沈红科[1]2002年在《基于DSP的尿动力学测定系统的实现》文中研究说明目前，以DSP为核心的数字式系统正在各行各业得到日益广泛的应用。这种系统具有处理精度高、实时性、利于并行处理等优点。从数字技术和信息技术的角度看，DSP系统已成为现代信息网络技术应用的基础技术，已成为现代工控领域的基本技术。使用DSP系统技术，不仅可以实现硬件和软件的优化集成，更主要的是提供了使用“数字基因技术”的基本工具。从计算机和信息网络技术发展的角度看，DSP系统标志着计算机应用进入了“通用元素”化和“数字基因”化发展的新阶段。 当今国内的医疗部门所采用的尿流率测量设备是以单片机(MCS51)为核心的处理系统，对数据的处理能力有限，尤其是在精度要求较高的场合，对信号中迭加的噪声干扰信号的滤除效果较差。主要原因是单片机对数据的处理能力难以达到要求。本文从研究由TI公司研制的，目前在全球范围内广泛应用的TMS320C31数字信号处理芯片(DSP)入手，开发出了一种实时信号处理的硬件系统。该系统主要用于处理尿流率信号的测量。该芯片运行速度高，可达到40Mips，支持并行处理算法，内部为多总线哈佛(Harvard)结构，具有串、并口及DMA通道，开发方便。 尿流串一般是指单位时间内排出的尿液量。它是泌尿外科对患者做尿动力学各参数测量的重要组成部分。尿流率的测量在临床治疗中有助于对患者下尿道病变进行判断，以及对医疗机构所采用的治疗手段的效果进行跟踪比较，并及时做出调整。该系统也可以用于其他实时信号的采集、分析处理，并与计算机(PC)相连，对数据的处理结果进行实时显示。实际测试结果表明，该系统对于处理KHz数量级以内的生物医学信号、自动化控制信号以及音频信号的效果基本达到了预期的设计要求。本文说涉及的主要工作有： (1)开发设计该项目所需的应用电路系统； (2)编写系统的驱动程序以及用MATLAB作算法仿真； (3)设计与编写人机操作界面软件； (4)系统的测试与分析。
袁青[2]2016年在《基于DSP和齿轮泵的尿流率计校准装置的研究》文中提出研究背景尿流率是单位时间内经尿道排出的尿量,通常以毫升每秒作为单位。尿流率的测定是泌尿外科对于排尿功能障碍疾病使用最广泛、极具应用价值的筛查手段,是中华医学会泌尿外科分会推荐的BPH(Benign Prostatic Hyperplasia良性前列腺增生)的必备检查项目,常用于下尿路梗阻患者的初步检测,具有重要的临床应用价值。尿流率测定的设备是尿流率计,目前国内外尚缺少与尿流率计相关的校准规范或检测标准,校准操作主要依靠设备自带的校准程序,但当设备自身传感器出现偏差时,自校准的可信度达不到计量校准的要求,导致尿流率计在临床应用存在较大隐患。国际尿控协会制订的《尿动力学技术规范》(good urodynamic practices, GUP)以及我国《尿动力学检查操作指南(2010版)》(以下简称指南)均要求对尿流率计每周进行一次校准,但推荐方法较为粗糙,仅用烧杯模拟测试方法进行校正,只能粗略估计设备的可靠性,校准方法存在较大误差且未给出详尽的操作细节。尿流率计检测误差较大时,会影响医生对患者储尿和排尿相关症状的判断,进而影响临床诊断的判定和治疗方案的制订,造成严重的临床影响,因此对尿流率计进行科学校准是获得准确尿动力学结果的重要保证,开展相应尿流率计校准研究显得尤为急迫和重要。研究目的本课题的目的是通过研制尿流率计校准装置,从而对尿流率计进行科学校准,将其校准过程细节化,能够通过有效的技术依据来判断尿流率计的应用质量,使尿流率计的校准建立在专业计量器具和定量检测的基础上,使校准过程准确、可靠,为尿流率计的校准提供一种新方法。研究方案本课题的研究方案是：首先根据人体的排尿过程设计一条流率曲线,使设计的曲线包含最大尿流率、排尿量等尿流率曲线的关键信息；然后使尿流率计校准装置精确输出符合该变化规律的水流；最后将校准装置输出的水流作为尿流率计的输入,经尿流率计测量后,比较其输出的尿流率曲线和输入曲线之间的差异,从而对尿流率计进行校准。