基于ARM7与DSP2407A的智能腹膜透析仪（家用版）系统研究与实现

摘要

肾衰竭是一种严重影响人们生命安全的常见病。在治疗肾衰竭的方式中,腹膜透析是其中一种便捷有效的方式,它的基本工作原理是将腹膜透析液灌入腹腔中,利用患者腹腔为半透膜的特性,使血液与腹膜透析液进行物质交换,把营养物质输入体内并把体内的毒素排出。现阶段,尿毒症患者基本上在医院接受腹膜透析治疗,不仅治疗费高,而且患者需要经常往返于医院和家庭,给很多患者带来了车马劳顿之苦。 随着嵌入式技术的成熟以及在社会各个领域中的广泛应用,本文基于功能强大的ARM7和DSP C2000系列微处理器及嵌入式实时操作系统uC/OS-II设计了一款便捷、智能的腹膜透析仪,其主要面向患者家庭使用。此款透析仪的成功研制降低了患者透析的成本、方便了患者的治疗、提高了透析的效果。 本文首先对腹膜透析的基本原理和现阶段的腹膜透析方式进行了介绍,同时也介绍了本课题涉及的家用版智能腹膜透析仪的功能特征：基本透析功能、特殊远程医疗功能和安全功能等。然后介绍了腹膜透析仪(家用版)的硬件系统,包括基于ARM7系列微控制器LPC2138的主控制系统和基于DSP2407A的阀门控制系统。在基于ARM7微控制器的主控制系统部分主要讲述了LPC2138的特点、基于LPC2138的嵌入式开发板的设计、嵌入式实时操作系统uC/OS-II在ARM7上的移植以及整个主控制系统的结构设计等：在阀门控制系统中,详细介绍了DSP控制芯片TMS320LF2407A的性能特征,尤其是事件管理模块EVA和EVB,然后介绍了DSP2407A开发板的设计以及基于此开发板的阀门控制系统结构设计。最后,介绍了主控制系统和阀门控制系统的相关软件设计思想以及控制算法等。 在撰写本文时,作者已经完成了智能腹膜透析仪(家用版)的硬件设计和软件设计,样机已经交付给相关厂商进行测试。以往的试验测试和模拟测试都表明该系统已经达到了预期的研究目标。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1透析方式介绍

1.1.1血液透析

1.1.2腹膜透析

1.1.3肾脏移植

1.2腹膜透析的现状

1.3开发智能腹膜透析仪(家用版)的必要性

1.4论文的关键技术

1.5内容安排

第二章智能腹膜透析仪(家用版)的结构和功能

2.1腹膜透析的基本原理

2.2智能腹膜透析仪(家用版)的基本结构

2.3智能腹膜透析仪(家用版)的功能

2.3.1基本透析功能

2.3.2远程医疗功能

2.3.3安全功能

2.4本章小结

第三章基于ARM7与uC/OS-Ⅱ的主控制系统设计

3.1 ARM微处理器

3.1.1 LPC2138特征描述

3.1.2.ARM7系统开发板的设计

3.2嵌入式操作系统

3.2.1嵌入式操作系统选型

3.2.2嵌入式实时操作系统uC/OS-Ⅱ

3.2.3 uC/OS-Ⅱ在ARM上的移植

3.2.4嵌入式软件开发环境

3.3 ARM7主控制系统结构

3.3.1 LCD驱动电路和键盘电路设计

3.3.2继电器控制加热膜电路设计

3.3.3称重传感器电路设计

3.3.4温度采集电路设计

3.3.5 modem通讯电路设计

3.4本章小结

第四章基于DSP2407A的阀门控制系统

4.1微处理器DSP TMS320LF2407A

4.1.1TMS320LF2407A概述

4.1.2事件管理器模块及PWM的生成原理

4.1.3 DSP系统开发板设计

4.1.4编译环境和程序调试简介

4.2 DSP阀门控制系统结构

4.2.1阀门结构简介

4.2.2步进电机控制原理

4.2.3红外对射传感器及工作原理

4.3本章小结

第五章软件系统设计以及控制算法

5.1基于有限状态机的系统设计

5.1.1 menu系统的实现

5.1.2 mech跳转系统的实现

5.1.3 menu状态和mech状态的同步

5.2基于uC/OS-Ⅱ和面向对象程序设计的主控制系统多任务设计

5.2.1 uC/OS-Ⅱ的多任务调度机制

5.2.2面向对象程序设计(OOP)

5.2.3主控制系统的多任务设计

5.3基于“S曲线加减速”算法的阀门控制系统软件设计

5.3.1“S曲线加减速”算法的原理

5.3.2“S形加减速曲线”在DSP 2407A中的实现

5.4基于增量式PID的温度控制算法

5.4.1从位置PID控制到增量式PID控制

5.4.2温度增量式PID控制算法的软件实现和实际效果

5.5本章小结

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