智能监控系统论文提纲

论文题目：基于STM32的医用输液加温智能监控系统设计

摘要：医疗器械正在向数字化、智能化转型升级,“医疗+人工智能”成为了当今及未来医疗界的研究热点。在临床输液中,为提高患者的舒适度和安全性,需对输液装置进行智能化设计,以满足不同流量与管径下输液管内液体的加温、输液速度的精确控制以及输液管内气泡的有效检测等需求,而目前的输血输液加温系统,无法全部满足这些功能的需求,且传统的方法不能很好地实现输液加温监控系统的智能化。本文结合输液加温智能监控系统的国内外发展研究现状,研究并设计一种集输液加温监控、输液速度监控、输液管内气泡检测为一体的输液加温智能监控系统,同时提供良好的人机交互界面和报警功能。主要研究内容和成果如下:（1）针对普通静脉小流量输液和大流量快速输液需求,依据输液加温传热学理论,开展了输液加温温度场的流固耦合研究,提出了基于STM32的输液加温智能监控系统架构和两种不同输液需求的加温方案:对于小流量低速静脉输液,采用在输液管下端包裹长距离硅胶加热软管的方法;对于大流量高速输液,采用上端输液管快速加温结合下端输液管长距离保温的方法。研究了蠕动型输液泵挤压弹性输液管完成药液输送的机理,提出了超声波“V”形时差法检测输液速度。针对小流量静脉输液易产生气泡的情况,采用了超声波气泡检测法精确检测输液管内的气泡量。（2）以STM32微处理器为核心模块,完成了输液加温智能监控系统温度监控模块、输液速度监控模块、输液管内气泡检测模块、人机交互模块、报警模块及电源模块的硬件设计。为大流量输液快速加温设计了螺旋形凹槽快速加温装置和双向晶闸管恒温控制电路,为小流量输液精准加温设计了柔性硅胶加温管的加温装置和PWM信号驱动MOS管通断的温度控制电路,提高了不同输液情况下的加温效率。采用速度检测模块TDC-GP21芯片设计了输液速度检测电路,实现了两个超声波换能器时间差的精确测量。设计了超声波换能器相对放置结构和输液管内气泡超声波检测电路,完成了输液管内气泡大小的检测。（3）基于Keil软件开发环境,研究了输液加温智能监控系统软件的设计流程。依据双向晶闸管调压原理研究了模糊PID输液恒温控制算法,通过调节输出电压以控制加热的输出功率,保证了输液加温精度。为检测输液速度,配置速度检测单元SPI端口时钟与STM32F407实现通信,得到超声波“V”形时差法测速的顺流时间和逆流时间,通过公式换算完成实际输液速度的精确计算。为确保输液安全性,设计了气泡检测模块,每隔0.5s检测输液管内是否存在气泡,根据气泡量大小做出报警、停止输液等处理。运用VisualTFT软件设计了输液加温智能监控系统的人机交互界面,通过工业串口屏与Keil软件的联机调试和仿真联调,测试了系统程序的正确性。（4）构建了输液加温智能监控系统的实验平台,分别验证了红外测温传感器的测量精度、输液温度和输液速度检测与控制的准确性、输液管内气泡检测的效果。实验结果表明:温度传感器测量精度为±0.1℃,输入患者体内的液体温度在35℃～41℃范围内,输液温度控制精度为±0.5℃,满足舒适度要求;可实现0～200ml/min不同档位的药液输出流量,精度为5%;能够有效检测到输液管内大于0.1ml的气泡;同时提供了良好的人机交互界面,声光报警等功能运行安全稳定可靠。

关键词：输液加温;流固耦合;恒温控制;输液速度;气泡检测

学科专业：仪器仪表工程（专业学位）

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外相关研究现状和发展趋势

1.2.1 医用输液加温监控系统研究现状

1.2.2 输液速度监控技术研究现状

1.2.3 输液管内气泡检测技术研究现状

1.3 研究内容及技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究技术路线

1.3.3 论文章节安排

第二章 输液加温理论分析与监控系统总体方案设计

2.1 输液加温理论分析

2.1.1 输液加温传热学理论

2.1.2 输液加温温度场的流固耦合建模与仿真

2.2 输液加温智能监控系统总体方案

2.2.1 输液加温智能监控系统功能指标

2.2.2 输液加温监控方案

2.2.3 输液速度监控方案

2.2.4 输液管内气泡检测方案

2.3 本章小结

第三章 输液加温智能监控系统硬件设计

3.1 输液管内液体温度检测模块设计

3.1.1 红外温度采集传感器

3.1.2 MLX90615单元电路设计

3.2 输液加温与控制模块设计

3.2.1 大流量输液快速加温装置设计

3.2.2 双向晶闸管恒温控制电路设计

3.2.3 小流量输液加温装置设计

3.2.4 小流量输液加温控制电路设计

3.3 输液速度监控模块设计

3.3.1 输液速度检测装置设计

3.3.2 输液速度检测电路设计

3.3.3 步进电机控制输液速度单元设计

3.4 输液管内气泡检测模块设计

3.4.1 输液管内气泡检测装置设计

3.4.2 输液管内气泡检测电路设计

3.5 单片机外围电路与其它模块设计

3.5.1 单片机外围电路设计

3.5.2 电源模块设计

3.5.3 报警电路设计

3.5.4 人机交互模块设计

3.6 本章小结

第四章 输液加温智能监控系统软件设计

4.1 监控软件总体设计

4.1.1 Keil软件开发平台

4.1.2 监控系统软件总体设计流程

4.2 输液加温监控程序设计

4.2.1 输液加温温度检测程序设计

4.2.2 模糊PID与双向晶闸管恒温控制

4.3 输液速度监控程序设计

4.3.1 输液速度检测程序设计

4.3.2 输液速度控制程序设计

4.4 输液管内气泡检测程序设计

4.5 人机交互界面设计

4.6 本章小结

第五章 输液加温智能监控系统实验测试与分析

5.1 输液温度检测控制实验与分析

5.1.1 MLX90615传感器测温实验

5.1.2 输液加温控制实验

5.2 输液速度检测控制实验与分析

5.3 输液管内气泡检测实验与分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 研究工作总结

6.2 创新点

6.3 研究工作展望

参考文献

致谢