离体心脏恒温灌流系统的设计与实现

发布时间：2017-05-07 12:07

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【摘要】：离体心脏灌流实验一直是心脏、心血管研究领域的一项重要科研技术,主要用于研究心脏活动规律及特点。哺乳动物的离体心脏灌流实验采用Langendorff灌流系统进行,Langendorff采用的心脏主动脉逆行灌流法对心血管生理学和药理学研究有巨大贡献。目前,国内的灌流系统多采用传统的分析仪器,系统存在控温不精确,对实验条件不能进行监测控制,造价昂贵等缺点,很大程度上影响研究进展。本论文针对传统灌流系统的现状,设计一种造价低廉、功能强大的灌流系统。该系统是一种高精度控温,实时监测灌流液的pH、流量和心脏张力等实验参数,并可以做出超量报警,适用于条件精确控制的灌流系统。该系统采用基于Cortex-M3内核的控制器,采用高精度数字化温度传感器DS18B20实现温度控制,采用精度为±0.01pH的在线pH计HG-P13监测灌流pH值,采用毫升/分钟的微流量计SLI-2000监测灌流流量,采用生物微张力传感器FT-100监测心脏肌张力,实现实时监测灌流实验的环境参数。微处理器的强大功能与优秀增量式PID算法结合,实现控温精度0.1℃的智能化温度控制。通过实验测试表明,仪器实现了温度、p H值、流量等的同步采集和实时处理。能够持续而稳定提供离体心脏灌流实验的环境,测量精度与准确度优于传统仪器,可用于科学研究和教学实验。
【关键词】：Langendorff灌流系统 增量式PID算法 Cortex-M3 温度 pH
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273;R318
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 概述9-13
• 1.1 选题背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-11
• 1.3 主要研究工作内容及结构安排11-13
• 2 系统整体设计方案13-22
• 2.1 性能指标与总体设计13
• 2.2 系统硬件设计13
• 2.3 微处理器芯片选型13-14
• 2.4 信号采集14-21
• 2.4.1 温度信号14-17
• 2.4.2 流量信号17-19
• 2.4.3 pH信号19-20
• 2.4.4 张力信号20-21
• 2.5 本章小结21-22
• 3 系统硬件部分设计22-37
• 3.1 主控模块的设计22-26
• 3.1.1 STM32F103最小系统22-25
• 3.1.2 程序调试接口的电路设计25-26
• 3.2 传感器采样模块26-31
• 3.2.1 温度传感器26-27
• 3.2.2 流量传感器27-28
• 3.2.3 pH测试传感器28-30
• 3.2.4 张力换能器30-31
• 3.3 加热电路的设计31-32
• 3.4 显示电路设计32-33
• 3.5 系统安全设计33-35
• 3.5.1 报警电路33-34
• 3.5.2 超温保护电路34-35
• 3.6 按键及驱动设计35-36
• 3.7 本章小结36-37
• 4 系统软件部分设计37-52
• 4.1 软件开发环境及工具37-38
• 4.2 软件算法设计38-43
• 4.2.1 PID控制原理38-40
• 4.2.2 数字PID算法实现40-41
• 4.2.3 PID参数的整定41-43
• 4.3 软件具体设计43-51
• 4.3.1 ADC采集设计实现44-45
• 4.3.2 LCD12864显示设计45-47
• 4.3.3 数据采集设计47-49
• 4.3.4 PWM控制设计49-51
• 4.4 本章小结51-52
• 5 实验与测试52-58
• 5.1 系统性能测试52-54
• 5.1.1 温度测试52-53
• 5.1.2 流量计测试53
• 5.1.3 pH计测试53-54
• 5.2 应用测试54-57
• 5.3 系统产品化57
• 5.4 本章小结57-58
• 6 回顾和总结全文58-60
• 6.1 全文总结58
• 6.2 后续工作及展望58-60
• 参考文献60-63
• 攻读硕士学位期间所取得的研究成果63-64
• 致谢64-65

【参考文献】

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本文编号：349832