微量注射泵控制系统设计
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三、 系统的 硬件 设计
系统 的硬 件 电路 主要 由主控 电路 、 电源 电路 、 步
进 电机驱动电路 、 传感检测 电路 、 报警 电路 、 输人显
示 电路 等组成 。 １ ． 主控 电路
控制 器采 用高性 价 比 Ｓ Ｔ Ｍ３ ２ Ｆ １ ０ ３ Ａ Ｒ Ｍ 处理 器， ３ ． ３ Ｖ Ｄ Ｃ供电， 外部 ８ Ｍ Ｈ Ｚ晶体作为系统时钟源 ，
如图 １ 所示 。
ＡＲＭ
本系统有 Ａ Ｒ Ｍ微处理器 、供电电源 、电机传 动、 传感检测 、 用户输入显示、 无线数传和存储单元
组 成 。其 中 Ａ Ｒ Ｍ 微处 理器 是整个 系 统 的控 制 核心 ，
理
电 源 切 换
电
压
微 控制 器
蜂 鸣报警
１
转 换
ＳＭ Ｂ Ｉ ２Ｃ
关 键词 ： 微 量 注射 泵 ； 嵌 入 式技 术 ；步进 电机
中图分 类号 ： Ｔ Ｐ ３ ６ ８ ． １
文 献标识 码 ： Ｂ
Ａ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｍｉ ｅ ｒ ｏ － ｉ ｎ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｐ ｕ ｍｐ
蚌埠 ２ ３ ３ ０ １ ０ ） （ 中 国电子 科技 集 团公 司第 四十一研 究所 ， 安徽
摘 要 ： 微 量 注射 泵具有 高精 度输 液和 自动控 制 的能 力 ， 近 年 来被 广 泛应 用 于临床 医疗 。本文在 分析 现
有 注射 泵 的工作 原理基 础 上 ， 结合 嵌入 式技 术 、 传感 器技 术和 步进 电机控 制技 术在 解 决微 小运动控 制 问题 具
２ ０ １ ７ 年第 ２ 期
安 徽 电子 信 息 职业 技 术 学 院学 报
Ｎ ｏ ． ２ ２ ０ １ ７
［ 文章编 号］ １ ６ ７ １ — ８ ０ ２ Ｘ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ２ — ０ ０ １ ８ — ０ ４
微量注射泵控制系统设计
刘振洗 ， 王 婉， 刘 敏， 骆光 馨 ， 郭书磊
时， 即认 为发 生 了阻塞 ， 压力 由固定 在 滑块表 面 的 电
阻 应变 式 压力 传感 器 感 测 ， 通 过全 桥 电路 和 ＡＤ ６ ２ ０
将压力变换为电压值并放大，电路原理图如 图 ３ 所
示。
５ Ｖ
Ｍ Ｃ Ｕ通信 ， Ｍ Ｃ Ｕ通过发送命令可查询充 电状态 、 实 时电量 、 实时 电压 、 实 时电流等信息 ； 稳压电路使用
０
ＬＥＤ状 态 指 示
用户 输 入
Ｌ ＣＤ显 示
规 格 及脱 落 检测
１ ０
阻塞检 测 推 杆 位 置 检 测
注 射器 固定 支架
无 线ＷＩ Ｆ Ｉ 模 块
图 １ 系
系统 工作 原理 是 ： 控 制 系统采 用双 电源 供 电 ， 启
动输液后 ， 根据用户设置的输液模式及输液参数 ， 计
Ｌ Ｍ２ ９ ４ ０ Ｉ ＭＰ 一 ５ ． ０和 Ｌ Ｍ１ １ １ ７ ＭＰ Ｘ一 ３ ． ３芯 片 向系 统 提 供稳 定 的 ５ Ｖ和 ３ ． ３ Ｖ 电源 。 ３ ． 步进 电机 驱动 电路
电路 选用 东芝 公 司 的 Ｔ Ｂ ６ ２ ２ ０ ９ Ｆ Ｇ驱 动芯 片 ， 该
。 wenku.baidu.com
电机 驱动 技术 和 闭环控 制思 想 ， 实 现高 精度 、 高 可靠 性 的单通 道 医用注 射泵 系统 的开 发设计 。
二、 系统组成 及 工作原 理
主要执行 电机运动控制 、传感信号检测和人机交互 任务 ；电机传动机构是输液的动力源泉 ，由步进电 机、 减速齿轮 、 精密丝杠 、 半开合螺母及滑块组成 ； 输
入 显示 模 块 实现 人 机交 互 ，由按键 、旋 钮 、 Ｌ Ｃ Ｄ和 Ｌ Ｅ Ｄ组 成 ， 完 成输 液模 式 选择 、 输 液参 数 设 置 、 输 液
信息显示及报警信息提示 ；传感检测模块保证系统
