基于μC/OS-Ⅱ和嵌入式Linux的家用呼吸机的研制
发布时间：2021-09-16 18:37
阻塞性睡眠呼吸暂停综合征（OSAS）是一种常见的慢性睡眠呼吸障碍疾病,持续气道正压通气（CPAP）呼吸机是目前治疗OSAS最安全有效的方法。CPAP呼吸机通过面罩向患者提供一定的气道正压,防止气道塌陷,减少或避免打鼾、低通气和呼吸暂停的发生。国内对CPAP家用呼吸机的研究尚处于起步阶段,与发达国家有较大差距。本文根据家用呼吸机的发展现状,结合数字信号处理技术和嵌入式操作系统,研究了家用呼吸机的呼吸信号处理算法和远程通信技术,设计了一款基于μC/OS-Ⅱ和嵌入式Linux双核心的家用呼吸机。本文研究了家用呼吸机的结构和运行原理,分析了家用呼吸机的控制策略和常用参数,确定了家用呼吸机的功能和技术指标。为了在完成呼吸信号实时处理的同时,实现数据存储、远程通信和触摸屏人机交互功能,本文中家用呼吸机采用双核心设计。实时控制核心采用基于Cortex-M4核心的微控制器STM32F407,运行μC/OS-Ⅱ操作系统；远程医疗核心采用基于ARM9核心的微处理器S3C2416,运行嵌入式Linux操作系统。本文研究了数字滤波技术和呼吸信号处理算法。设计了ⅡR数字滤波器处理呼吸流量信号,ⅡR低通滤波器用于...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题的研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 课题的研究内容和创新点
1.3.1 研究内容
1.3.2 创新点
第二章 家用呼吸机相关理论
2.1 阻塞性睡眠呼吸暂停综合征
2.2 CPAP呼吸机分析
2.2.1 CPAP呼吸机基本原理
2.2.2 呼吸机的通气方式
2.2.3 呼吸机的控制策略
2.3 家用呼吸机常用参数
2.4 家用呼吸机主要功能要求
第三章 家用呼吸机硬件设计方案
3.1 家用呼吸机整体结构
3.2 主要电路模块设计
3.2.1 微控制器模块
3.2.1.1 压力和流量测量模块
3.2.1.2 无刷直流电机驱动模块
3.2.2 微处理器模块
3.2.2.1 USB和Wi-Fi模块
3.2.2.2 SPI通信模块
3.2.2.3 编码开关模块
第四章 家用呼吸机控制算法
4.1 数字滤波技术
4.1.1 低通滤波器简介
4.1.2 数字滤波器类型选择
4.1.3 巴特沃斯滤波器分析
4.1.4 使用MATLAB设计ⅡR滤波器
4.1.5 ⅡR数字滤波器效果测试
4.2 呼吸信号处理算法
4.2.1 漏气量测量和漏气补偿
4.2.2 呼吸暂停检测
4.2.3 呼吸触发
4.2.4 低通气检测
第五章 实时控制核心软件设计方案
5.1 嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ简介
5.2 μC/OS-Ⅱ的移植
5.2.1 处理器接口文件OS_CPU.H的移植
5.2.2 处理器接口文件OS_CPU_C.C的移植
5.2.3 处理器接口文件OS_CPU_A.ASM的移植
5.3 应用程序整体设计
5.4 应用程序详细设计
5.4.1 压力测量和控制任务设计
5.4.2 呼吸触发任务设计
5.4.3 SPI通信任务设计
5.5 软件可靠性设计
5.5.1 软件看门狗
5.5.2 异常复位处理
5.5.3 时钟监控程序设计
5.5.3.1 系统初始化过程时钟监控
5.5.3.2 系统运行过程时钟监控
第六章 远程医疗核心软件设计方案
6.1 嵌入式Linux系统简介
6.2 嵌入式Linux系统软件启动流程
6.3 交叉编译环境搭建
6.3.1 安装交叉编译工具链
6.3.2 编译安装交叉调试器
6.3.3 配置NFS服务器
6.4 U-Boot移植
6.4.1 U-Boot简介
6.4.2 U-Boot移植
6.4.2.1 U-Boot移植步骤
6.4.2.2 U-Boot编译和测试
6.5 Linux内核移植
6.5.1 Linux内核简介
6.5.2 Linux内核移植
6.5.3 编码开关驱动程序设计
6.6 根文件系统制作
6.6.1 创建基本目录和设备节点
6.6.2 创建动态链接库
6.6.3 编译安装Busybox
6.6.4 创建配置文件
6.6.5 制作并烧写映象文件
6.7 应用程序开发
6.7.1 应用程序整体流程
6.7.2 Wi-Fi自动配置程序设计
第七章 家用呼吸机测试
7.1 呼吸机基本功能测试
7.1.1 压力控制效果测试
7.1.2 漏气量测量效果测试
7.1.3 漏气补偿效果测试
7.1.4 主动压力释放效果测试
7.2 远程医疗功能测试
7.2.1 数据库测试
7.2.2 远程通信测试