研究内容和过程通过分析尿流率曲线并结合指南中尿流率的参考值,将尿流率的校准范围设置为9～50ml/s。同时指南指出尿流率分辨率最高为0.5ml/s,最大测量值为50ml/s,则校准装置的误差应小于1%。由于齿轮泵具有每转一圈泵出液体体积恒定的特性,其输出的流量与转速成正比,拟用电机驱动齿轮泵运转从而输出不同的流量。在DSP控制下,由DAC输出高精度电压驱动电机转动,通过改变电机的转速改变齿轮泵输出的流量,使其能够根据设定的转速输出高精度稳定流量的水流。校准装置以DSP为核心,主要由转速控制模块、流量产生模块、数据传输模块以及电源模块构成。在DSP控制下,转速控制模块按照构建的目标流率曲线输出对应的高精度电压至流量产生模块,使电机驱动齿轮泵带动水流运转,从而产生符合目标流率曲线变化规律的水流。电机的反馈脉冲信号直接送入处理器的IO引脚,经计算处理后通过数据传输模块传送至PC进行分析。微处理器选用TI公司的DSP和ARM双核微处理器OMAPL138,主要控制DAC输出高精度电压,通过串口实现DSP和PC的通讯,同时对电机的反馈脉冲进行计算处理,满足校准系统对数据的采集精度、传输的时效性以及数据处理能力方面的要求。流量产生模块选用意大利Fluid-o-Tech公司的FG213齿轮泵一体机,齿轮泵每转一圈泵出液体为0.9m1,当控制电压为0.3-5V,转速范围为300-5000RPM,此时对应理论流率为4.5-52.5mL/s,满足9～50mL/s的尿流率校准范围,同时可反馈输出0-5V直流电压脉冲信号供DSP计算电机的实时转速。数模转换器选用AD公司的AD5060,参考电压由基准源芯片ADR444BRZ提供,可输出0-4.096V的精确电压,通过采用16位的DA芯片对电机的控制电压精度进行控制,从而使校准装置对尿流率的分辨率小于0.5m1/s。校准装置的软件设计主要包括脉冲采集模块、DAC输出电压模块、计算处理模块以及串口通讯模块。其中DAC输出电压模块按照预设曲线输出控制电压至电机,齿轮泵开始运转,此时脉冲采集模块采集送入DSP IO管脚的电机反馈脉冲,用于计算处理模块计算其对应的流率值以及积分值,最后串口通讯模块将处理后的数据传送至PC,用于实验结果的比较。测试实验(1)尿流率计校准装置作为校准工具应满足以下条件：首先在同一条件下,装置产生的流量是稳定的；其次相同条件下,重复测试多次,其结果无明显差异；最后通过改变条件,系统可产生不同速率的水流。以DSP为核心,由DAC,齿轮泵一体机等器件构建流量测试系统,验证叁者协同工作使系统产生稳定的、重复测量精度高、不同速率水流的能力,对方案可行性的叁个方面进行分析。(2)依据《尿动力学检查操作指南(2010版)》和相关文献,设计一条符合人体排尿过程的流率曲线,根据尿流率曲线中包含的关键信息,取尿流率与时间的对应点用MATLAB软件进行尿流率目标曲线的拟合,最后根据相关关系式,换算成DA转换器需要输出的电压与时间的关系曲线,比较DAC理论与实际输出的电压曲线是否具有差异。(3)DAC将设计的电压曲线输出至齿轮泵一体机,然后对串口接收到的数据进行处理,用MATLAB软件画出实际以及理论的尿流率曲线图,并计算两者的最大尿流率,排尿量以及各自与理论值的偏差,多次测量进行观察,比较实际与理论流率曲线的差异。(4)利用校准装置对LABORIE和MMS两台尿流率计进行临床实验,每次实验包括直线校准和曲线校准两个部分。直线校准是指给定一个电压,使校准装置输出稳定的水流并对尿流率计进行测量,观察两者输出的流率曲线是否具有相似的变化规律,并判断总流量、流率时间以及平均流率指标的准确性。