基于PI控制算法的CPAP呼吸机控制器设计

发布时间：2021-05-15 10:18

　　呼吸机作为协助病人完成呼吸通气过程、提供辅助治疗的重要医疗设备,在临床应用中起到了重要作用。本文对用于治疗OSAS （Obstructive Sleep Apnea Syndrome）疾病的便携式CPAP （Continuous Positive Airway Pressure）呼吸机进行需求分析、论证,结合国内需求,设计了用于家庭使用的便携式CPAP呼吸机。本文对CPAP呼吸机控制器的硬件部分进行重点设计,主要完成了信号采集电路、电机控制电路、电源电路的设计,通过一系列的改进措施,提高了压力信号采集与电机控制的精度以及电源供电的稳定性和可靠性。采用低成本、高性能芯片,在保证工作性能良好的前提下大大降低了控制器整体的成本,采用新型芯片以减少外围电路,大大缩小了控制器的体积,满足了便携化的需求。一改以往设计CPAP呼吸机采用两个传感器的习惯,仅选用一个压力传感器完成压力信号采集与闭环控制的功能,降低了整机成本、节省了电路板面积、缩短了闭环控制回路周期、减少了压力信号采集电路的复杂程度。为了提高控制精度与效率,采用工业上使用的MC33035与MC33039电机控制芯片,确保控制效果。在电源... 

【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
中文摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 引言
        1.1.1 呼吸机的临床治疗作用
        1.1.2 呼吸机的发展简史
        1.1.3 呼吸机的分类
        1.1.4 呼吸机的通气模式
        1.1.5 呼吸机的控制策略及工作模式
    1.2 国内外现状
        1.2.1 国内呼吸机市场现状
        1.2.2 国外呼吸机市场现状
    1.3 发展趋势
    1.4 研究意义
    1.5 论文的主要工作
2 CPAP呼吸机相关理论
    2.1 阻塞性睡眠呼吸综合征(OSAS)
    2.2 CPAP呼吸机基本原理
    2.3 PI控制算法
        2.3.1 PID控制算法原理
        2.3.2 PI控制算法应用于呼吸机控制
    2.4 小结
3 整体设计与架构分析
    3.1 整体设计方案
    3.2 控制器模块工作方式与用途
    3.3 控制器模块工作流程
    3.4 小结
4 呼吸机控制器硬件设计
    4.1 信号采集电路设计
        4.1.1 压力传感器选型与标定
        4.1.2 滤波及放大
    4.2 主控芯片
        4.2.1 主控芯片系统资源
        4.2.2 ADC模块配置
        4.2.3 I~2C总线配置
        4.2.4 UART配置
        4.2.5 SPI总线配置
        4.2.6 其他GPIO配置
        4.2.7 主控芯片外部中断设计
    4.3 电源电路设计
        4.3.1 电源选型
        4.3.2 TOP246YN的功能及内部结构
        4.3.3 电源的具体设计
    4.4 直流电机控制电路设计
        4.4.1 无刷直流电机基本原理与电机选用
        4.4.2 控制芯片MC33035
        4.4.3 电机测速芯片MC33039
        4.4.4 控制器设计方案
    4.5 报警电路设计
    4.6 液晶显示电路
    4.7 数据存储电路
    4.8 时钟电路
    4.9 USB转RS-232控制器电路
    4.10 键盘部分电路
    4.11 小结
5 测试结果及分析
    5.1 硬件部分测试
        5.1.1 压力信号采集电路测试
        5.1.2 电源电路测试
        5.1.3 电机控制电路测试
        5.1.4 风机压力流速测量
        5.1.5 其他硬件电路的测试
    5.2 CPAP呼吸机整体性能测试
    5.3 小结
6 总结与展望
参考文献
作者简历
学位论文数据集


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MC33035的无刷直流电机控制器[J]. 何进进.  中国西部科技. 2009(27)
[2]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)
[3]CPAP呼吸机压力发生器的设计[J]. 李淼,胡兆燕,陈正龙,谢海明.  中国医疗器械信息. 2008(10)
[4]一种实用型直流电机控制电路的设计[J]. 李超,李波.  现代电子技术. 2008(15)
[5]我国呼吸机发展现状及趋势——走访北京谊安公司后的调研报告[J]. 梁晓婷,杨国忠.  中国医疗器械信息. 2008(01)
[6]基于单片机的电机随动控制系统[J]. 曹亢,谭功全,储海兵.  电子世界. 2007(09)
[7]MC33035在直流无刷电机控制中的应用[J]. 孙欢庆,李桥梁.  电机技术. 2007(03)
[8]单片机应用系统中的常用报警电路[J]. 熊建云.  职业圈. 2007(08)
[9]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)
[10]CPAP呼吸机治疗阻塞性睡眠呼吸暂停综合征的护理[J]. 高艳华,梁玉梅.  临床肺科杂志. 2006(01)

硕士论文
[1]呼吸机综合测试平台及呼吸模式的研究[D]. 朱肇轩.国防科学技术大学 2006



本文编号：3187460