【摘要】：飛行員罹患阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征(Obstructive Sleep Apnea Syndrome,OSAS)會嚴重影響飛行操作能力,對航空安全造成威脅。呼吸機能夠有效完成OSAS的監(jiān)測、預防與治療任務(wù)。目前國內(nèi)呼吸機,尤其是高端智能呼吸機的研發(fā)工作尚處于起步階段。本文基于呼吸機研發(fā)項目,為智能呼吸機的實現(xiàn)設(shè)計了一種控制電路與氣路結(jié)構(gòu),并提供了一種無位置傳感器的風機控制方案。以功能要求為導向,以功能模塊為單位,綜合安全性、電磁兼容性、散熱性、可測試性與成本等因素,設(shè)計了以STM32F405為核心的呼吸機控制電路。提出了包括參數(shù)測量氣路、醫(yī)療波紋管和面罩在內(nèi)的完整氣路設(shè)計方案。在參數(shù)測量模塊,采用壓差傳感器配合多孔節(jié)流裝置代替一體式流量傳感器對氣路參數(shù)進行測量。通過有限元數(shù)值模擬驗證了參數(shù)測量氣路設(shè)計的合理性并通過實驗標定出壓差與流量轉(zhuǎn)換公式。該設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單,原理正確。針對呼吸機應(yīng)用環(huán)境提出了風機的選型方案,采用基于Luenberger觀測器的磁場定向控制伺服調(diào)速模型對選定風機進行控制研究,并通過Simulink仿真獲得了PID先驗參數(shù)。在設(shè)計的電路中完成了風機控制程序的實現(xiàn),采用開環(huán)啟動方法實現(xiàn)了電機無位置傳感器自啟動,克服了Luenberger觀測器在低速環(huán)境下不可靠的缺陷。實驗結(jié)果表明,呼吸機控制電路電氣連通性完好,電源設(shè)計合理,外設(shè)驅(qū)動成功,能夠長時間穩(wěn)定工作;節(jié)流氣路流量測量結(jié)果符合預期設(shè)計,能夠滿足測量精度;風機控制方案具有壓力調(diào)節(jié)速度快,穩(wěn)定風壓波動小的特點,能夠滿足風機控制的工程指標。
【圖文】：

第二章 呼吸機控制電路設(shè)計呼吸機控制電路是呼吸機工作的大腦，不僅負責處理各類人機交互信息，監(jiān)控機體運行狀態(tài)，而且是驅(qū)動電機工作、運行呼吸機核心算法的硬件基礎(chǔ)。一個設(shè)計良好的控制電路是實現(xiàn)呼吸機功能與性能需求的前提。2.1 控制電路功能模塊分解及其交互根據(jù)呼吸機的功能需求，本文將呼吸控制電路劃分為七大模塊，并繪制了如圖 2-1所示的功能模塊分解圖。七大模塊包括電源模塊、中央處理模塊、人機交互模塊、傳感模塊、電機接口模塊、故障告警模塊和通訊模塊。每個模塊之間相互影響，共同作用，使呼吸機工作在安全、高效、穩(wěn)定的狀態(tài)。

圖 2-2 電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)整體框圖2.2 控制電路詳細設(shè)計上節(jié)介紹了控制電路功能模塊的劃分，本節(jié)將詳細介紹各功能模塊的具體實現(xiàn)。實現(xiàn)過程以設(shè)計需求為指標，綜合考量了安全性、電磁兼容性、散熱性、可測試性與成本等因素。2.2.1 電源模塊設(shè)計電源模塊主要使用的電壓有：24V、15V、5V 與 3.3V。24V 電壓源由恒壓 24V、限流 2A 的直流電源適配器提供，作為控制電路電源模塊的一級接入電源，同時作為電機直流母線電壓為永磁同步電機運轉(zhuǎn)供電。15V 電壓由三端穩(wěn)壓管 L7815CD2T 芯片提供，它是一種常用的線性穩(wěn)壓器，輸出固定 15V 電壓的同時可以支持最大 1.5A 的穩(wěn)定電流輸出，在 20V~26V 輸入電壓范圍內(nèi)
【學位授予單位】：中國民航大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH772

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本文編號：2628624