CN204699118U - 血液净化仪四泵联动模糊pid控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种血液净化仪四泵联动模糊PID控制系统，包括第一蠕动泵、第二蠕动泵、第三蠕动泵、第四蠕动泵、废液袋、透析液袋、补液袋、模糊PID控制器、四个电机控制驱动器和三个重力测量电路，四个蠕动泵均设有带霍尔传感器的无刷直流电机，模糊PID控制器通过四个电机控制驱动器分别连接对应的无刷直流电机，第四蠕动泵的霍尔传感器输出端连接模糊PID控制器，废液袋、透析液袋和补液袋分别设于三个重力测量电路上，三个重力测量电路分别连接模糊PID控制器。与现有技术相比，本实用新型检测多个参数指标，减小蠕动泵的累积误差，具有结构简单、控制精度高等优点。

Description

血液净化仪四泵联动模糊PID控制系统

技术领域

本实用新型涉及医疗器械技术领域，尤其是涉及一种血液净化仪四泵联动模糊PID控制系统。

背景技术

血液净化设备用途是血液净化治疗，相应的精度要求和安全系数远比普通医疗设备要求高，需要考虑众多关键参数来实现精度和安全。公知的血液净化设备一般只考虑超滤率指标，采用单个称重传感器来反馈实际超滤率，存在只控制单个参数且精度不够高的缺陷。

中国专利CN202497518U公开了一种连续性血液净化治疗装置，透析器的一个膜内接头与第二血路管连接，透析器的另一个膜内接头与第一血路管连接，该第一血路管绕过第一蠕动泵；所述透析器的膜外接头的一端与第一液路管连接，另一端与第二液路管连接，所述第一液路管绕过第二蠕动泵后，与补液袋连接，所述第二液路管绕过第三蠕动泵后，与废液袋连接。本实用新型不需要外接水处理装置，大大降低了生产成本，并且方便急诊科的快速抢救治疗及床旁移动；置换液或透析液可根据患者的不同情况用生理盐水和其它注射液自由配制，适应的病症范围更广，具有整机设计巧妙、结构简单、操作方便等特点。但是该专利的第一蠕动泵为开环控制，存在工作一段时间后会产生累积误差的缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种血液净化仪四泵联动模糊PID控制系统，检测多个参数指标，减小蠕动泵的累积误差，具有结构简单、控制精度高等优点。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种血液净化仪四泵联动模糊PID控制系统包括第一蠕动泵、第二蠕动泵、第三蠕动泵和第四蠕动泵，所述第一蠕动泵和第二蠕动泵均分别设于血液净化仪的透析器上，并分别连接废液袋和透析液袋，所述第四蠕动泵设于透析器入口处的血液回路上，所述第三蠕动泵设于第四蠕动泵入口处的血液回路上，并连接补液袋，还包括模糊PID控制器、四个电机控制驱动器和三个重力测量电路，四个蠕动泵均设有带霍尔传感器的无刷直流电机，所述模糊PID控制器通过四个电机控制驱动器分别连接对应的无刷直流电机，第四蠕动泵的霍尔传感器输出端连接模糊PID控制器，所述废液袋、透析液袋和补液袋分别设于三个重力测量电路上，所述三个重力测量电路分别连接模糊PID控制器。

所述重力测量电路包括相连接的称重传感器和模数转换芯片，所述模数转换芯片连接模糊PID控制器，所述废液袋、透析液袋和补液袋分别设于对应的称重传感器上。

所述称重传感器的型号为WTP601。

所述模数转换芯片的型号为HX711。

所述第一蠕动泵、第二蠕动泵和第三蠕动泵的霍尔传感器输出端连接对应的电机控制驱动器。

所述模糊PID控制器为STM32F103RET6微控制器。

所述四个电机控制驱动器的型号均为MC33035。

所述无刷直流电机的型号为FBL-607H20151RGN。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1)本实用新型将普通血液净化仪的一个称重传感器，增加到三个，可以分别对第一蠕动泵、第二蠕动泵、第三蠕动泵，即废液泵(简称FP)、透析液泵(简称DP)、补液泵(简称RP)的输出流量进行监控，考虑多个关键参数的技术指标，不仅可以实现对超滤率累积误差的控制，还可跟踪透析液泵、废液泵、补液泵的累积误差，消除累积效应，继而实现更高精度的控制；

