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早产儿智能水床控制系统研究

发布时间:2018-12-25 08:25
【摘要】:如今的早产儿医学护理领域,大部分控制系统自动化程度低,存在护理人员技术不娴熟、护理设备自我调节性以及实时性差等问题,这些问题的存在,严重的会直接危及早产儿的生命安全。随着先进控制理论和嵌入式处理器技术的发展,利用嵌入式处理器功耗低、体积小及专用性强等优点,实现先进控制理论在早产儿智能护理系统中的运用,提高其自动化水平具有良好的发展前景。本文在对早产儿智能水床系统进行深入分析的基础上,以水床温度作为被控对象,将Smith预估器和模糊控制与常规PID算法有效结合起来,设计了一种新型的智能控制器。本设计中的Smith预估器可对控制系统温度时滞问题作出补偿,结合模糊自适应PID控制可实现对参数的自整定。将此新型控制器运用到早产儿智能水床控制系统中,并在MATLAB软件上对整个控制系统进行了仿真,验证了此新型控制器的可行性以及控制效果的优越性。通过对早产儿智能水床建立三维立体模型,在网格划分软件ICEM上进行网格划分,导入计算流体力学FLUENT软件中进行数值模拟,得到满足我们设定要求的两种振动模式下的流速,进而选择两种工作模式的电机。利用摄像头捕获早产儿的生命状态,并在远程客户端进行检测,保障了早产儿的生命安全。早产儿智能水床控制器的硬件系统和软件系统是在嵌入式Linux平台上进行开发的,硬件系统基于32位低功耗ARM9微处理器S3C2440A,并根据早产儿智能水床的具体要求设计了相关硬件电路。在硬件控制系统基础上进行了软件开发,实现了对早产儿水床温度以及定时振动的检测、处理与控制,并且实现了对早产儿生命状态的实时观测。早产儿智能水床控制软件部分有三个设计内容:温度控制程序、定时振动程序以及监控程序,软件开发主要完成驱动程序和应用程序设计两部分,其中应用程序是利用QT/Embedded软件开发的,开发了温度控制系统、定时振动系统两种工作模式下的图形用户界面以及远程视频监控界面。系统调试表明本文设计的基于ARM平台的早产儿水床控制系统完成了对水床的智能控制,达到了预期的设计目标。
[Abstract]:Nowadays, in the field of medical nursing of premature infants, most of the control systems have low degree of automation, the nurses are not skilled in technology, the self-adjustment of nursing equipment and the lack of real time, and so on, these problems exist. Serious risks directly endanger the lives of preterm infants. With the development of advanced control theory and embedded processor technology, the application of advanced control theory in intelligent nursing system of premature infants is realized by using the advantages of low power consumption, small size and strong specificity of embedded processor. It has a good development prospect to improve its automation level. Based on the deep analysis of the intelligent water bed system of premature infants, a new type of intelligent controller is designed by combining the Smith predictor and fuzzy control with the conventional PID algorithm, taking the water bed temperature as the controlled object. In this paper, the Smith predictor can compensate the temperature delay problem of the control system, and the fuzzy adaptive PID control can realize the self-tuning of the parameters. The new controller is applied to the intelligent water bed control system of premature infants, and the whole control system is simulated on the MATLAB software. The feasibility of the new controller and the superiority of the control effect are verified. Through the establishment of three-dimensional model of intelligent water bed of premature infant, the mesh division is carried out on the grid dividing software ICEM, and the numerical simulation is carried out in FLUENT software of computational fluid dynamics, and the velocity of flow in two vibration modes that meet the requirements set by us is obtained. Then choose two working modes of the motor. The life state of premature infant is captured by camera and detected in remote client, which ensures the life safety of premature infant. The hardware system and software system of intelligent water bed controller for premature infants are developed on embedded Linux platform. The hardware system is based on 32-bit low-power ARM9 microprocessor S3C2440A. According to the specific requirements of premature intelligent water bed, the related hardware circuit is designed. Based on the hardware control system, the software is developed to detect, process and control the temperature of the water bed and the timing vibration of the premature infant, and to realize the real-time observation of the life state of the premature infant. The intelligent water bed control software of premature infant has three contents: temperature control program, timing vibration program and monitoring program. The software development mainly completes the driver program and the application program design. The application program is developed by using QT/Embedded software. The temperature control system, the timing vibration system and the remote video monitor interface are developed. The system debugging shows that the water bed control system of premature infants based on ARM platform has completed the intelligent control of the water bed and achieved the expected design goal.
【学位授予单位】:江苏科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TH77;TP273

【参考文献】

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本文编号:2390928

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