安全运行 ， 对输液过程进行注射阻塞检测、 注射器脱
落检测 和 注射器 推杆 运动 位置检 测 。系统原 理框 图
圜圜固囫
刘 振 洗 ★ 王婉 ★ 刘敏 ★ 骆 光 馨 ★ 郭 书 磊 — — 微 量 注 射 泵 控 制 系 统 设 计
第２ 期
人 电压 可达 ２ ８ Ｖ，具有 温度 监测 、充 电状 态 指示 功 能 ；锂 电池 管理 功 能 由 Ｂ Ｑ ３ ０ ６ ０芯 片实 现 ，提 供 过 压、 欠压 、 过流 、 短 路保 护功能 ， 采用 Ｓ ＭＢ总 线 与
芯片集成了一个细分步进脉冲的解码器 ， 采用细分 准正弦波驱动两相混合式步进电机 ， 可以减小振荡 ，
内置充 电泵 电路 和保 护用 电能 监控 器 电路 ， 可 以通 过外 部 电阻 和 电容 设置 斩波 频率 。 电路 原理 图如 图
算 出步 进 电机 的运动 转 速及 步 数 ， 通 过 产 生 的序 列
脉冲控制步进 电机驱动注射器运动 ；利用 Ｌ Ｃ Ｄ和 Ｌ Ｅ Ｄ显示输液信息及运行状态 ； 借助传感器实 时检
ｉ 贝 ０ 注射 器 及输 液 的状 态 ， 如 发 现异 常情 况 则进 行 蜂 鸣 报警 ； 输液 信息 可保存 到存 储单 元 中 ， 供 医护 人员 查看 ， 还 可通 过 无线 ＷＩ Ｆ Ｉ 模 块 上传 至 护 士站 ， 方 便 护 士集 中监 控 。
有的 简 易有效优 势 ， 提 出了基 于 Ａ Ｒ Ｍ 处理 器的 闭环控制 系统。该 系统主要 由主控模 块 、 电 源模 块 、 电机 传动
模块、 传 感检 测模 块 和输入 显 示模 块组 成 ， 完成 了报 警信 号 检 测和 电机 控制 。 实现 了微 量 药液 的 智能 安 全 注
射。
圜困国 囫
刘 振 洗 ★ 王婉 ★ 刘敏 女 骆 壁 塾 墨 二丝 墨 堑 墨
篁 塑
相 比， 系统功能类似 ， 但流量 、 阻塞等信息的检’ 狈 ４ 精 度 以及输液速度和输液量 的控制精度还 有一定差 距。本文所述系统采用嵌入式技术 、 传感检测技术 、
系统 的硬 件 电路 主要 由主控 电路 、 电源 电路 、 步
进 电机驱动电路 、 传感检测 电路 、 报警 电路 、 输人显
示 电路 等组成 。 １ ． 主控 电路
控制 器采 用高性 价 比 Ｓ Ｔ Ｍ３ ２ Ｆ １ ０ ３ Ａ Ｒ Ｍ 处理 器， ３ ． ３ Ｖ Ｄ Ｃ供电， 外部 ８ Ｍ Ｈ Ｚ晶体作为系统时钟源 ，
如图 １ 所示 。
ＡＲＭ
本系统有 Ａ Ｒ Ｍ微处理器 、供电电源 、电机传 动、 传感检测 、 用户输入显示、 无线数传和存储单元
组 成 。其 中 Ａ Ｒ Ｍ 微处 理器 是整个 系 统 的控 制 核心 ，
理
电 源 切 换
电
压
微 控制 器
蜂 鸣报警
１
转 换
ＳＭ Ｂ Ｉ ２Ｃ
关 键词 ： 微 量 注射 泵 ； 嵌 入 式技 术 ；步进 电机
中图分 类号 ： Ｔ Ｐ ３ ６ ８ ． １
文 献标识 码 ： Ｂ
Ａ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｍｉ ｅ ｒ ｏ － ｉ ｎ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｐ ｕ ｍｐ
蚌埠 ２ ３ ３ ０ １ ０ ） （ 中 国电子 科技 集 团公 司第 四十一研 究所 ， 安徽
摘 要 ： 微 量 注射 泵具有 高精 度输 液和 自动控 制 的能 力 ， 近 年 来被 广 泛应 用 于临床 医疗 。本文在 分析 现
有 注射 泵 的工作 原理基 础 上 ， 结合 嵌入 式技 术 、 传感 器技 术和 步进 电机控 制技 术在 解 决微 小运动控 制 问题 具
２ ０ １ ７ 年第 ２ 期
安 徽 电子 信 息 职业 技 术 学 院学 报
Ｎ ｏ ． ２ ２ ０ １ ７
［ 文章编 号］ １ ６ ７ １ — ８ ０ ２ Ｘ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ２ — ０ ０ １ ８ — ０ ４
微量注射泵控制系统设计
