呼吸机开发&stm32_III

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由于开环控制的输出容易受外界因素干扰，而闭环控制抗干扰能力较强，
输出稳定可靠，现代呼吸机大多采用闭环控制策略。随着呼吸机研究的不断深
入，采用闭环控制策略的呼吸机逐步出现了多种控制方式，常见的有定点和自
动定点设置控制、自适应控制和神经网络控制等。
(1)定点设置控制:现代呼吸机中大部分产品都具有定点设置控制的功能，
采用该控制方式的呼吸机简单地把呼吸机的输出压力和设定压力进行比较，并
调整输出压力至设定值，从而实现通气目标。

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(2)自动定点设置控制:该控制方式是对定点控制方式的改进。采用该控制
体系的呼吸机不断检测患者的呼吸状态，并根据预先设定的优先级调整吸气相
和呼气相的切换方法。常见切换方法有时间切换、容量切换和压力切换，采用
自动定点设置控制体系的呼吸机根据患者的当前呼吸状态和历史呼吸状态，预
测出最优的吸气相和呼气相切换方法，并自动切换。

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只看该作者 · 2018-10-10 12:48

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2.4家用呼吸机主要功能要求
参考国内外市场上家用呼吸机的技术现状，以及本文中家用呼吸机的技术
特点，本文中家用呼吸机的主要功能如下:
(1)持续正压功能。输出压力范围4}20cmH20，允许误差士O.ScmH20。当
患者呼吸动作对输出压力造成扰动时，能迅速调节风机转速以保证输出压力稳
定。
(2)人机同步和主动压力释放功能。压力释放范围1 }ScmH20。通过呼吸触
发识别患者呼吸动作，在呼气开始时，自动降低输出压力，减小患者呼气做功。
呼气结束时，输出压力自动恢复为正常治疗压力。
(3)漏气补偿功能。治疗压力l OcmHzO时，推荐漏气量15}30L/min，根据
漏气量自动提高输出压力对面罩处压力进行漏气补偿。
(4)呼吸暂停检测功能。检测到10秒内无呼吸动作时，自动提高输出压力。
(5)低通气检测功能。吸气潮气量小于正常值50%或吸气波形异常时，自动
提高输出压力。
(6)报警功能。当漏气量超过70L/min或者治疗过程中呼吸机意外断电时，
蜂鸣器报警。
(7)图形界面显示功能。通过4.3寸触摸屏进行人机交互，可查看和修改治
疗参数。
(g)数据存储功能。保存60天的历史治疗数据，可查看历史治疗压力、流
量、潮气量、低通气和呼吸暂停等数据。
(9)远程医疗功能。通过Wi-Fi自动配置功能连接互联网，患者可以通过手
机客户端查看并修改呼吸机治疗参数，查看历史治疗数据，控制呼吸机启动和
停止:医疗专家可通过互联网直接连接呼吸机，获取治疗数据、进行远程诊断
和修改治疗参数。

只看该作者 · 2018-10-10 12:49

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远程医疗核心的结构如图3-2所示。远程医疗核心与实时控制核心通过SPI
接口通信，获取压力和流量等数据。触摸屏是人机交互的接口，患者可以通过
触摸屏调节治疗参数，并查看实时压力、流量数据。患者的治疗数据存储在
SQLite数据库中，患者通过手机客户端可配置家用呼吸机自动连接Wi-Fi网络，
获取SQLite数据库中当前和历史治疗数据，设置家用呼吸机的工作模式、治疗
压力等参数。家用呼吸机连接Wi-Fi网络后，会将患者治疗数据自动同步到远
程医疗服务器。医疗专家可以通过互联网直接连接家用呼吸机，根据患者治疗
数据进行远程诊断、修改治疗方案并下载到家用呼吸机中。当家用呼吸机的运
行环境没有Wi-Fi网络时，呼吸机工作在离线模式，患者治疗数据记录在数据
库中，呼吸机再次连接到Wi-Fi网络时可继续查看和管理治疗数据。

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3.2主要电路模块设计
3.2.1微控制器模块
本系统微控制器采用ST公司生产的STM32F407ZET6。该微控制器基于
ARM Cortex-M4内核，总线宽度32位，主频最高可达168MHz，运算能力达到
I .25DMIPS/MHz o
3.2.1.1压力和流量测蛋模块
压力测量模块是家用呼吸机实时控制核心的关键模块之一。持续正压控制
是家用呼吸机的基本功能，自动压力调节是一个闭环控制过程，其反馈量是风
机输出的压力，快速准确的压力检测是实现自动压力调节的基础。本系统使用
Honeywell公司生产的SSC系列传感器进行压力和流量测量。
家用呼吸机在不同海拔高度运行时，需产生以当地大气压为基准的持续正
压，本系统压力测量模块采用表压传感器SSCMANVOI ONG2A5，量程为
0}25.4cmHz0。

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3.2.2微处理器模块
本系统采用三星电子公司生产的基于ARM926EJS内核微处理器S3C2416o
S3C2416非常适合低成本和低功耗应用}z}，它集成了内存管理单元(MMU ),
独立的16KB指令Cache和16KB数据Cache o
3.2.2.1 U5B和Wi-Fi模块
S3C2416集成了支持USB1.1协议的USB Host控制器和支持USB2.0协议
的USB Device控制器。USB Host需要为外接设备提供SV电源，为了防止外接
设备短路造成系统电源损坏，在SV电源和USB A型接口之间串接SOOmA保险
丝。采用瞬态抑制二极管PRTRSVOU2X对S3C2416的10引脚进行ESD保护。

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本系统采用USB Wi-Fi模块MT7601连接Wi-Fi网络，它支持混杂模式，
可以在未连接任何Wi-Fi网络时监听周围所有Wi-Fi数据，这是实现Wi-Fi网络
自动配置的基础。本系统采用集成天线的MT760I模块，直接把该模块连接在
系统的USB Host接口上。

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第四章家用呼吸机控制算法
4.1数字滤波技术
滤波器的功能是根据有效信号和噪声的不同特征，减弱或消除噪声对有效
信号的干扰[29]0滤波器包括数字滤波器和模拟滤波器两种。数字滤波器的输入
和输出是离散时间序列[30]，通过软件对输入序列进行滤波处理，提取有效频率
范围的分量，滤除无效频率范围的噪声。与模拟滤波器相比，数字滤波器的优
点是可靠性、精度和灵活性较高，还可以实现数字化波形存储。
4.1.1低通滤波器简介
人体呼吸频率正常范围是1620次每分钟[fail，为了滤除呼吸流量信号中的
干扰，使用数字低通滤波器滤除高频信号。理想的低通滤波器可实现通带内无
失真的传输，即常值幅频和线性相频;通带外幅值保持为零值。它的幅频特性飞
曲线是矩形，其幅频特性为:

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1万 · 2018-10-10 12:54

现在这个系统是免费的吗