基于遠(yuǎn)程數(shù)字傳輸技術(shù)的智能家用呼吸機(jī)的研制.pdf

1、科學(xué)的進(jìn)步帶動(dòng)了工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，然而卻給我們的大氣環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的污染，各種呼吸疾病發(fā)生率日益提高，對(duì)人類健康造成嚴(yán)重威脅。呼吸機(jī)作為治療呼吸疾病的重要醫(yī)療支持設(shè)備，其重要性不言而喻，特別是持續(xù)正壓通氣呼吸機(jī)，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(jiǎn)稱OSAHS)的首選方法。
　　雖然我國(guó)已經(jīng)制定了一些呼吸支持設(shè)備的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但由于國(guó)內(nèi)關(guān)于呼吸

2、機(jī)的研究起步較晚，與西方發(fā)達(dá)國(guó)家仍有相當(dāng)大的一段差距，尤其是在家用呼吸機(jī)的研究與開(kāi)發(fā)方面。因此，本課題根據(jù)呼吸機(jī)的國(guó)際國(guó)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，參考國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有家用呼吸機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與功能特點(diǎn)，以嵌入式微控制器為核心，結(jié)合現(xiàn)代電子測(cè)量技術(shù)、智能控制技術(shù)、工程流體力學(xué)、呼吸力學(xué)等多學(xué)科知識(shí)，設(shè)計(jì)了一款可對(duì)患者治療情況進(jìn)行在線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的智能家用呼吸機(jī)。
　　本文首先介紹了家用呼吸機(jī)的發(fā)展歷史、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和本課題研究意義，分析了呼吸機(jī)的工作原理和運(yùn)

3、行過(guò)程，詳述了呼吸機(jī)工作模式和基本參數(shù)調(diào)節(jié)方法，并參考相關(guān)國(guó)際國(guó)內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，確定了本設(shè)計(jì)呼吸機(jī)的設(shè)計(jì)指標(biāo)和要求。為實(shí)現(xiàn)呼吸治療數(shù)據(jù)長(zhǎng)時(shí)間有效存儲(chǔ)，方便病情分析和治療策略的調(diào)整，本文為呼吸機(jī)配備了SD卡、USB等大容量存儲(chǔ)接口。此外，本文還設(shè)計(jì)了很多通信接口，可以使用USART和Bluetooth等接口進(jìn)行短程通信和數(shù)據(jù)傳輸，使用以太網(wǎng)傳輸實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
　　根據(jù)相關(guān)國(guó)際國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)和呼吸機(jī)設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，本文在自適應(yīng)諧振神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上

4、，設(shè)計(jì)了兩層人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型，提出了相應(yīng)的ANN算法，使得呼吸機(jī)具備了自主學(xué)習(xí)能力，可以根據(jù)不同患者情況確定不同的治療方案，并通過(guò)串級(jí)PID控制實(shí)現(xiàn)了壓力等參數(shù)的精確控制，給患者提供了更舒適的呼吸體驗(yàn)和更好的治療效果。
　　在對(duì)呼吸機(jī)的功能需求和相應(yīng)算法結(jié)構(gòu)深入了解的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)出了智能家用呼吸機(jī)的總體硬件結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)以嵌入式微控制器為核心，主要功能模塊包括無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)及保護(hù)模塊、流量和壓力測(cè)量控制模塊、濕化器功能模塊

5、、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸模塊和人機(jī)交互模塊等。并根據(jù)相應(yīng)的硬件結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)軟件架構(gòu)。考慮到呼吸機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能眾多，本文采用了嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ，通過(guò)任務(wù)調(diào)度的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)任務(wù)之間的相互配合和有序運(yùn)轉(zhuǎn)。主體任務(wù)主要包括按鍵掃描與檢測(cè)、液晶顯示與更新、流量和壓力的測(cè)量與控制、以太網(wǎng)通信、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸以及軟件抗干擾措施等。
　　最后，為驗(yàn)證設(shè)計(jì)出來(lái)的智能呼吸機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)和系統(tǒng)功能是否符合相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求，本文對(duì)