機驅(qū)動模塊控??制無刷直流電機，電機運行帶動外界空氣進入呼吸機，流經(jīng)節(jié)流裝置時，壓力傳??感器和差壓傳感器可測得呼吸機的氣道壓力值與流量值，之后空氣經(jīng)過濕化器加??溫加濕，通過呼吸軟管和面罩進入患者呼吸道。??▼?▼?▼?Ｔ??風機驅(qū)動?｜壓力｜｜差壓?｜溫度控制?｜面罩脫落??模塊?傳感器傳感器?電路?檢測??Ｉ?Ｉ????４?ｉ?Ｉ?Ｔ?Ｔ??微控制器?ＳＴＭ３２Ｆ４０７ＺＧＴ６??，ｔｉ，?，?ｔｉ，?，?ｎ?，?ｉ??人機交互Ｉ?｜數(shù)據(jù)存儲?數(shù)據(jù)通信??＼ｍ?｜?ｉＳ?｜?歸觀??圖３－１呼吸機控制系統(tǒng)的總體結構圖??微控制器ＳＴＭ３２Ｆ４０７上移植了?ｎＣ／ＯＳ－ＩＩ實時操作系統(tǒng)，通過多任務調(diào)度，??完成壓力控制、呼吸識別與處理、數(shù)據(jù)存儲、人機交互和數(shù)據(jù)通信等功能。??系統(tǒng)的壓力控制采用分數(shù)階ＨＤ控制器
ＭＣ３３０３５芯片［２９］，制動電路使用電阻進行能耗制動。??（１）無刷直流電機驅(qū)動電路??無刷直流電機驅(qū)動電路，如圖３?－３所示。??１２Ｖ?ＭＣ３３０３５?２ｉＶ??〇??????？???（—ＶＣ?ＣＴ???????＇—ｖｃｃ?ＢＴ???＿＿?Ｒ７?Ｒ９?Ｒ１１??－－ｃ，?ａｔ?ｒ＾—＼??ｒ＾ｉ??￣?????ＧＮＤ?Ｒ８?ＲＩＯ?Ｒ１２??＇Ｉ￣＇?１?ＩＩ￣Ｉ?ｔ—Ｈ?Ｍ￣Ｉ?Ｉ￣??－－?Ｃ２?Ｃ３?Ｃ４??＾ｉ?卜?ｒ—卜?ｒ—Ｉ卜??７１?—〇Ｅ?ａ?ｈ［〇５￣?ａ?ｇｒ〇３￣?ｎ?ｇ?〇５??丨?丨?ｓａ?＾＼ｒ?Ｌ?丨?Ｌ?丨????ＳＢ??（?Ｍ?Ｊ????給定?ｓｃ??＼?Ｊ－????電壓?ＥＡ＋?、乂?Ｉ?ｊ??＿＾?＾?＾???ＲＥＦ?Ｒ３?Ｒ１３?Ｒ１４?Ｒ１５??ＡＢ??１?Ｉ??Ｉ?Ｉ￣＇—?４￣￣Ｉ?Ｉ￣＂￣?１１?￣Ｉ?ｉ￣＇?—??Ｒ１?ＢＢ??１?１?１??Ｒ５??Ｒ２?ＣＳ＋?ａ?１Ａ?－??中?Ｃ５?Ｒ１６??圖３－３無刷直流電機驅(qū)動電路圖??１４??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]使用二叉堆設計基于.NET的泛型優(yōu)先級隊列[J]. 黃明志. 現(xiàn)代計算機(專業(yè)版). 2018(36)
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[1]分數(shù)階PID控制器及參數(shù)不確定分數(shù)階系統(tǒng)穩(wěn)定域分析[D]. 梁濤年.西安電子科技大學 2011
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[1]基于物聯(lián)網(wǎng)技術的家用呼吸機的研制[D]. 杜敏寧.山東大學 2018
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[3]基于μC/OS-Ⅱ和嵌入式Linux的家用呼吸機的研制[D]. 武亞文.山東大學 2016
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[5]微型四旋翼無人機的搭建與姿態(tài)控制[D]. 徐芳俊.華東理工大學 2015
[6]睡眠呼吸暫停綜合征的監(jiān)測與治療關鍵算法研究[D]. 孫薇.南方醫(yī)科大學 2014
[7]自動調(diào)壓無創(chuàng)呼吸機研制[D]. 賈守強.北方工業(yè)大學 2013
[8]基于ARM處理器與UCOS-Ⅱ操作系統(tǒng)的智能產(chǎn)量計設計研究[D]. 李登.華中科技大學 2013
[9]實時操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ任務調(diào)度機制的分析與改進[D]. 楊露.南京郵電大學 2011
[10]嵌入式操作系統(tǒng)μC/OS-II的移植及文件系統(tǒng)設計[D]. 張繼珂.南京航空航天大學 2011
本文編號：3242864
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