畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目：輸液管路加熱裝置——溫度控 制軟件設(shè)計(jì)學(xué)院專業(yè)年級學(xué)生姓名學(xué)號指導(dǎo)教師職稱設(shè)計(jì)地點(diǎn)日期輸液管路加熱裝置——溫度控 制軟件設(shè)計(jì)中文摘要：目前，國內(nèi)外所使用的輸液管路加熱裝置通常由控制部分、可控加熱部件、檢測溫度傳感器組及保護(hù)電路這四個部分組成。機(jī)器在使用中，溫度控制的目的是則為透析治療用的透析液提供持續(xù)、穩(wěn)定的，符合人體生理指標(biāo)(37℃)的溫度。實(shí)現(xiàn)的方法從原理上較簡單，僅需通過一個雙反饋循環(huán)即可完成：加熱器上的溫度傳感器測得溫度信號，通過溫度采集電路傳輸?shù)娇刂齐娐?，控制電路再發(fā)出指令調(diào)節(jié)加熱部件，這構(gòu)成了第一反饋循環(huán)；第二反饋循環(huán)則是由檢測置換液溫度的紅外溫度傳感器測得的溫度(置換液最終溫度)通過相應(yīng)的溫度采集電路傳輸?shù)娇刂齐娐?，再由控制電路發(fā)出指令調(diào)整加熱部件。以上兩個反饋循環(huán)同時工作，加熱部件在疊加的控制指令下受控工作，即可在較短時間內(nèi)使透析液溫度最終達(dá)到需要或設(shè)定的目標(biāo)溫度。PID算法理論成熟，使用面非常廣泛，此設(shè)計(jì)需要通過對加熱裝置硬件電路及芯片資料的熟悉、構(gòu)造本項(xiàng)目PID調(diào)節(jié)方式，編寫PID調(diào)節(jié)算法軟件代碼，并通過實(shí)驗(yàn)調(diào)整PID調(diào)節(jié)參數(shù)，最終設(shè)計(jì)出完整的應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)對置換液溫度的恒定控制。關(guān)鍵詞：輸液管路加熱裝置、溫度控制、雙反饋、PID算法Abstract：Atpresent,domesticandforeignreplacementfluidheatingdeviceusuallyconsistsoffourparts:controlpart,controllableheatingcomponents,atemperaturesensorgroupandaprotectioncircuit.Whenthemachineisworking,thepartoftemperaturecontrolisdesignedforprovidinganenvironmentwhichissustained,stable,andcomfortablephysiologicalindexestemperatureofhumanbody(37degreesCelsius)forthedialysisfluidindialysistreatment.Themethodisrelativelysimplefromtheprinciple,onlythroughadoublefeedbackloopcanbecompleted:thetemperaturesensorofheatermeasurestemperaturesignal,throughthetemperaturecollectioncircuittransmittedtothecontrolcircuit,controlcircuitsendsoutinstructionstoadjusttheheatingelement,whichconstitutesthefirstfeedbackloop;thesecondfeedbackloopiscompletedbythereplacementfluidtemperatureoftheinfraredtemperaturemeasuredbythetemperaturesensor(replacementfluidendtemperature)bythecorrespondingtemperatureacquisitioncircuitistransmittedtothecontrolcircuit,thecontrolsendsaninstructiontoadjustheatingcomponent.Twofeedbackloopsworkatthesametime,andtheheatingelementinthestackcontrolinstructionundercontrolled,canbeinarelativelyshorttimetofinallyreachtherequiredtemperaturedialysateorsettingthetargettemperature.ThetheoryofPIDalgorithmismature,anduseextensivly,thisdesignneedstobefamiliarwiththeknowledgeofthroughtheheatingdevicehardwarecircuitandchipinformation,constructionofthisprojectPIDmoderegulation,writingaPIDcontrolalgorithmofsoftwarecode,andthroughanexperimenttoadjustthePIDparameters,thefinaldesigncancompletetheapplicationprogramtoachievethereplacementfluidconstanttemperaturecontrol.KeyWords：Replacementfluidheatingdevice,temperaturecontrol,doublefeedback,PIDalgorithm目錄一、概述 ④進(jìn)水流量：25ml/min，進(jìn)水溫度為4℃（流量小時，原PID參數(shù)有超調(diào)，更改PID參數(shù)后的重新測試結(jié)果如下）：時間前加熱板（℃）后加熱板（℃）紅外溫度傳感器（℃）溫度計(jì)（℃）超調(diào)量（℃）停泵1.5分鐘過沖16:29'212219.51616:32'373728.226.216:36'37—4237—4238.238.916:43'37—4237—423737.21.