2)本实用新型对第四蠕动泵，即血泵(简称BP)的转速进行了反馈，取代了普通血液净化仪的开环控制，能够实现对血泵输出流量的有效控制。

3)本实用新型易于实现，根据控制精度的需求，优选对应的芯片型号，用于实现整个控制器的稳定运行，同时透析液泵、废液泵、补液泵的霍尔传感器检测信号返回对应电机控制驱动器，增加了蠕动泵的驱动精度，提高血液净化仪综合控制精度。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型中重力测量电路示意图；

图3为本实用新型中STM32F203RET6微控制器的最小系统电路图；

图4为本实用新型中驱动电路示意图。

图中：1、模糊PID控制器，2、第一蠕动泵，3、第二蠕动泵，4、第三蠕动泵，5、第四蠕动泵，6、血液回路，7、透析器，8、废液袋，9、透析液袋，10、补液袋，21、第一霍尔传感器，22、第一电机控制驱动器，23、第一称重传感器，24、第一模数转换芯片，31、第二霍尔传感器，32、第二电机控制驱动器，33、第二称重传感器，34、第二模数转换芯片，41、第三霍尔传感器，42、第三电机控制驱动器，43、第三称重传感器，44、第三模数转换芯片，51、第四霍尔传感器，52、第四电机控制驱动器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，一种血液净化仪四泵联动模糊PID控制系统包括第一蠕动泵2(即废液泵FP)、第二蠕动泵3(即透析液泵DP)、第三蠕动泵4(即补液泵RP)、第四蠕动泵5(即血泵BP)、模糊PID控制器1、四个电机控制驱动器和三个重力测量电路，四个蠕动泵均设有带霍尔传感器的无刷直流电机，重力测量电路包括相连接的称重传感器和模数转换芯片。

其中，第一蠕动泵2设于血液净化仪中透析器7上，透析器7膜外的液体由第一蠕动泵2驱动流入废液袋8。称重部分结构：废液袋8设于第一称重传感器23上，第一称重传感器23连接第一模数转换芯片24，第一模数转换芯片24连接模糊PID控制器1。驱动部分结构：第一蠕动泵2的无刷直流电机连接第一电机控制驱动器22，第一电机控制驱动器22连接模糊PID控制器1，设于第一蠕动泵2内的第一霍尔传感器21输出端连接第一电机控制驱动器22。

第二蠕动泵3设于血液净化仪的透析器7上，透析液袋9液体由第二蠕动泵3流入透析器7膜外。称重部分结构：透析液袋9设于第二称重传感器33上，第二称重传感器33连接第二模数转换芯片34，第二模数转换芯片34连接模糊PID控制器1。驱动部分结构：第二蠕动泵3的无刷直流电机连接第二电机控制驱动器32，第二电机控制驱动器32连接模糊PID控制器1，设于第二蠕动泵3内的第二霍尔传感器31输出端连接第二电机控制驱动器22。

第四蠕动泵5设于透析器7入口处的血液回路6上，驱动血液回路6上的液体。驱动部分结构：第四蠕动泵5的无刷直流电机连接第四电机控制驱动器52，第四电机控制驱动器52连接模糊PID控制器1，设于第四蠕动泵5内的第四霍尔传感器51输出端连接模糊PID控制器1。

第三蠕动泵4设于第四蠕动泵5入口处的血液回路6上，补液袋10液体由第三蠕动泵4流入血液回路6。称重部分结构：补液袋10设于第三称重传感器43上，第三称重传感器43连接第三模数转换芯片44，第三模数转换芯片44连接模糊PID控制器1。驱动部分结构：第三蠕动泵4的无刷直流电机连接第三电机控制驱动器42，第三电机控制驱动器42连接模糊PID控制器1，设于第三蠕动泵4内的第三霍尔传感器41输出端连接第三电机控制驱动器42。

工作原理：

模糊PID控制器1对各个泵设定流量进行积分计算作为各个泵输出液体体积的理想累计值，蠕动泵实际输出液体体积分两种方法，对于废液泵、透析液泵、补液泵，其输出液体体积累计值可由对应称重传感器测得的增重除液体密度换算得到(所用液体密度一般已知或者可用专门仪器测得)，对于血泵，由于其输送的是血液，不允许通过称重传感器检测，本实用新型中使用的是将泵的转速换算成流量再进行积分的方法。将蠕动泵输出液体体积累计值的理想值与蠕动泵输出液体体积的实际值比较，所得差值就是各个泵流量的累积误差，再经过模糊推理、PID调节，输出各个蠕动泵的转速信号，最后由电机控制驱动器驱动无刷直流电机转动。