7.2.2.1 Wi-Fi自动配置测试
7.2.2.2 手机客户端管理测试
7.2.2.3 远程服务器管理测试
7.2.2.4 医疗专家管理测试
第八章 总结与展望
8.1 全文总结
8.2 未来展望
参考文献
致谢
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ARM9 S3C2416的嵌入式人脸检测系统[J]. 张维笑,叶学义,张静,贾天婕. 工业控制计算机. 2014(12)
[2]智能化呼吸机呼吸控制硬件平台的研究[J]. 郑建立,樊丞成,王刚. 中国医学物理学杂志. 2014(04)
[3]基于UCOS-Ⅱ嵌入式系统项目的开发[J]. 李波. 电子制作. 2013(07)
[4]人工神经网络的发展及应用[J]. 毛健,赵红东,姚婧婧. 电子设计工程. 2011(24)
[5]基于MATLAB的无限长冲激响应滤波器的设计[J]. 王春兴,庄晓梅. 山东科学. 2011(04)
[6]持续气道正压无创呼吸机控制系统的研制[J]. 陈正龙,胡兆燕,周贵. 中国生物医学工程学报. 2011(02)
[7]ARM处理器的分散加载及特殊应用研究[J]. 夏爽. 单片机与嵌入式系统应用. 2009(04)
[8]睡眠无创呼吸机发展及其新技术[J]. 陈正龙,李淼,胡兆燕,谢海明. 医疗卫生装备. 2009(02)
[9]呼吸机常用的通气模式及参数调整[J]. 李文侠,王川. 中国医疗器械杂志. 2009(01)
[10]呼吸机控制策略与工作模式[J]. 丰继华,李文娟,张榆锋. 仪器仪表学报. 2006(S1)
博士论文
[1]阻塞性睡眠呼吸暂停综合征与困难气道的研究[D]. 王春玲.山东大学 2012
[2]阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征的静息态脑功能磁共振成像研究[D]. 张泉.天津医科大学 2012
硕士论文
[1]基于微信控制物联网设备的服务器系统[D]. 吴川环.广东工业大学 2015
[2]可穿戴远程健康监测预警系统研究及设计[D]. 戴明.南昌航空大学 2015
[3]基于远程数字传输技术的智能家用呼吸机的研制[D]. 周绪贵.山东大学 2015
[4]LED景观照明控制系统的设计与实现[D]. 蔡宇.浙江大学 2015
[5]基于uCOS-Ⅱ的无线居民抄表系统设计[D]. 王进浩.中国矿业大学 2014
[6]睡眠呼吸暂停综合征的监测与治疗关键算法研究[D]. 孙薇.南方医科大学 2014
[7]基于ARM嵌入式系统底层驱动开发与系统优化[D]. 朱银瑞.辽宁科技大学 2014
[8]自动调压无创呼吸机研制[D]. 贾守强.北方工业大学 2013
[9]基于Cortex-M3的呼吸机控制器设计[D]. 温丽丽.北方工业大学 2013
[10]呼吸机的人机界面设计与远程监测[D]. 展慕霞.北方工业大学 2013
本文编号：3397087
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题的研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 课题的研究内容和创新点
1.3.1 研究内容
1.3.2 创新点
第二章 家用呼吸机相关理论
2.1 阻塞性睡眠呼吸暂停综合征
2.2 CPAP呼吸机分析
2.2.1 CPAP呼吸机基本原理
2.2.2 呼吸机的通气方式
2.2.3 呼吸机的控制策略
2.3 家用呼吸机常用参数
2.4 家用呼吸机主要功能要求
第三章 家用呼吸机硬件设计方案
3.1 家用呼吸机整体结构
3.2 主要电路模块设计
3.2.1 微控制器模块
3.2.1.1 压力和流量测量模块
3.2.1.2 无刷直流电机驱动模块
3.2.2 微处理器模块
3.2.2.1 USB和Wi-Fi模块
3.2.2.2 SPI通信模块
3.2.2.3 编码开关模块
第四章 家用呼吸机控制算法
4.1 数字滤波技术
4.1.1 低通滤波器简介
4.1.2 数字滤波器类型选择
4.1.3 巴特沃斯滤波器分析
4.1.4 使用MATLAB设计ⅡR滤波器
4.1.5 ⅡR数字滤波器效果测试
4.2 呼吸信号处理算法
4.2.1 漏气量测量和漏气补偿
4.2.2 呼吸暂停检测
4.2.3 呼吸触发
4.2.4 低通气检测
第五章 实时控制核心软件设计方案
5.1 嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ简介
5.2 μC/OS-Ⅱ的移植
5.2.1 处理器接口文件OS_CPU.H的移植
5.2.2 处理器接口文件OS_CPU_C.C的移植
5.2.3 处理器接口文件OS_CPU_A.ASM的移植