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果：更改PID參數(shù)后，超調(diào)量減少，但系統(tǒng)穩(wěn)定時間延長。3、測試情況總結(jié)通過這次測試，可以看出所做的輸液管路加熱裝置是成功的，在一定的溫度范圍內(nèi)，可以有效的對各種初始溫度進(jìn)行加熱，達(dá)到人體所需要的溫度。從測試可以看出.板溫可以控制到比較低的標(biāo)準(zhǔn)，即使流量達(dá)到120ml/min，板溫通常都在44°以內(nèi)；程序能夠很快讓加熱平衡，通常都在10分鐘以內(nèi)；因?yàn)榘鍦剌^低，即使中途停泵，不會引起較高的過沖；升溫過程有超調(diào)，目前控制在最高1度以內(nèi)；目前的進(jìn)水溫度約為12度，沒有做溫水和冰水的實(shí)驗(yàn)；紅外溫度傳感器和水銀溫度計(jì)的讀數(shù)有較大的偏差，本記錄表是采用補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)；更改PID參數(shù)后，超調(diào)量減少，但系統(tǒng)穩(wěn)定時間延長。長時間實(shí)驗(yàn)室，紅外溫度傳感器與水銀溫度計(jì)的偏差不恒定，難以找出更好的補(bǔ)償算法。（需要做大量的實(shí)驗(yàn)，包括環(huán)境溫度改變和進(jìn)水溫度改變，以及長時間運(yùn)行觀察他們之間的差異）。六、總結(jié)心得轉(zhuǎn)眼間，我們從一個高中畢業(yè)的青澀小生成長為了如今即將走出校門的大學(xué)畢業(yè)生，一切的一切似乎還恍如昨天。不知不覺中我們一直都在成長著，也迎來了我們大學(xué)生涯的最后一件大事：畢業(yè)設(shè)計(jì)。如今，畢業(yè)設(shè)計(jì)在一點(diǎn)點(diǎn)的接近尾聲，即將迎來收獲果實(shí)的時節(jié)。回想這既難忘又充實(shí)的幾個月，我們不僅能夠在知識方面查漏補(bǔ)缺，更是在心智上有了很大的提高。從抽取畢業(yè)設(shè)計(jì)題目開始，一步步走了，我也有了自己別樣的總結(jié)感受。相信大部分初涉畢業(yè)設(shè)計(jì)的同學(xué)都是多少有些迷茫的，拿到題目是大四上學(xué)期的最后一段時間，有些不知道從何下手，終于在導(dǎo)師安排了第一次的見面會過后，飄著的心有了些方向感，至少我們明白了接下來的日子我們大概會在什么時間是個什么情況。就這樣，畢業(yè)設(shè)計(jì)之旅開始了……隨著新學(xué)期的到來，畢業(yè)設(shè)計(jì)的開展一點(diǎn)點(diǎn)的步入正軌，大家開始收回玩心，慢慢開始更認(rèn)真地對待這件事情。我們小組的題目主要都是針對醫(yī)用置換液加熱器，五個人分別負(fù)責(zé)其不同部分：加熱模塊、溫度采集模塊、通信模塊，以及相應(yīng)的一些軟件設(shè)計(jì)部分，如PID算法設(shè)計(jì)等。我們五個人也越來越多的開始在一起討論我們的題目。功夫不負(fù)有心人，如今畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，即將迎來最后的畢業(yè)答辯。這一路走來，有失敗，有成功，更重要的是，一路風(fēng)雨走來同伴的相隨相伴。收獲頗多之時我也有了以下幾點(diǎn)感受：腳踏實(shí)地，一步一個腳印的走好每一步。即將畢業(yè)的我們總是難免浮躁，難以真正意義上的靜下心來，也正因如此，吃了不少苦頭，或者做了不少的無用功。其實(shí)，不論處于人生的哪個階段，只有腳踏實(shí)地才能一步步的完成或者實(shí)現(xiàn)自己的目標(biāo)。做論文也是如此的，只有腳踏實(shí)地的去查閱資料，了解了課題背景，才能更好的理解這個題目的意義，明白知識點(diǎn)的運(yùn)用，才能更好的完成一篇論文，更好的完成答辯。團(tuán)結(jié)就是力量。不得不承認(rèn)，團(tuán)隊(duì)的力量是強(qiáng)大的。金無足赤，人無完人，每個人都有擅長之處，也都有或多或少的盲點(diǎn)，而一個團(tuán)隊(duì)的合作正好是截長補(bǔ)短，通過大家彼此之間的互補(bǔ)，使事情達(dá)到最好的效果。我們一個小組的，也正由于彼此的題目相輔相成的關(guān)系，在整個畢業(yè)設(shè)計(jì)階段，一路相互幫助，盡最大可能發(fā)揮自己在這里的優(yōu)勢，專業(yè)能力強(qiáng)的給其他人員講解原理知識，排版能力強(qiáng)的盡可能的幫助大家解決論文格式的問題，查閱資料時也是彼此幫助，提升整個小組的戰(zhàn)斗力。與此同時，我們與導(dǎo)師的另一小組也始終保持默契的合作關(guān)系，雖然題目不同，但是面對畢業(yè)設(shè)計(jì)，面對論文的制作，我們同樣有很多心得彼此交流。