基于STM32的医用控温毯控制系统的设计

软件详细设计报告错误！no text of specified style in document。孝感定远电子技术有限公司文件编号产品版本密级产品名称：基于STM32的医用温度控制毯控制系统软件总页面数软件设计指南列表采摘31详细设计31 .1软件概述31 .2软件功能说明31 .3温度检测和显示模块设计51 .4超导红外检测模块91 .5GSM SMS警报模块121 .6PWM脉冲发射控制142编程协议162 .1操作系统162 .2调试工具162 .3编译链接工具16摘褥子临床医学中，患者的整个身体或部位经常需要以物理冷却或温暖的状态进行治疗。物理冷却治疗是神经外科、ICU、神经等临床科广泛使用的亚低温症。人体低温在国际上分为三个范围。轻度低温(33 35)、中度低温(17 27)、超低温(2 16)，其中轻中度低温(28 35)统称为轻度11由于外界温度对与脑组织细胞能量代谢相关的酶反应的影响比较明显，经低温症中酶反应慢，能量代谢可能比正常情况减弱60%以上，以脑组织更能承受缺氧的状态，经低温症在治疗中对重型颅脑损伤等先天有利。脑组织损伤患者的亚低温治疗也没有发现成功率高、严重的并发症，具有令人满意的安全性，目前国内外对严重颅脑损伤患者、广泛的脑挫裂伤脑水肿、原发性及继发性脑干损伤、失控的颅内高压、中枢高烧以及各种原因引起的心脏麻痹等进行了轻度治疗。临床研究表明，物理温热治疗主要用于医疗手术或康复治疗过程，手术中或手术后出现低体温症的可能性很大，可能会发生心律失常、呼吸道损伤、肾功能衰竭等并发症，全身麻醉时间长的手术需要适当的隔热或温热措施，以确保手术中患者的体温正常。平时，患者的物理冷却是通过温水、酒精浴、冰袋冷敷等进行的，简单快捷，产生了相当大的冷却效果，但温度调节困难，难以维持，需要定期更换，加重了医疗人员的工作负担。近年来，具有温升功能的医疗温度控制毯由于方便、安全、有效的特性，临床医生偏好，而医疗温度控制毯的冷却功能可以用于低温治疗，通过复盖患者的大脑或患者的身体表，降低患者的体温，控制温度，不发生冻伤的危险；相反，医用温度调节毯的加热功能可用于隔热或温热治疗，为了保持或提高患者体温，用温度调节毯复盖患者的体温，可以确保手术中或手术后患者的体温正常。医疗温控毯易于操作，简单的操作即可实现自动控制，保持温度设置，大大减轻了医护人员的工作负担。目前，医用温度调节毯广泛用于神经外科、ICU、神经科、急诊室、血液科、儿科等临床科。关键字医用温度控制毯串口屏幕1详细设计1 .1软件概述控制系统的软件设计是整个控制系统设计的核心。系统硬件需要系统软件设计服务，控制系统的功能实现完全依赖系统软件设计，系统软件设计不仅需要所需的功能，还需要更好的实时性、可扩展性、可维护性等。为此，在设计软件之前，必须选择和构建适当的开发平台，并保持适当的开发文档1 .2软件功能说明1 .2.1软件功能简介该系统软件设计由控制系统软件设计和操作界面软件设计两部分组成。控制系统的软件设计是使用c语言开发的。ARM7、ARM9、cortex-m3/mi、cortex。支持ARM微控制器内核(如RI gux4)的Keil uvision4集成开发环境(IDE)和嵌入式RealView MDK。使用ARM开发工具(4.12版)。该控制系统软件是基于嵌入式实时操作系统(RTOS) UC/os.ii(版本V2.92.07)开发和设计的。操作边界软件设计是使用LCD制造商的字符串12屏幕开发调试软件visualt ft(v 3.0版)开发和设计的。系统范围的框架如图1所示。1 .2.2软件基本框架信号调理部分采用模拟比较器输入的结构，下图是本软件的基本框图和主程序流程图。图1基本框架图信号通过由高速运放构建的模拟比较器提供，比较器的比较电压通过STM32F417的数字模拟转换器提供，用于初始化噪声收集，阈值可以自适应，以过滤通道中存在的噪声。如果在引导时检测到串行端口传输命令，程序可以切换到USART串行端口发送和接收模式，以便设置参数和导出数据。信号经过模拟比较器后得到了标准方波信号，方波信号进入多路复用模块进行通道切换。系统使用c和程序集语言作为编程语言。该系统通过传感器检测室内环境条件，将测试数据发送到微控制器，由微控制器处理数据，并采取相应措施。系统程序流如图3所示。系统启动后，首先执行初始化，系统使用中断技术，并使用单片机指定每500毫秒的中断速率，以便及时显示温度和非法入侵警告。打开停止后，系统开始运行，当有人进来时调用GSM SMS发射器，进行蜂鸣器警报，将警报时间延迟2分钟，以便警报产生效果。GSM传输短信编程流程图如图4所示。图2主程序流程图1 .3液晶工作模块设计获取命令时，LCD显示操作通过串行端口1的接收中断接收触摸LCD模块的off命令，串行端口l接受中断，将接收到的LCD命令推送到消息队列。消息队列是一种通信机制，它允许在UC/os.ii系统中存储和转发多个消息。在Uc/os.ii系统启动之前，主程序调用消息队列设置函数，构建了消息队列缓冲区，用于存储接收的LCD命令的50字节。