曲线校准是指按照设计的流率曲线对尿流率计进行测量,检测其输出的尿流率曲线是否符合预期的变化规律,并判断最大尿流率、排尿量、达峰时间等指标的准确性。结果与讨论(1)由验证实验可知,研究方案构建的校准系统可产生稳定的、重复精度高、不同速率的水流,同时系统误差小于1%,可校准具有临床意义的9～50ml/s范围内的尿流率,说明测试系统用于构建尿流率计校准装置的方案是可行的。(2)用示波器观察DAC的实际输出电压曲线,用MATLAB软件拟合出理论的电压输出曲线,观察可知DAC的实际和理论输出电压曲线形态一致,曲线持续时间相等,最高点电压相等,达最高电压点时对应时间相等,故DAC的理论输出电压曲线与实际输出电压曲线具有一致性。(3)由实验结果可知,实际的流率输出曲线与理论曲线变化趋势一致,经过多次重复测量,实际最大尿流率和排尿量与理论值相近,最大尿流率的最大误差为0.40%,排尿量的最大误差为0.90%,均不超过1%的误差范围,说明曲线设计合理,校准装置可稳定输出该变化形式的水流。(4)由实验结果可知,由于校准装置出水口的落点、高度对尿流率计称重系统的冲击、尿流率计检测到尿流开始存在延迟等各种因素影响,使得尿流时间、达峰时间以及平均流率不可控,存在误差偏大现象。但本文设计的模拟人体排尿过程的校准方法可以检测出尿流率的变化规律,并对尿流率曲线中最具参考价值的最大尿流率以及排尿量进行校准,说明校准方法与装置达到了设计要求。通过对尿流率计的最大尿流率和排尿量进行测量并判断误差范围,可知LABORIE尿流率计处于质量失控状态,MMS尿流率计性能良好,能通过有效的技术依据判断尿流率计的应用质量,系统稳定可靠。研究不足与展望首先系统的集成度还不够高,体积笨重,不易搬动。特别是齿轮泵部分,为了防止电机在运转过程中由于振动对校准实验产生影响,将电机固定在一块厚重的电木板上,使得校准装置整体不易搬动,装置的便携性有待提高。其次由于时间仓促以及实验条件所限,装置的校准实验只涉及到了称重式尿流率计,在后续实验中应该扩大实验的范围,进一步提高装置的适用性。第叁,设计的校准装置采用了PC机,数据分析采用了MATLAB方式,在实际使用中有些过于笨重,在后续开发中可以直接采用嵌入式系统方式来实现,从而提高装置的适用性。第四,校准装置中齿轮泵输出的流量没有经过任何处理,可能会有脉动等现象,对实验结果产生一定的影响,故后期需对校准装置出水口进行稳压处理。
姬军, 袁青, 王莉新, 高佳硕, 肖宏[3]2016年在《基于数字信号处理和齿轮泵的称重式尿流率计校准装置设计及临床应用分析》文中进行了进一步梳理目的:研究基于数字信号处理(DSP)和齿轮泵的称重式尿流率计校准装置在临床应用中的可行性。方法:以DSP和齿轮泵为主体设计尿流率计校准装置,选用加拿大LABORIE的94-R01-BT尿流率计和荷兰MMS的PE10尿流率计,分别对尿流率计校准装置进行直线校准和曲线较准,比较其输出结果与尿流率计输出结果的一致性。结果:LABORIE尿流率计输出结果与校准装置相差较大,MMS尿流率计输出结果与校准装置相符。结论:所设计的尿流率计校准装置达到设计要求,可以应用于临床对尿流率计进行校准。
袁青, 姬军, 高佳硕, 王莉新, 肖宏[4]2016年在《基于数字信号处理器和齿轮泵的尿流率计校准装置的可行性研究》文中提出尿流率计质量失控会对临床应用造成隐患,现提出一种基于数字信号处理器(DSP)和齿轮泵的尿流率计校准装置的设计方案并研究其可行性。根据研究方案,由DSP和齿轮泵等器件构建流量测试系统并进行实验,分析系统的稳定性、重复性和线性度。测试实验结果表明,该系统可产生稳定的、重复测量精度高、不同速率的水流,同时可校准具有临床意义的9~50mL/s范围内的尿流率,系统流量误差小于1%,符合校准装置的技术要求,说明基于DSP和齿轮泵的尿流率计校准装置的研究方案是可行的。
