早产儿智能水床控制系统研究

摘要

如今的早产儿医学护理领域，大部分控制系统自动化程度低，存在护理人员技术不娴熟、护理设备自我调节性以及实时性差等问题，这些问题的存在，严重的会直接危及早产儿的生命安全。随着先进控制理论和嵌入式处理器技术的发展，利用嵌入式处理器功耗低、体积小及专用性强等优点，实现先进控制理论在早产儿智能护理系统中的运用，提高其自动化水平具有良好的发展前景。
　　本文在对早产儿智能水床系统进行深入分析的基础上，以水床温度作为被控对象，将Smith预估器和模糊控制与常规PID算法有效结合起来，设计了一种新型的智能控制器。本设计中的Smith预估器可对控制系统温度时滞问题作出补偿，结合模糊自适应PID控制可实现对参数的自整定。将此新型控制器运用到早产儿智能水床控制系统中，并在MATLAB软件上对整个控制系统进行了仿真，验证了此新型控制器的可行性以及控制效果的优越性。通过对早产儿智能水床建立三维立体模型，在网格划分软件ICEM上进行网格划分，导入计算流体力学FLUENT软件中进行数值模拟，得到满足我们设定要求的两种振动模式下的流速，进而选择两种工作模式的电机。利用摄像头捕获早产儿的生命状态，并在远程客户端进行检测，保障了早产儿的生命安全。
　　早产儿智能水床控制器的硬件系统和软件系统是在嵌入式 Linux平台上进行开发的，硬件系统基于32位低功耗ARM9微处理器S3C2440A，并根据早产儿智能水床的具体要求设计了相关硬件电路。在硬件控制系统基础上进行了软件开发，实现了对早产儿水床温度以及定时振动的检测、处理与控制，并且实现了对早产儿生命状态的实时观测。早产儿智能水床控制软件部分有三个设计内容：温度控制程序、定时振动程序以及监控程序，软件开发主要完成驱动程序和应用程序设计两部分，其中应用程序是利用QT/Embedded软件开发的，开发了温度控制系统、定时振动系统两种工作模式下的图形用户界面以及远程视频监控界面。
　　系统调试表明本文设计的基于ARM平台的早产儿水床控制系统完成了对水床的智能控制，达到了预期的设计目标。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外发展现状

1.3 本文主要研究内容和论文结构

第2章 早产儿水床系统分析

2.1 早产儿智能水床系统简介

2.2 早产儿智能水床恒温控制系统分析

2.3 早产儿智能水床定时振动系统分析

2.4 本章小结

第3章 早产儿智能水床控制系统仿真

3.1 基于智能控制器的早产儿水床温度控制系统仿真

3.2 早产儿智能水床仿真

3.3 本章小结

第4章 早产儿智能水床原理样机的研制

4.1 早产儿智能水床控制系统的总体设计方案

4.2 早产儿智能水床硬件系统设计

4.3 基于嵌入式Linux的早产儿智能水床控制系统软件开发

4.4 本章小结

第5章 系统调试

5.1 早产儿智能水床控制系统搭建

5.2 早产儿智能水床控制系统调试

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 论文研究工作总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及学术成果

致谢