简易呼吸检测设计技术可行性分析.docx
- 文档编号:23854358
- 上传时间:2023-05-21
- 格式:DOCX
- 页数:10
- 大小:22.22KB
简易呼吸检测设计技术可行性分析.docx
《简易呼吸检测设计技术可行性分析.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《简易呼吸检测设计技术可行性分析.docx(10页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
简易呼吸检测设计技术可行性分析
技术可行性分析报告
项目承担部门:
重庆大学迈瑞创新俱乐部
撰写人(签名):
刘磊
完成日期:
2010年1月20日
本文档使用部门:
主管领导项目组维护人员用户
文档验交组(签名):
验交日期:
评审负责人(签名):
评审日期:
目录
目录1
一、引言3
1.1编写目的3
1.2背景3
1.3定义3
1.4参考资料和文献4
二、设计要求和评价4
2.1设计要求4
2.1.1检测电路设计4
2.1.2PC机平台4
2.1.3项目进行时间5
2.1.4项目进行5
2.2评价标准5
三、系统分析5
3.1现有系统的分析5
3.2所选系统6
四、系统的概述和功能6
4.1系统概述6
4.2系统功能7
五、系统技术方面的可行性7
5.1传感器设计7
5.2处理器7
5.3通讯技术7
5.4上位机编程8
六、系统的局限性和使用风险8
6.1局限性8
6.2主要使用风险:
8
七、系统设计风险分析8
7.1风险识别8
7.2控制风险的评估9
7.3技术风险的评价9
7.4技术风险监管和管理9
八、技术可行性结论10
一、引言
1.1编写目的
编写本技术可行性分析报告的目的是:
(1)总结建议的开发项目在技术方面实现的可行性的研究成果,为项目部决定是否进行本课题的研究开发提供依据;
(2)评价为了合理的达到开发目标所可能选择的各种技术方案,说明并论证所选择的方案;
(3)统一研发部各成员看法和思路,积极主动的投入到本项目的研发准备工作中。
1.2背景
本项目是深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司为增强迈瑞创新俱乐部会员的研发实践能力,帮助会员了解企业研发项目的流程,弘扬创新俱乐部的创新精神。
由迈瑞公司人力资源管理部发起,重庆大学迈瑞创新俱乐部研发部经过广泛征集各成员意见并认真细致分析之后,决定进行《简易呼吸监测系统》的研发工作,以求进一步提高俱乐部成员的团队协作能力,增强不怕困难勇于创新的精神,培养规范高效的项目开发品质。
1.3定义
热敏电阻:
热敏电阻由半导体陶瓷材料组成,利用的原理是温度引起电阻变化;热敏电阻有正温度系数的热敏电阻(PTC)、负温度系数的热敏电阻(NTC)和临界温度热敏电阻(CTR)三种,PTC随着温度升高电阻阻值升高,NTC随着温度的升高电阻值降低,CTR具有负电阻突变特性,在某一温度下,电阻值随温度的增加激剧减小,具有很大的负温度系数。
恒流源:
是利用器件对电流进行反馈,动态调节设备的供电状态,从而使得电流趋于恒定。
在本设计中,恒流源的作用是将热敏电阻的阻值以电压的形式表达出来。
呼吸率:
呼吸率是病人在单位时间内呼吸的次数;目前临床上广泛应用的是阻抗法进行监测。
Modbus:
Modbus协议是一种串行通信协议,是Modicon于1979年为使用PLC而发表的。
1.4参考资料和文献
金海龙,张克东,司文,人体呼吸信号检测方法的研究[J],仪器仪表学报,2007,28(4),145~148.
席涛,杨国胜,汤池,呼吸信号检测技术的研究进展[J],医疗卫生装备,2004(12),25~31.
何庆华,吴宝明,热敏法呼吸频率监测电路设计[J],医疗卫生装备,1999(5),13~14.
蔡敬海,安志勇,段浩,基于AT90S8535单片机的新型呼吸频率检测计的设计[J],2008(5),52~54.
王志坚,宁新宝,智能温感式呼吸监测系统的研制,山西大学学报(自然科学版),2001(24),317~320.
宁新宝,生物医学电子学[M],长沙:
湖南科学技术出版社,1988.