姬军, 尹琳琳, 王莉新, 高佳硕, 肖宏[5]2017年在《一种基于数字信号处理器和齿轮泵的尿流率计校准装置》文中认为目的研究基于数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)和齿轮泵的尿流率计校准装置。方法采用电压控制齿轮泵输出标准流量水流。装置以DSP为核心,在DSP的控制下,让DA转换器输出高精度控制电压至电机,电机驱动齿轮泵带动水流运转。首先给定一个固定电压,检查装置能否输出稳定的水流,其次,拟合出标准的尿流率曲线,观察装置能否根据此流率曲线输出可变流率的水流。结果利用设计的装置对荷兰MMS尿流率计进行校准,结果显示MMS尿流率计输出的尿流率曲线结果与校准装置拟合出的曲线结果其变化规律相符,最大流率、流量误差均不超过5%,能够实现对尿流率计的校准。结论利用DSP和齿轮泵为主体构建尿流率计校准装置是可行的,满足校准尿流率计所需测量范围和分辨率的要求。
王宇超[6]2008年在《船舶自动舵故障诊断系统设计与实现》文中提出船舶自动操舵仪又称自动舵,用来保持船舶在给定航向或航迹上航行,是船舶操纵的关键设备。船舶自动舵尚没有专用的故障诊断系统,当前的维修方法不能满足快速保障和应急保障的需要。本文结合某型自动舵微机通道故障诊断科研项目,重点论述某型自动舵数字控制系统的故障诊断设计与实现,研究了基于模糊推理的船舶自动舵故障诊断专家系统和基于支持向量机的船舶自动舵模拟电路故障诊断方法。对某型自动舵充分调研,在了解系统软、硬件的总体技术要求和指标的基础上,建立检测对象的数学模型和物理模型。确定故障检测的对象特点,为系统故障仿真、参数辨识做好准备,并为后续的故障检测、诊断方法研究提供了参考。结合某型自动舵数字控制系统实际情况,确定其故障诊断系统采用分层递阶结构。系统底层为基于嵌入式微处理器的信号检测单元,负责获取微机通道的总线控制权以及信号预处理;系统中间层为通讯子系统,负责对底层多个检测单元信息集中传送;系统顶层为故障诊断和显示子系统,负责对微机通道的信息进行综合评价,得出最终诊断结论。船舶自动舵系统结构繁杂,很多故障很难用精确的公式将它表示出来,提出了基于模糊推理的船舶自动舵故障诊断专家系统,提高了自动舵故障诊断准确性。该系统将模糊数学、模糊诊断原理及专家经验相结合,采用模糊产生式知识表示法,确定模糊关系矩阵及语义距离,设计相关硬件平台,实现了船舶自动舵故障诊断模糊专家系统的各个功能模块。为解决船舶自动舵模拟电路故障诊断复杂多样难于辨识的问题,提出了基于支持向量机的故障诊断方法。该方法通过电路仿真分析,给出了各故障模式下电压频率响应,提取具有代表性的故障特征,建立了以支持向量机为基础的模拟电路故障诊断模型。实验结果证明,该方法可有效诊断模拟电路中的元件故障,且对于元件容差引起的故障诊断模型的不确定性具有较强的鲁棒性,满足非线性电路的故障诊断要求。
参考文献：
[1]. 基于DSP的尿动力学测定系统的实现[D]. 沈红科. 电子科技大学. 2002
[2]. 基于DSP和齿轮泵的尿流率计校准装置的研究[D]. 袁青. 南方医科大学. 2016
[3]. 基于数字信号处理和齿轮泵的称重式尿流率计校准装置设计及临床应用分析[J]. 姬军, 袁青, 王莉新, 高佳硕, 肖宏. 中国医学装备. 2016
[4]. 基于数字信号处理器和齿轮泵的尿流率计校准装置的可行性研究[J]. 袁青, 姬军, 高佳硕, 王莉新, 肖宏. 生物医学工程学杂志. 2016
[5]. 一种基于数字信号处理器和齿轮泵的尿流率计校准装置[J]. 姬军, 尹琳琳, 王莉新, 高佳硕, 肖宏. 中国医疗设备. 2017
[6]. 船舶自动舵故障诊断系统设计与实现[D]. 王宇超. 哈尔滨工程大学. 2008
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