刘振洗 ， 王 婉， 刘 敏， 骆光 馨 ， 郭书磊
时， 即认 为发 生 了阻塞 ， 压力 由固定 在 滑块表 面 的 电
阻 应变 式 压力 传感 器 感 测 ， 通 过全 桥 电路 和 ＡＤ ６ ２ ０
将压力变换为电压值并放大，电路原理图如 图 ３ 所
示。
５ Ｖ
Ｍ Ｃ Ｕ通信 ， Ｍ Ｃ Ｕ通过发送命令可查询充 电状态 、 实 时电量 、 实时 电压 、 实 时电流等信息 ； 稳压电路使用
０
ＬＥＤ状 态 指 示
用户 输 入
Ｌ ＣＤ显 示
规 格 及脱 落 检测
１ ０
阻塞检 测 推 杆 位 置 检 测
注 射器 固定 支架
无 线ＷＩ Ｆ Ｉ 模 块
图 １ 系
系统 工作 原理 是 ： 控 制 系统采 用双 电源 供 电 ， 启
动输液后 ， 根据用户设置的输液模式及输液参数 ， 计
Ｌ Ｍ２ ９ ４ ０ Ｉ ＭＰ 一 ５ ． ０和 Ｌ Ｍ１ １ １ ７ ＭＰ Ｘ一 ３ ． ３芯 片 向系 统 提 供稳 定 的 ５ Ｖ和 ３ ． ３ Ｖ 电源 。 ３ ． 步进 电机 驱动 电路
电路 选用 东芝 公 司 的 Ｔ Ｂ ６ ２ ２ ０ ９ Ｆ Ｇ驱 动芯 片 ， 该
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电机 驱动 技术 和 闭环控 制思 想 ， 实 现高 精度 、 高 可靠 性 的单通 道 医用注 射泵 系统 的开 发设计 。
二、 系统组成 及 工作原 理
主要执行 电机运动控制 、传感信号检测和人机交互 任务 ；电机传动机构是输液的动力源泉 ，由步进电 机、 减速齿轮 、 精密丝杠 、 半开合螺母及滑块组成 ； 输
入 显示 模 块 实现 人 机交 互 ，由按键 、旋 钮 、 Ｌ Ｃ Ｄ和 Ｌ Ｅ Ｄ组 成 ， 完 成输 液模 式 选择 、 输 液参 数 设 置 、 输 液
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刘 振 洗 ★ 王婉 ★ 刘敏 ★ 骆 光 馨 ★ 郭 书 磊 — — 微 量 注 射 泵 控 制 系 统 设 计
第２ 期
人 电压 可达 ２ ８ Ｖ，具有 温度 监测 、充 电状 态 指示 功 能 ；锂 电池 管理 功 能 由 Ｂ Ｑ ３ ０ ６ ０芯 片实 现 ，提 供 过 压、 欠压 、 过流 、 短 路保 护功能 ， 采用 Ｓ ＭＢ总 线 与
芯片集成了一个细分步进脉冲的解码器 ， 采用细分 准正弦波驱动两相混合式步进电机 ， 可以减小振荡 ，
内置充 电泵 电路 和保 护用 电能 监控 器 电路 ， 可 以通 过外 部 电阻 和 电容 设置 斩波 频率 。 电路 原理 图如 图
算 出步 进 电机 的运动 转 速及 步 数 ， 通 过 产 生 的序 列
脉冲控制步进 电机驱动注射器运动 ；利用 Ｌ Ｃ Ｄ和 Ｌ Ｅ Ｄ显示输液信息及运行状态 ； 借助传感器实 时检
ｉ 贝 ０ 注射 器 及输 液 的状 态 ， 如 发 现异 常情 况 则进 行 蜂 鸣 报警 ； 输液 信息 可保存 到存 储单 元 中 ， 供 医护 人员 查看 ， 还 可通 过 无线 ＷＩ Ｆ Ｉ 模 块 上传 至 护 士站 ， 方 便 护 士集 中监 控 。
有的 简 易有效优 势 ， 提 出了基 于 Ａ Ｒ Ｍ 处理 器的 闭环控制 系统。该 系统主要 由主控模 块 、 电 源模 块 、 电机 传动
模块、 传 感检 测模 块 和输入 显 示模 块组 成 ， 完成 了报 警信 号 检 测和 电机 控制 。 实现 了微 量 药液 的 智能 安 全 注
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圜困国 囫
刘 振 洗 ★ 王婉 ★ 刘敏 女 骆 壁 塾 墨 二丝 墨 堑 墨
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相 比， 系统功能类似 ， 但流量 、 阻塞等信息的检’ 狈 ４ 精 度 以及输液速度和输液量 的控制精度还 有一定差 距。本文所述系统采用嵌入式技术 、 传感检测技术 、