二、设计要求和评价
2.1设计要求
本设计包括硬件设计、软件设计和系统设计三个部分。
硬件设计检测电路,其中核心是恒流源的设计;软件设计下位机编程,核心是AD转换和通讯接口驱动;系统设计PC编程部分,其中核心是波形的现实和参数的计算。
系统设计要求如下:
2.1.1检测电路设计
(1)选择合适的热敏电阻为传感器,同时设计相应的驱动电源供传感器工作;
(2)选用核心单片机芯片8051,设计滤波、A/D、串口等电路,编制程序,系统能正常工作;
(3)单片机通过串口和上位机通信,接收命令,返回数据。
2.1.2PC机平台
(1)采用VC++设计编写程序,制定协议和单片机进行串口通信;
(2)通过该软件设计友好的人机交互界面,实时显示人的呼吸状态,如呼吸波、呼吸频率、呼吸温度等;
(3)可以实现报警功能。
2.1.3项目进行时间
项目预定的时间为2010年1月20日----2010年4月10日。
2.1.4项目进行
严格按照项目流程进行相关工作,按时保量完成本次设计。
2.2评价标准
在对备选方案的筛选过程以及后期实施过程中,要参考“迈瑞创新俱乐部研发项目评审表”,尽量多的贴合各关注点。
尤其应将系统的创新性和实际效用性、软硬件的设计合理性、开发成本、团体合作性等作为我们的评价标准。
同时,软硬件设计的技术含量、研发各成员的效率、研发周期、研发后期的实际实验等都应在考虑之列。
力争在有限的时间内,完成性价比高、实用性强的呼吸监测系统。
三、系统分析
本系统着重解决的问题:
使医护人员及时发现呼吸异常,并采取相应对策,从而可减少或避免猝死等严重后果。
3.1现有系统的分析
阻抗法呼吸监测:
其工作原理是电流通过介质时,产生不同的阻抗。
应用时,将电极板固定于一侧胸廓的前后壁上。
部位无严格要求,以能在记录装置上反映出足够的幅度为准。
这种监测方法主要的一个缺点在于如何能保证电极板的正确固定,并且不会给被监测者带来不适感。
腹壁气囊法呼吸监测:
腹壁气囊法是近年来较新的简易方法,有一定的实用价值,其原理是将一个充气薄壁软囊围在被监测者腹壁上,通过呼吸动作引起囊内压变化,经压力传感器转换为电信号显示,并记录出来。
这种测量方法虽然简单,但是问题同样在固定方法上,怎么做到长时间准确监测被测者的呼吸动作。
热敏电阻法呼吸监测:
热敏电阻法利用人体呼吸过程是能量交换这一特性,对呼吸的气温进行监测,但是由于热敏电阻对环境温度的要求高,所以需求的特异性大。
热敏电阻法的优点在于,从生理过程上进行监测,同时热敏电阻价格便宜,温度敏感系数高等特点,监测成本小、抗干扰强。
3.2所选系统
我们所设计的简易呼吸机主要采用采用热敏电阻作为传感元件,设计精密恒流源作为驱动电源,通过监测口鼻呼吸气体温度的变化进而得到呼吸相关信息。
这个方法最大的优点在于成本低廉,并且适合长时间监测被监测者。
小型化、低功耗的设计方便用户家庭使用和随身携带。
热敏电阻作为传感元件,有以下优点:
(1)工作温度范围宽,常温器件适用于-55℃~315℃;
(2)体积小;使用方便;
(3)电阻值可在0.1~100kΩ间任意选择;⑤易加工成复杂的形状,可大批量生产;
(4)稳定性好、过载能力强。
四、系统的概述和功能
4.1系统概述
本系统主要实现对鼻呼吸的监测。
鼻呼吸以热敏电阻作为传感器,并设计恒流源电路加以驱动,随着呼吸的节律变化,热敏电阻阻值将发生变化,其输出的电压也随之改变,通过单片机的AD即可实现对鼻呼吸信号的采集;将上述采集的信号经处理后通过单片机串口与上位机进行通讯。
上位机实现呼吸信号的实时显示、存储、分析和回放等功能。
同时,上位机可对单片机发送指令,控制单片机的信号采集、处理、传输等。
另外,为实现单片机和上位机的通讯,还需制定简单的串口通讯协议。
系统框图
4.2系统功能
该系统通过数字化手段监测呼吸,拟实现的功能特点:
(1)该仪器监测的参数包括:
口鼻气流、呼吸率、呼吸深度、呼吸比、病人呼吸事件的发生等。
(2)口鼻气流可选用热敏电阻式传感器测量。
(3)从记录信息中可得到的患者呼吸暂停、呼吸加快、加深,从而获得呼吸紊乱指数等参数。
(4)上位机的分析软件可实时显示并分析病人的呼吸波波形,并可对病人的呼吸波进行回放分析。
(5)数据可通过互联网传送,实现远程医疗。
五、系统技术方面的可行性
5.1传感器设计
本系统用热敏电阻作为传感元件,市场已有的热敏电阻就可以满足系统的精度要求,对于呼吸引起的电阻变化可以用热敏电阻与采集电路来采集呼吸信号,实现呼吸信号的电转化,文献中有大量的有关热敏电阻作为传感器的采集电路设计的方案可供参考,设计较易实现。
5.2处理器
采用单片机作为控制电路,包括A/D转换,数据采集及简单处理,数据通讯模式设计。