Lcd作业运行时，首先检测消息队列中是否有LCD命令，然后获取收到的LCD命令长度。如果命令长度不为零，则调用命令处理函数。在介绍命令处理函数之前，请先介绍LCD命令的配置和格式。液晶屏命令属于无限命令，它由四部分组成：帧头、命令、命令参数和帧尾。以屏幕切换命令为例，单芯片微型计算机发送到EE B1 00 00 01 FF FC FF FF LCD模块时，可以实现屏幕切换功能。其中，EE是帧头，ff fc ff是帧尾，其格式是固定的，B1 00是屏幕切换命令，01是指示应显示的目标图形ID的命令参数部分，两部分的长度不是固定的。由于Lcd命令具有固定帧头和帧尾，因此相应的检测函数仅识别帧头和帧尾，从而识别LCD命令。1 .3.1流程图1 .3.2设备端实现液晶屏命令属于无限命令，它由四部分组成：帧头、命令、命令参数和帧尾。以屏幕切换命令为例，单芯片微型计算机发送到EE B1 00 00 01 FF FC FF FF LCD模块时，可以实现屏幕切换功能。其中，EE是帧头，ff fc ff是帧尾，其格式是固定的，B1 00是屏幕切换命令部分，01是指示应显示的目标图形ID的命令参数部分，两部分的长度不是固定的32。由于Lcd命令具有固定帧头和帧尾，因此相应的检测函数仅识别帧头和帧尾，从而识别LCD命令。1 .4传感器任务模块控制系统可以读取四个传感器：DSl8820、ADT7320、液位开关和ACS712。这些传感器是手动输入设备，即不能产生中断，单芯片微型计算机必须通过适当的通信机制向传感器发送请求，并获取相关信号60。传感器操作依次与每个传感器通信，获取相关数据和信号。1 .4.1流程图1 .4.2设备端实现从读取每个传感器数据的函数读取ADT7320，读取电流信号，使得软件实现更加方便，因为仅需在初始化时使用片内的SPl2外围设备和片内的AD转换器设置相应的寄存器，只需调用STM32固件库提供的相应函数。介绍液位开关时，读取液位信号的过程不再在此说明。DSl8820使用单总线协议与单芯片微型计算机通信，因此在读取两个DSISB20温度传感器信号时，需要用于单总线通信协议计时的软件。重置、写入、读取操作计时。1 .5温度测量模块DSl8820通过依次发送初始化命令、ROM命令和电源命令(每次访问DSl8820时都必须严格执行)，固定地发送单总线命令。否则，将出现错误。其中，初始化命令是程序发送的重置脉冲响应DSl8820的响应脉冲。ROM命令与DSl8820中唯一的ROM代码相关，该代码在单个总线上装载多个DSl8820时标识不同的DSL 8820。功能命令是程序通过发送转换温度、读取寄存器、写入寄存器等命令来实现相应的功能。具体过程如下图所示。1 .5.1流程图1 .5.2设备端实现由于单个总线上没有用于装载多个DSl8820的硬件结构，因此程序不需要ROM匹配来发送ROM跳过命令。在硬件电路设计中应用了隔离，允许在读取和写入DSl8820之前将连接到要读取的DSl8820的通道连接到适当的针输出信号，在执行命令或数据读取和写入操作之前通过该针使用相应的模拟电子交换机CD405l。读取温度值后，数据处理函数对温度值执行过滤处理，并确定温度值是否在所需范围内。否则，将标记相应的警告标志。此外，在与DSl 8820通信之前，如果没有相应的警告标记，程序将检测DSl 8820的存在。1 .6设计控制任务控制操作的主要目的是自调整PID参数，一是根据设置温度值和实际温度值通过PID算法输出相应的PWM脉冲。1 .6.1子程序流程图1 .6.2设备端实现首先，为了输出PWM脉冲，初始化片上外围设备高级计时器1及其针脚状态，然后确定控制模式，如果在PID模式下，计算设置温度值与实际温度值的偏差，根据偏差进入相应的控制环，在控制操作设计中，偏差大于3。c，最大工作周期(95%)的PWM脉冲输出；偏差小于. 1 时，输出功率循环最小(15%)的PWM脉冲，继电器断开电路连接。偏差在. 1 3 c之间时，进入PID控制，最后得到控制环。的PWM工作周期值写入对应于相应寄存器输出的PWM脉冲，并调用系统延迟函数延迟2s。也就是说，PID控制的采样时间为2s。中继反馈控制模式下执行PID参数调谐的功能。1 .7控制任务设计左边是初始化USARTl SPl2相关针脚和寄存器的无线工作流程图，可以通过相关变量启用或禁用无线工作。打开此功能时，SPl2将检查是否存在有关发送的消息邮箱的消息，如果适用，将使用相关全局变量进行更新。如果功能刚刚打开，则通过串行端口l将患者信息发送到ZigBee模块，发送实时温度等信息，如果不是刚刚打开功能，则仅将温度等信息发送到ZigBee模块，因此功能打开后，无需重复患者信息的数量，只能发送一次。1 .7.1子程序流程图1 .7.2设备端实现该控制系统的软件设计不是为ZigBee模块开发的，在ZigBee digbee块上运行的程序是德克萨斯仪器(TI)公司提供的正式例程的串行V1 turber(serial app)代码，该程序是终端的ZigBee模块，它通过串行端口接收数据，