控制系统的设计与实现

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1、分类号密级UDC编号中国科学院研究生院硕士学位论文麻醉机新鲜气体供应流量控制系统的设计与实现指导教师xx申请学位级别工程硕士学科专业名称控制工程论文提交日期论文答辩日期培养单位中国科学院研究生院计算与通信工程学院学位授予单位中国科学院研究生院答辩委员会主席独创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国科学院研究生院或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料

2、。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。签名：__________日期：_____关于学位论文使用授权的说明本人完全了解中国科学院研究生院有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的,复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容。（涉密的学位论文在解密后应遵守此规定）签名

3、：_______________导师签名：_______________日期：_______________摘要摘要麻醉机是医院进行手术时用作全身麻醉的工具。新鲜气体供应装置（俗称流量计）是麻醉机关键部件之一，负责提供一定流量和氧浓度的新鲜气体。目前，绝大多数国产麻醉机配备的是浮子流量计。这种流量计存在以下缺点：量程小，范围为0.1L/min~10L/min；测量精度低，误差为±10%；使用不方便，需要手动调节机械旋钮来调节流量；流量受外界环境影响较大；不能实现流量值自动记录；无法满足按需麻醉、动态流量设定等现代化麻醉技

4、术的要求。针对上述问题，本文论述了一种麻醉机新鲜气体供应流量控制系统（俗称电子流量计）的设计与实现。文章首先分析了各种常见的气体流量测量方法的优缺点，确定以SDP1108-R配以差压装置作为流量测量方案。流量控制器件选取Parker公司VSO系列的比例阀，使用DAC（DigitaltoAnalogConverter）控制恒流的驱动方式，采用增量式数字PID（ProportionIntegralDerivative）控制算法，实现流量控制。系统的核心模块由微控制器C8051F040外扩铁电存储器FM1608组成。软件分为三

5、个层次：底层为操作系统uC/OS-II；中间为硬件抽象层，该层借助于底层的服务，采用面向对象的思想，将各硬件模块分别抽象成电压监控器、气压计、气源监控器、氧浓度计、比例阀、开关阀、异步串行通信器等类；最上层为应用层，各种对象在操作系统的支持下，相互协作完成了流量测量、流量控制、命令服务、状态检测与管理等应用。可靠性设计上：在系统层面，采用增加备用转子流量计、监测心跳信号、监测气源气压、监测氧浓度等措施；在硬件层面上针对各个功能模块增加相应的保护或监控电路；在软件层面上采取检查程序运行环境、检查比例阀和开关阀的状态、检查两

6、路气体流量关系、串口通信验证等措施。使用基于LabVIEW（LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench）开发的专用测试平台对系统进行验证测试。结果表明：电子流量计量程达到0.05L/min~20L/min；测量误差小于±5%；最大响应时间小于3秒；流量控制稳定；可以检测出各种常见的异常，并能采取应急措施；能提供实时流量值；接受流量控制命令实现按需麻醉、动态流量设定等技术，这大大降低了麻醉剂的使用，在降低了使用成本的同时减少了环境污染。关键词：uC/OS-II，电子流量计

7、，气体流量测量，数字PID控制器，可靠性IAbstractAbstractAnesthesiamachineservesasgeneralanesthesiawhendoctorsarehavinganoperationinthehospital.Freshgasdeliveryunitisacriticalcomponentofanesthesiamachine,anditisinchargeofprovidingfreshaironacertainflowandoxygenconcentration.Atpresen

8、t,mostdomesticanesthesiamachinesareequippedwithfloatmeter.Thisflowmeterhasthefollowingshortcomings,asmallmeasuringrange:rangefrom0.1L/minto10L/min;alowmeasurin