医用高速离心机控制报警系统设计和实现

发布时间：2017-10-11 08:46

  本文关键词：医用高速离心机控制报警系统设计和实现

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【摘要】：作为离心机的一种重要的应用,医用高速离心机广泛的应用于生物细胞和人体血液等相关领域。医用高速离心机通过高速旋转的方式,使生物溶液得到离心沉降处理,让生物细胞、生物大分子和血浆等微小颗粒与其他物质分离,达到溶液提纯、浓缩和分离的效果。目前国内的医用高速离心机的研究多是基于离心机相关理论,大部分是对离心机的控制方式和离心机的模型进行研究,对符合医用要求的医用高速离心机控制与报警的研究较少。鉴于目前这种的情况,本文旨在设计和实现一种符合国家相关标准的医用高速离心机控制报警系统,并参照相关标准测试。本文分析了医用高速离心机的工作流程,并参照相关标准对医用高速离心机的控制报警系统进行需求分析。医用高速离心机在通电后,需要进行系统的自检,检查相关的传感器是否在正常的工作状态,医用高速离心机的控制系统的安全状态和检查医用高速离心机的门盖安全状态。在确认一切工作状态正常后,控制系统会根据接收到的指令控制,控制医用高速离心机的电机的转速,实现离心沉降的效果。在医用高速离心机工作过程中,控制报警系统通过传感器检测电机运转状态,调整电机转速,使其转速和控制指令的转速相符合。同时,控制报警系统也检测医用高速离心机的腔体温度,当腔体温度过高的时候,启动制冷系统,使腔体温度不会超过设定的阀值。依据需求分析,在硬件主要有控制主板,液晶显示、温度传感器、电机状态传感器、电机驱动和制冷系统组成。电机状态传感器以霍尔传感器为基础,通过检查电机转动的霍尔信号检查电机转速。电机的驱动是以三相逆变桥为基础,选用适合开关管,实现电机控制驱动。软件系统的构成采用嵌入式系统常用的管道过滤器模式,主要包含传感器模块,信号数据处理模块和电机控制驱动和制冷控制模块。传感器模块主要处理电机状态传感器和温度传感器的数据,实时监测电机状态和腔体温度。数据处理传感器根据传感器模块传送的数据,实时改变电机的控制参数,确保电机工作在制定转速范围内。同时,数据处理模块还要处理腔体温度数据,依据数据改变制冷系统的参数,确保腔体不会过温。电机控制驱动和制冷控制模块接收数据处理模块的指令,改变驱动电路和制冷系统的输出信号。本文在最后以国家相关标准作为参照,对医用高速离心机的控制报警系统进行测试,对电机转速和腔体温度等指标进行检测,确定各项参数满足标准的规定。报警系统对各超出各项指标的工作状态进行报警功能验证。
【关键词】：医用高速离心机 电机控制 报警系统 三相逆变桥 管道过滤器模式
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R197.39;TP277
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 1 绪论12-15
• 1.1 研究背景12
• 1.2 现状分析12-13
• 1.3 研究内容及研究意义13-14
• 1.4 论文结构14-15
• 2 相关技术介绍15-26
• 2.1 离心机概述15-20
• 2.1.1 核心系统15-17
• 2.1.2 核心系统医用高速离心机构造17-18
• 2.1.3 医用高速离心机的分类18-19
• 2.1.4 离心机相关国家标准概述19-20
• 2.2 相关算法和技术概述20-25
• 2.2.1 绝缘栅门极晶体管20-21
• 2.2.2 CAN总线21-23
• 2.2.3 三相逆变桥23
• 2.2.4 电机驱动SVPWM算法23-25
• 2.3 本章小结25-26
• 3 需求分析和总体设计26-38
• 3.1 需求分析26-29
• 3.2 硬件设计29-36
• 3.2.1 液晶显示31
• 3.2.2 主控制板31-33
• 3.2.3 电机驱动电路33
• 3.2.4 制冷系统33-34
• 3.2.5 电机位置传感器和温度传感器34-35
• 3.2.6 CAN总线电路35-36
• 3.3 软件架构设计36-37
• 3.3.1 传感器模块36-37
• 3.3.2 信号数据处理模块37
• 3.3.3 电机控制驱动和制冷控制模块37
• 3.4 本章小结37-38
• 4 模块详细实现38-56
• 4.1 开发环境介绍38
• 4.2 传感器模块实现38-41
• 4.2.1 电机转速采样39-40
• 4.2.2 温度采样40-41
• 4.3 信号数据处理实现41-49
• 4.3.1 主控制处理41-43
• 4.3.2 系统自检43-44
• 4.3.3 空间矢量脉宽调制44-46
• 4.3.4 温度控制46-48
• 4.3.5 通信模块48-49
• 4.4 电机控制驱动和制冷控制模块49-55
• 4.4.1 电机控制驱动49-51
• 4.4.2 制冷系统51-52
• 4.4.3 报警系统52-55
• 4.5 本章小结55-56
• 5 测试与验证56-61
• 5.1 控制测试56-59
• 5.1.1 测试方法56-57
• 5.1.2 测试数据57-59
• 5.2 报警测试59-60
• 5.2.1 测试方法59
• 5.2.2 测试结果59-60
• 5.3 本章小结60-61
• 6 结论61-63
• 参考文献63-65
• 致谢65-66
• 攻读学位期间发表的学术论文目录66

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