由于单片机仅作为数据采集,简易的数据处理及与上位机通讯的功能,因此采用C8051单片机即可完成设计。
对于此类单片机控制电路的设计及硬件编程在互联网上可以查到很多例程作为参考,而且本课题组有很多人具备这方面设计的能力,能够保证设计的顺利礼进行。
5.3通讯技术
单片机与上位机通信的方式采用串口通信协议,通过RS232串口实现。
此类串口通信的协议可以使用modbus协议,即可实现可靠准实时的通信。
在这方面的硬件编程及上位机串口的软件驱动的设计可通过编程语言很容易实现,且课题组的成员有具备此类通信的编程经验。
5.4上位机编程
(1)在上位机上进行软件界面的编程设计,可以利用VC++平台,VC++集成开发环境可以调用大量的windows的API函数,同时提供了很多类库及控件,使得编程容易实现。
(2)在上位机上对采集的信号进行处理的算法设计,可以参考很多的文献的方法。
学校提供的数字化图书馆包括很多的全文数据库可供查阅,同时也可以在网上查到很多这方面的算法例程可供参考,这为我们的算法设计提供了一层保障。
同时,课题组成员中有设计此类算法的人员,为算法实现提供了保障。
六、系统的局限性和使用风险
系统设计电压为220v转5v开关电源供电,系统中所涉及的最高电压不超过5v,不对人体造成危害。
但是由于设计选择
6.1局限性
呼吸检测主要用于呼吸监护。
呼吸监护包括三个方面:
呼吸波形实时显示、呼吸率(次/分钟)自动计算及潮气量(每次或每分钟吸入气体体积)的自动计算及显示。
呼吸检测的常用方法是阻抗法和热敏电阻法,相对于阻抗法,热敏电阻法的局限性在于计算潮气量,即每次或每分钟吸入气体体积。
通过相关文献的查找,虽然有基于热敏电阻法的气体体积的算法,但是和阻抗发比较,热敏电阻法计算潮气量在准确度方面仍略逊一筹。
6.2主要使用风险:
(1)呼吸等电缆的除颤防护,避免对操作者的电击。
(2)呼吸等接触人体材料的生物相容性的风险。
(3)呼吸率等参数传感器中元器件短、开路可能的电击、局部发热产生的危害。
(4)进入人体自然腔道的呼吸等传感器、电缆破损产生电击的危害。
七、系统设计风险分析
7.1风险识别
(1)项目组成员对于硬件电路的开发和设计,开发上位机编程,串口通信有着相关的开发的经验。
缺乏对精密恒流源的驱动电路的开发经验。
由于都是新成员,对于项目开发管理方面的经验也在一定的方面上,不是很充足。
(2)没有相关的实时经验数据作为参考,可能会导致实际系统测试的时间浪费,从而导致开发周期的延长。
(3)项目组成员的时间可能不会很充足,同时工作量比较大,而且可能会与日常的学习产生冲突。
(4)精密恒流源的设计可能会成为整个系统的瓶颈
7.2控制风险的评估
项目组成员大多都是新成员,对项目开发的理解以及对项目开发进程中,各个小组之间的配合和沟通,存在着一定的脱节,需要一段时间的磨合;本设计是直接应用于人体本身的检测装置,所以安全性以及精密性的是必须和必备的考虑范围;在实际的项目开发过程对上述两个方面的设计和测试是重点,也是风险较高的难点,特别是精密恒流源的设计开发,对整个项目的开发进度起着,决定性的作用,精密恒流源的开发失败,会导致整个项目的失败;项目开发的周期短,任务重,此段时间如果项目组成员时间分配出现问题容易导致项目的滞后和其他工作和学习的影响。
7.3技术风险的评价
在2010年4月10日前,如果还没有设计出精密恒流源或者在项目结题前一周还没有完成系统的出去调试,将会导致整个项目的开发失败。
7.4技术风险监管和管理
虽然项目组成员大都数都是新成员,各成员之间的沟通和配合,可能有一定的脱节,但是作为年轻人,在沟通方面有着一定的优势,通过开发组员的努力应该会很快克服,这个项目组成员的沟通也会很流畅。
非常本设计的安全性和精密性的要求是一个难点和重点的问题,但是本项目组成员大多都是来自于医学电子专业的硕士生,因此他们的专业知识和平时本专业实验室的积累,都会促进本项目开发,朝着有利的方向发展;对于精密恒流源的设计部分,抽调专业知识扎实和实验积累丰富的人,专项负责,克服这个难题也应该不成问题;项目开发周期短的问题,应该统一认识,大家齐心协力,发挥项目负责人的统一协调能力,严格按照项目计划时间实施,每周例会交流检查进度,项目协作克服解决问题;尽早完成整个系统的设计,进入系统的测试和实验阶段。
八、技术可行性结论
根据以上的分析,该系统通过热敏电阻作为敏感元件,通过AD读入C8051单片机进行处理和通讯,最终在上位机可以显示相关的结果,从而可以对系统的设计效果进行评价,因此该设计在技术方面是可以达到设计要求的。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 简易 呼吸 检测 设计 技术 可行性 分析