比如我們大部分的都是用word畫流程框圖，但是交流時發(fā)現(xiàn)另一個組的成員在用一個畫框圖軟件，畫完復(fù)制后可以直接轉(zhuǎn)換成為圖片格式，為后期的排版減輕了很大的負(fù)擔(dān)。但無論如何，在整個畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，對我們幫助最大的就是導(dǎo)師，如果不是謝老師的悉心指導(dǎo)，我們也不知道要漂泊多久才能找到正確的前行方向。其次，在整個論文的準(zhǔn)備過程中，我們或多或少發(fā)現(xiàn)了自己知識點(diǎn)的漏洞，老師也總是不厭其煩的為我們講解，一步一步的引導(dǎo)我們，也讓我們更有信心去迎接更大的挑戰(zhàn)。也正是因?yàn)槔蠋煹膰?yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的知識、無私的奉獻(xiàn)精神，感動著我們，讓我們更團(tuán)結(jié)的凝在一起奮戰(zhàn)。在整個畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，我們還收獲了很多很多，待人處事之道，如何更有條理的去處理一件事情等等。畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，但我們的人生還有很長的路要走，我們也會把自己在每一處的所學(xué)所得運(yùn)用到以后的道路上，也會加倍珍惜這每一次的磨練，讓自己變得更強(qiáng)大。參考文獻(xiàn)[1]楊路明.C語言程序設(shè)計(jì)教程.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2005[2]譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)教程.北京：清華大學(xué)出版社，2007[3]哈比森.C語言參考手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011[4]田澤.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用教程.北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2005[5]韋東山.嵌入式Linux應(yīng)用開發(fā)完全手冊.北京：人民郵電出版社，2008[6]廖義奎.Cortex-M3之STM32嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：中國電力出版社，2012[7]范書瑞.Cortex-M3嵌入式處理器原理與應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2011[8]姚文詳.ARMCortex-M3權(quán)威指南.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009[9]李國勇.過程控制系統(tǒng).北京：電子工業(yè)出版社，2009[10]馬建偉.滿意PID控制設(shè)計(jì)理論與方法.北京：科學(xué)出版社，2007[11]丁寶蒼.過程控制系統(tǒng)與裝置.重慶：重慶大學(xué)出版社，2012[12]附錄1：Main函數(shù)：intmain(void){System_Init();ADC7799_Init();RS485_Init();PIDInit();//初始化PID參數(shù)Heater_Initial();//加熱參數(shù)初始化Get_RatioTemp();//讀取目標(biāo)溫度校正系數(shù)while(1){ADC_Auto_Conversion();NormalCheck();//常規(guī)檢測TempRead();//讀取幾種溫度值RS485_DataResolve();//調(diào)整到最新胡通信設(shè)置情況if(CorrectFlag)Save_RatioTemp();//計(jì)算并保存溫度校正系數(shù)StatusData();if(ms>=1000){ms=0;second++;//記錄時間，200s為一個周期，。if(second>=399)second=200;TempAdjust();//調(diào)整加熱方式和溫度}*====================================================================================================溫度讀取.=====================================================================================================*/voidTempRead(void){Get_ForeBoard_Temp();//讀取前板溫度if(NowTemp.ForeBoardTemp>55.0+0.1*flow)Heater_Status=Original_Status;//任何時候，前板溫度超限，則停止加熱。Get_BackBoard_Temp();//讀取后板溫度if(NowTemp.BackBoardTemp>55.0+0.1*flow)Heater_Status=Original_Status;//任何時候，后板溫度超限，則停止加熱。