基于遠程數字傳輸技術的智能家用呼吸機的研制.pdf

1、科學的進步帶動了工業(yè)技術的飛速發(fā)展，然而卻給我們的大氣環(huán)境帶來嚴重的污染，各種呼吸疾病發(fā)生率日益提高，對人類健康造成嚴重威脅。呼吸機作為治療呼吸疾病的重要醫(yī)療支持設備，其重要性不言而喻，特別是持續(xù)正壓通氣呼吸機，已成為治療阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征(Obstructive SleepApnea Hypopnea Syndrome，簡稱OSAHS)的首選方法。
　　雖然我國已經制定了一些呼吸支持設備的國家標準，但由于國內關于呼吸

2、機的研究起步較晚，與西方發(fā)達國家仍有相當大的一段差距，尤其是在家用呼吸機的研究與開發(fā)方面。因此，本課題根據呼吸機的國際國內相關標準，參考國內外現有家用呼吸機的基本結構與功能特點，以嵌入式微控制器為核心，結合現代電子測量技術、智能控制技術、工程流體力學、呼吸力學等多學科知識，設計了一款可對患者治療情況進行在線遠程監(jiān)測的智能家用呼吸機。
　　本文首先介紹了家用呼吸機的發(fā)展歷史、國內外研究現狀和本課題研究意義，分析了呼吸機的工作原理和運

3、行過程，詳述了呼吸機工作模式和基本參數調節(jié)方法，并參考相關國際國內行業(yè)標準，確定了本設計呼吸機的設計指標和要求。為實現呼吸治療數據長時間有效存儲，方便病情分析和治療策略的調整，本文為呼吸機配備了SD卡、USB等大容量存儲接口。此外，本文還設計了很多通信接口，可以使用USART和Bluetooth等接口進行短程通信和數據傳輸，使用以太網傳輸實現遠程監(jiān)控。
　　根據相關國際國內標準和呼吸機設計指標要求，本文在自適應諧振神經網絡的基礎上

4、，設計了兩層人工神經網絡數學模型，提出了相應的ANN算法，使得呼吸機具備了自主學習能力，可以根據不同患者情況確定不同的治療方案，并通過串級PID控制實現了壓力等參數的精確控制，給患者提供了更舒適的呼吸體驗和更好的治療效果。
　　在對呼吸機的功能需求和相應算法結構深入了解的基礎上，本文設計出了智能家用呼吸機的總體硬件結構。設計以嵌入式微控制器為核心，主要功能模塊包括無刷直流電動機驅動及保護模塊、流量和壓力測量控制模塊、濕化器功能模塊

5、、數據存儲與傳輸模塊和人機交互模塊等。并根據相應的硬件結構，設計出系統(tǒng)軟件架構。考慮到呼吸機系統(tǒng)結構復雜、功能眾多，本文采用了嵌入式實時操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ，通過任務調度的方式來實現各個任務之間的相互配合和有序運轉。主體任務主要包括按鍵掃描與檢測、液晶顯示與更新、流量和壓力的測量與控制、以太網通信、數據存儲與傳輸以及軟件抗干擾措施等。
　　最后，為驗證設計出來的智能呼吸機的各項參數和系統(tǒng)功能是否符合相關行業(yè)標準和設計要求，本文對