其中，称重传感器的型号为WTP601。模数转换芯片的型号为HX711。模糊PID控制器1为STM32F103RET6微控制器。电机控制驱动器的型号为MC33035。无刷直流电机的型号为FBL-607H20151RGN。下面对具体电路结构进行说明：

如图2所示，重力测量电路包括重力传感器WTP601、24位AD转换芯片HX711以及外围电路。WTP601的电源线接HX711的AVDD端，两根信号线经过由电阻和电容构成的滤波电路后连接到HX711的A通道输入端INNA、INPA，HX711的B通道输入端INNB、INPB接地，以减少干扰信号。WTP601的引脚PD_SCK和DOUT连接STM32F103RET6的引脚，实现控制HX711的启停和读取AD值。重力测量电路总共有三个，另外两个与此处电路相同。

如图3所示，STM32F103RET6微控制器最小系统电路，图3中，连接至PA1、PA2口的DOUT1、SCK1为连接FP的重力测量电路，DOUT2、SCK2为连接DP的重力测量电路，DOUT3、SCK3为连接RP的重力测量电路。DIR1～4、Enable1～4、PWM1～4分别对应连接四个电机控制驱动器，分别控制FP、DP、RP和BP的转动方向、启停、转速。HALL_A4、HALL_B4、HALL_C4为BP的第四霍尔传感器51输出，因BP输送的是血液，无法通过使用称重传感器的方法反馈输出流量，故通过反馈转速，通过转速间接检测流量。STM32F103RET6完成模糊PID运算，输出控制信号。

以FP的第一电机驱动控制器22为例，如图4所示，连接无刷直流电机的电机控制驱动器由MC33035芯片及其外围电路构成，分别驱动FP、DP、RP、BP。图4中，DIR1、Enable1、PWM1接STM32F103RET6微控制器相应的输出引脚，A1、B1、C1连接FP无刷直流电机的三相电源输入，HALL_A1、HALL_B1、HALL_C1连接FP无刷直流电机的第一霍尔传感器21输出信号线。DP、RP的第二电机驱动控制器32、第三电机驱动控制器42的连接与FP的第一电机驱动控制器22相同，而BP的第四霍尔传感器51输出信号线直接连接STM32F103RET6微控制器的PC4～6引脚，其余连接与FP、DP、RP的连接相同。

Claims (8)

1.一种血液净化仪四泵联动模糊PID控制系统，包括第一蠕动泵、第二蠕动泵、第三蠕动泵和第四蠕动泵，所述第一蠕动泵和第二蠕动泵均分别设于血液净化仪的透析器上，并分别连接废液袋和透析液袋，所述第四蠕动泵设于透析器入口处的血液回路上，所述第三蠕动泵设于第四蠕动泵入口处的血液回路上，并连接补液袋，其特征在于，还包括模糊PID控制器、四个电机控制驱动器和三个重力测量电路，四个蠕动泵均设有带霍尔传感器的无刷直流电机，所述模糊PID控制器通过四个电机控制驱动器分别连接对应的无刷直流电机，第四蠕动泵的霍尔传感器输出端连接模糊PID控制器，所述废液袋、透析液袋和补液袋分别设于三个重力测量电路上，所述三个重力测量电路分别连接模糊PID控制器。

2.根据权利要求1所述的血液净化仪四泵联动模糊PID控制系统，其特征在于，所述重力测量电路包括相连接的称重传感器和模数转换芯片，所述模数转换芯片连接模糊PID控制器，所述废液袋、透析液袋和补液袋分别设于对应的称重传感器上。

3.根据权利要求2所述的血液净化仪四泵联动模糊PID控制系统，其特征在于，所述称重传感器的型号为WTP601。

4.根据权利要求2所述的血液净化仪四泵联动模糊PID控制系统，其特征在于，所述模数转换芯片的型号为HX711。

5.根据权利要求1所述的血液净化仪四泵联动模糊PID控制系统，其特征在于，所述第一蠕动泵、第二蠕动泵和第三蠕动泵的霍尔传感器输出端连接对应的电机控制驱动器。

6.根据权利要求1所述的血液净化仪四泵联动模糊PID控制系统，其特征在于，所述模糊PID控制器为STM32F103RET6微控制器。

7.根据权利要求1所述的血液净化仪四泵联动模糊PID控制系统，其特征在于，所述四个电机控制驱动器的型号均为MC33035。

8.根据权利要求1所述的血液净化仪四泵联动模糊PID控制系统，其特征在于，所述无刷直流电机的型号为FBL-607H20151RGN。