Get_Surrounding_Temp();//讀取環(huán)境溫度 Get_MyObject_Temp(); //讀取置換液目標(biāo)溫度if(NowTemp.MyObjectTemp>42.0)Heater_Status=Original_Status;//任何時候，附錄2：目標(biāo)溫度超限，則停止加熱。}/*====================================================================================================溫度調(diào)整.=====================================================================================================*/voidTempAdjust(void){switch(Heater_Status){caseOriginal_Status: Modify_FB_Pulse(0); //待機(jī)狀態(tài)，停止加熱Modify_BB_Pulse(0); break;casePrefill_Status://預(yù)充狀態(tài)，預(yù)充加熱Prefill_Heater();break;caseSelfCheck_Status: //自檢狀態(tài)if(Heater_Status!=SelfCheck_Status)break;Modify_FB_Pulse(490); //前板全功率打開Modify_BB_Pulse(490); //后板全功率打開if(second<60){if((NowTemp.BackBoardTemp>=BB_SelfCheck_Temp)&&(NowTemp.ForeBoardTemp>=FB_SelfCheck_Temp))//前后板同時自檢通過{Func_Buffer.R_CMD12=0x80;Heater_Status=Original_Status;}}else{Func_Buffer.R_CMD12|=0xF0;if(NowTemp.BackBoardTemp>=BB_SelfCheck_Temp)//后板加熱自檢正常{Func_Buffer.R_CMD12&=0xdf;}if(NowTemp.ForeBoardTemp>=FB_SelfCheck_Temp)//前板加熱自檢正常{附錄3：Func_Buffer.R_CMD12&=0xef;}Heater_Status=Original_Status;}break;caseHeat_Status://加熱狀態(tài)，正常加熱if(second>60){Heat_Heater();//啟動加熱//Judge_SLH_Place(NowTemp.MyObjectTemp); //判斷加熱是否引起目標(biāo)溫度變化，如果長時間無變化，應(yīng)停止加熱。} break;default:Modify_FB_Pulse(0); //停止加熱Modify_BB_Pulse(0); break;}}**函數(shù)名稱:voidHeater_Initial(void)**功能描述:對加熱器進(jìn)行初始化,反加熱器的各個溫度值賦初始值**輸入?yún)?shù):無**輸出參數(shù):無******************************************************************************/voidHeater_Initial(void){u8xx;NowTemp.ForeBoardTemp=0.0;NowTemp.BackBoardTemp=0.0;NowTemp.SurroundingTemp=0.0;NowTemp.MyObjectTemp=0.0;NowTemp.TTempCompV=0.0;NowTemp.CorrectTemp=37.0;NowTemp.TargetTemp=37.0;NowTemp.RatioTemp=1/0.78;Temp_Comps.FB_Comp=0.0;Temp_Comps.BB_Comp=0.0;Temp_Comps.SU_Comp=0.0;Temp_Comps.MO_Comp=0.0;flow=0;for(xx=0;xx<200;xx++)ec[xx]=0;}附錄4：**函數(shù)名稱:PIDCalc**函數(shù)功能:計(jì)算PID的比例項(xiàng)、積分項(xiàng)、微分項(xiàng)、PID計(jì)算結(jié)果,**輸入?yún)?shù)：PID變量、當(dāng)前測試值**輸出參數(shù)：PID計(jì)算結(jié)果*******************************************************************************/floatPIDCalc(structPID*pp,floatNextPoint){floatdError,Error;Error=pp->SetPoint-NextPoint;//偏差pp->SumError+=Error;//積分dError=pp->LastError-pp->PrevError;//當(dāng)前微分pp->PrevError=pp->LastError;pp->LastError=Error;return(pp->Proportion*Error+pp->Integral*pp->SumError+pp->Derivative*dError);//返回PID計(jì)算結(jié)果}**函數(shù)名稱:voidHeat_Heater(void)**功能描述:加熱加熱器**輸入?yún)?shù):無**輸出參數(shù):無************