基于Arduino的体外授精取卵装置系统的研发

发布时间：2017-10-19 18:33

  本文关键词：基于Arduino的体外授精取卵装置系统的研发

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【摘要】：由于环境污染、食品卫生及生活压力等社会因素的影响,不孕不育症已成为当今常见疾病之一,并且发病率呈现快速上升趋势。作为治疗不孕不育症的有效手段之一,体外授精技术的研究与应用已在全球各个国家相继展开,而在整个辅助生殖的过程中,取卵装置是一个主要的关键设备。鉴于我国体外授精取卵设备主要依赖国外进口,且存在价格昂贵、易出故障、体积较大等缺点,设计出一套低成本高性能的体外授精取卵装置系统,对于我国普及现代医疗技术受惠人群、治愈不孕不育症具有十分重要的意义。本文研发了一套基于Arduino的体外授精取卵装置系统,给出了系统的整体框架和指标,重点设计了取卵负压装置和恒温试管架的软硬件平台,开发了系统控制软件,实现了对系统的温度、气压及其他外围设备的精确控制。本文的主要研究内容有:(1)针对目前体外授精取卵设备的研究现状及其优缺点,给出了本文取卵装置系统的需求指标和总体设计方案,并指出了系统的主要创新点。(2)设计了取卵装置系统的硬件电路,主要包括测温电路、气压信号采集电路、滤波电路、驱动控制电路、电源供电电路及一些微控制器的外围电路。根据硬件设计需求完成了对元器件的选择、电路原理图及PCB板的设计,同时对电路板进行了系统功能调试,以达到设计的稳定性和可靠性。(3)详细给出了参数自整定气压控制算法和自适应模糊PID温度控制算法的实现原理及步骤,利用Arduino IDE开发环境开发了取卵装置系统的软件程序,同时加入了软件滤波算法及其他一些优化,使得信号采集过程更加准确,从而使系统获得更好的控制性能。(4)介绍了本文取卵装置系统的参数指标、连接方式及具体操作方法,设计了多个实验分别对取卵装置的整机系统、气压控制子系统和温度控制子系统进行性能测试,验证了系统的可靠性和适用性。本文所开发的体外授精取卵装置系统,具有功耗低、成本低、精度较高等优点,不仅降低了不孕不育症的医疗手术费用,提高了取卵设备的性能,同时对于促进人类辅助生殖技术的科学发展具有重要的意义,且拥有良好的社会效益和市场前景。
【关键词】：不孕不育 体外授精 Arduino 取卵负压装置 恒温试管架 PID控制算法
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH789
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 本文的研究背景和意义11-13
• 1.1.1 不孕不育的现状及其危害11-12
• 1.1.2 人类辅助生殖技术简介12-13
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势13-15
• 1.3 论文主要研究内容15-16
• 1.4 论文章节安排16-17
• 第2章 系统控制策略研究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 模糊控制系统组成17-18
• 2.1.2 常规PID控制18-20
• 2.1.2.1 PID控制原理18-19
• 2.1.2.2 数字PID控制19-20
• 2.1.3 控制方法发展方向20-21
• 2.2 气压闭环系统控制器设计21-24
• 2.2.1 气压控制器的结构21
• 2.2.2 模糊控制器的设计21-22
• 2.2.3 量化因子及比例因子对控制系统的作用22-23
• 2.2.4 参数自整定控制器的设计23-24
• 2.3 温度闭环系统控制器设计24-30
• 2.3.1 自适应模糊PID控制器的结构24
• 2.3.2 PID控制器的参数整定方法24-27
• 2.3.2.1 试凑法25
• 2.3.2.2 临界比例度法25-26
• 2.3.2.3 阶跃反应法26-27
• 2.3.3 PID控制器参数的整定规则27
• 2.3.4 系统控制规则的设计27-29
• 2.3.5 模糊推理及模糊判决29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 系统硬件电路设计31-45
• 3.1 系统总体设计方案31-32
• 3.1.1 系统基本结构设计31
• 3.1.2 Arduino控制板介绍31-32
• 3.2 信号采集电路32-36
• 3.2.1 Pt100工作原理32-33
• 3.2.2 测温电路设计33-35
• 3.2.3 气压信号采集电路35-36
• 3.3 滤波电路设计36-37
• 3.4 控制电路设计37-39
• 3.4.1 温度及气压驱动电路设计37-38
• 3.4.2 电磁阀控制电路设计38-39
• 3.5 控制器外围电路39-42
• 3.5.1 LCD液晶显示屏选择39-40
• 3.5.2 蜂鸣器控制电路40-41
• 3.5.3 气压设定及开关电路41-42
• 3.6 电源供电电路设计42-43
• 3.7 系统电路板设计43-44
• 3.8 本章小结44-45
• 第4章 系统软件程序设计45-53
• 4.1 Arduino开发软件介绍45-46
• 4.2 系统软件整体结构46-47
• 4.2.1 系统软件初始化46
• 4.2.2 系统软件主程序46-47
• 4.3 滤波算法设计47-49
• 4.4 参数自整定的气压控制算法实现49-51
• 4.4.1 模糊控制器参数确定49
• 4.4.2 气压控制程序流程图49-51
• 4.5 自适应模糊PID的温度控制算法实现51-52
• 4.5.1 自适应模糊PID控制器参数确定51
• 4.5.2 温度控制程序流程图51-52
• 4.6 本章小结52-53
• 第5章 实验结果与讨论53-61
• 5.1 取卵装置的连接53-54
• 5.2 取卵装置的指标及操作54-55
• 5.3 系统性能测试与分析55-60
• 5.3.1 气压控制系统实验55-57
• 5.3.2 温度控制系统实验57-60
• 5.4 本章小结60-61
• 第6章 总结与展望61-63
• 6.1 课题总结61
• 6.2 未来展望61-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-67
• 附录 作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目67

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本文编号：1062696