5.3 应用程序整体设计
5.4 应用程序详细设计
5.4.1 压力测量和控制任务设计
5.4.2 呼吸触发任务设计
5.4.3 SPI通信任务设计
5.5 软件可靠性设计
5.5.1 软件看门狗
5.5.2 异常复位处理
5.5.3 时钟监控程序设计
5.5.3.1 系统初始化过程时钟监控
5.5.3.2 系统运行过程时钟监控
第六章 远程医疗核心软件设计方案
6.1 嵌入式Linux系统简介
6.2 嵌入式Linux系统软件启动流程
6.3 交叉编译环境搭建
6.3.1 安装交叉编译工具链
6.3.2 编译安装交叉调试器
6.3.3 配置NFS服务器
6.4 U-Boot移植
6.4.1 U-Boot简介
6.4.2 U-Boot移植
6.4.2.1 U-Boot移植步骤
6.4.2.2 U-Boot编译和测试
6.5 Linux内核移植
6.5.1 Linux内核简介
6.5.2 Linux内核移植
6.5.3 编码开关驱动程序设计
6.6 根文件系统制作
6.6.1 创建基本目录和设备节点
6.6.2 创建动态链接库
6.6.3 编译安装Busybox
6.6.4 创建配置文件
6.6.5 制作并烧写映象文件
6.7 应用程序开发
6.7.1 应用程序整体流程
6.7.2 Wi-Fi自动配置程序设计
第七章 家用呼吸机测试
7.1 呼吸机基本功能测试
7.1.1 压力控制效果测试
7.1.2 漏气量测量效果测试
7.1.3 漏气补偿效果测试
7.1.4 主动压力释放效果测试
7.2 远程医疗功能测试
7.2.1 数据库测试
7.2.2 远程通信测试
7.2.2.1 Wi-Fi自动配置测试
7.2.2.2 手机客户端管理测试
7.2.2.3 远程服务器管理测试
7.2.2.4 医疗专家管理测试
第八章 总结与展望
8.1 全文总结
8.2 未来展望
参考文献
致谢
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ARM9 S3C2416的嵌入式人脸检测系统[J]. 张维笑,叶学义,张静,贾天婕. 工业控制计算机. 2014(12)
[2]智能化呼吸机呼吸控制硬件平台的研究[J]. 郑建立,樊丞成,王刚. 中国医学物理学杂志. 2014(04)
[3]基于UCOS-Ⅱ嵌入式系统项目的开发[J]. 李波. 电子制作. 2013(07)
[4]人工神经网络的发展及应用[J]. 毛健,赵红东,姚婧婧. 电子设计工程. 2011(24)
[5]基于MATLAB的无限长冲激响应滤波器的设计[J]. 王春兴,庄晓梅. 山东科学. 2011(04)
[6]持续气道正压无创呼吸机控制系统的研制[J]. 陈正龙,胡兆燕,周贵. 中国生物医学工程学报. 2011(02)
[7]ARM处理器的分散加载及特殊应用研究[J]. 夏爽. 单片机与嵌入式系统应用. 2009(04)
[8]睡眠无创呼吸机发展及其新技术[J]. 陈正龙,李淼,胡兆燕,谢海明. 医疗卫生装备. 2009(02)
[9]呼吸机常用的通气模式及参数调整[J]. 李文侠,王川. 中国医疗器械杂志. 2009(01)
[10]呼吸机控制策略与工作模式[J]. 丰继华,李文娟,张榆锋. 仪器仪表学报. 2006(S1)
博士论文
[1]阻塞性睡眠呼吸暂停综合征与困难气道的研究[D]. 王春玲.山东大学 2012
[2]阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征的静息态脑功能磁共振成像研究[D]. 张泉.天津医科大学 2012
硕士论文
[1]基于微信控制物联网设备的服务器系统[D]. 吴川环.广东工业大学 2015
[2]可穿戴远程健康监测预警系统研究及设计[D]. 戴明.南昌航空大学 2015
[3]基于远程数字传输技术的智能家用呼吸机的研制[D]. 周绪贵.山东大学 2015
[4]LED景观照明控制系统的设计与实现[D]. 蔡宇.浙江大学 2015
[5]基于uCOS-Ⅱ的无线居民抄表系统设计[D]. 王进浩.中国矿业大学 2014
[6]睡眠呼吸暂停综合征的监测与治疗关键算法研究[D]. 孙薇.南方医科大学 2014
[7]基于ARM嵌入式系统底层驱动开发与系统优化[D]. 朱银瑞.辽宁科技大学 2014
[8]自动调压无创呼吸机研制[D]. 贾守强.北方工业大学 2013
[9]基于Cortex-M3的呼吸机控制器设计[D]. 温丽丽.北方工业大学 2013
[10]呼吸机的人机界面设计与远程监测[D]. 展慕霞.北方工业大学 2013
本文编号：3397087
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