基于PIC单片机的胰岛素泵硬件电路的设计与实现

论文摘要

胰岛素泵是一种治疗糖尿病的高科技微型化电子产品,它具有微量输注、血糖控制平稳、可靠性高等优点。随着糖尿病人群的不断扩大,胰岛素泵具有越来越广阔的市场发展空间。本文的目标是设计一款便携式开环胰岛素实验泵,重点在于硬件电路设计。在对胰岛素泵结构和工作原理进行研究的基础上,本文形成了胰岛素泵硬件电路的模块化设计方案。胰岛素泵的整个硬件电路分成中央处理模块、电机驱动模块、液晶显示模块、键控模块、电源模块、外部EEPROM模块、时钟模块、报警模块和检测模块等九大部分,本文从主要元器件选型,到各功能电路的具体连接,完成各个模块的设计,最后融合成一个完整的胰岛素泵电路系统。电机是胰岛素泵的核心控制部分。本文选用PIC单片机控制微型直流伺服电机,采用PWM调速方案控制注射器的推进速度。本文在胰岛素泵专用注射器的输注推力和输注速度关系测试实验、电机端与负载端基本公式关系推算的基础上,首次提出基础率的电机步进脉冲式控制输注算法和大剂量的电机连续控制输注算法。此外,本文从本质低功耗和功耗管理两方面对胰岛素泵的硬件电路和部分软件进行了具体的低功耗设计,同时考虑了硬件电路的电磁兼容性。通过开发实验板的在线仿真调试和软件配合,本实验泵基本达到各项性能指标的要求,完成了全中文图形菜单式操作界面的设计,实现了基础率和大剂量的输注控制,从而证明了硬件电路设计的正确性和可行性,基本上取得预期效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 胰岛素泵的国内外研究现状及未来发展方向
• 1.3 本课题研究目的、理论意义和实际价值
• 1.4 本文所研究的内容和所作的工作
• 第2章 胰岛素泵的工作原理及技术分析
• 2.1 胰岛素泵的工作原理
• 2.1.1 胰岛素泵的输注方式
• 2.1.2 胰岛素泵的工作原理
• 2.2 本实验泵设计的功能特点及技术分析
• 2.3 胰岛素泵硬件设计方案与步骤
• 2.3.1 系统硬件整体设计思路
• 2.3.2 硬件整体构成及工作机理
• 2.3.3 核心单片机选型
• 2.3.4 本设计的开发平台
• 2.4 液晶界面设计功能与方案
• 2.5 本章小结
• 第3章 胰岛素泵的硬件电路设计
• 3.1 中央处理模块
• 3.1.1 CPU 简介
• 3.1.2 PIC18LF6720 与PIC16F883 的连接
• 3.2 人机交互单元的设计
• 3.2.1 液晶显示模块的设计
• 3.2.2 按键接口的设计
• 3.2.3 报警模块设计
• 3.3 存储器模块的设计
• 3.4 时钟模块设计
• 3.5 电源模块设计
• 3.6 检测模块设计
• 3.7 在线调试接口的连接
• 3.8 本章小结
• 第4章 电机控制
• 4.1 电机控制思想与及相关选型
• 4.1.1 直流电机调速基本方法
• 4.1.2 直流电机稳速方法
• 4.1.3 电机的工作制
• 4.1.4 电机正反转、启动和制动
• 4.2 直流电机控制实现
• 4.2.1 电机驱动部分具体实现
• 4.2.2 编码器测速反馈
• 4.3 电机的输注控制算法
• 4.3.1 基础率的设定依据
• 4.3.2 餐前大剂量的设定依据
• 4.4 液晶界面菜单的软件设计实现
• 4.5 本章小结
• 第5章 胰岛素泵低功耗及EMC 特性研究与实现
• 5.1 系统整体的低功耗设计与实现
• 5.1.1 低功耗设计思路
• 5.1.2 硬件的低功耗设计
• 5.1.3 软件的低功耗设计
• 5.2 PCB 设计及硬件电磁兼容性的几点考虑
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录
• 详细摘要