液体点滴控制系统设计及关键问题的研究

论文摘要

静脉输液是临床医学中一种必不可少的医疗手段。目前由于缺乏经济、有效的液体点滴自动检测控制装置,患者在输液时需要专人看护,加重了病人及家属的心理负担和医护人员的劳动负荷,同时也给整个病区的统一管理带来不便。基于上述原因,我们研制了输液液位和点滴速度的实时检测控制系统。该系统可以自动检测输液装置的点滴速度,当药液液位到达报警界限、点滴速度过快或过慢都会发出报警信号,并将各床位的速度信息传送到医护室,并在医护室的上位机中显示各个病房每个床位的输液情况。针对上述需求,本文提出了一种基于红外检测技术、计算机网络技术和智能模糊控制技术设计液体点滴自动控制系统的解决方案,来实现对输液速度的自动检测和调节,并监视剩余药液。论文首先采用红外光电检测技术,对点滴速度进行检测,确保点滴速度检测的准确性与可靠性。然后对液体点滴控制系统的组成、控制原理和算法设计进行了较为深入的研究,针对医疗输液过程中,储液瓶高度与输液速度间的非线性、建立精确数学模型难的特点,决定采用Fuzzy控制技术,并对控制算法进行了仿真而且通过软件得到实现。最后研发了以飞思卡尔单片机MC9S12XDT512为核心的从站软硬件系统。应用上述研究成果,本文开发了一个基于以太网的可实现上位机与下位机通信的智能输液控制系统。实验测试结果表明,点滴速度的控制精度高,点滴的速度调节响应快、稳态误差小,储液瓶的液位监视报警输出信号准确、可靠。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 点滴输液装置的现状
• 1.2 课题的背景及意义
• 1.3 论文主要解决的几个关键问题
• 第二章 液体点滴控制系统工作原理及硬件设计
• 2.1 滴速控制原理
• 2.2 液体点滴控制系统总体结构设计
• 2.2.1 MC9S12XDT512 简介
• 2.2.2 液体点滴测量电路设计
• 2.2.3 步进电机的驱动
• 2.2.4 人机接口
• 2.3 本章小结
• 第三章 液体点滴控制系统的算法设计及仿真
• 3.1 液体点滴控制系统的建模
• 3.2 步进电机模型的建立
• 3.3 模糊控制器的设计与仿真
• 3.3.1 模糊控制系统组成
• 3.3.2 模糊控制器概述及原理
• 3.3.3 模糊控制器的实现算法
• 3.3.4 模糊控制系统仿真的一般步骤
• 3.4 控制算法在实际工程中的运用
• 3.4.1 控制算法的选择
• 3.4.2 控制算法的实现
• 3.5 本章小结
• 第四章 液体点滴控制系统下位机的软件实现
• 4.1 软件系统的总体设计
• 4.2 各软件模块的详细设计
• 4.2.1 液体点滴速度控制模块
• 4.2.2 LCD 液晶显示模块
• 4.2.3 键盘控制模块
• 4.2.4 点滴速度检测模块
• 4.2.5 中断处理模块
• 4.2.6 报警模块
• 4.3 点滴控制系统的软件调试
• 4.4 本章小结
• 第五章 液体点滴控制系统上位机与下位机的通讯
• 5.1 嵌入式工业以太网简介
• 5.2 下位机通信系统的设计
• 5.2.1 网络接口层
• 5.2.2 网络层
• 5.2.3 传输层
• 5.2.4 应用层
• 5.3 上位机通信软件的实现
• 5.3.1 Windows Sockets 介绍
• 5.3.2 Winsockets 运行机制
• 5.3.3 通信软件的实现步骤
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