基于pid算法的嬰兒黃疸治療箱恒溫控制方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種嬰兒黃疸治療箱的恒溫控制技術(shù)，具體涉及一種基于PID算法的 嬰兒黃疸治療箱恒溫控制方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 嬰兒黃疸治療箱是一種通過特定波長的LED藍綠光照射嬰兒的體表的裝置，使嬰 兒能有效的降低血清中未結(jié)合膽紅素，達到治療黃疸的效果。
[0003] 為了確保嬰兒在進行藍綠光治療的安全，必須要確保治療箱保持恒溫環(huán)境，而目 前的嬰兒黃疸治療箱多是采用開環(huán)溫度控制或者采用加熱器及制冷器來保持治療箱的恒 溫環(huán)境。采用開環(huán)溫度控制恒溫環(huán)境，由于開環(huán)不具備反饋功能，因此治療箱內(nèi)的溫度是無 法實時地進行檢測和調(diào)整的，只能是依靠人工或者傳感器去不斷地檢測，然后再進行調(diào)整， 控制的精度方面顯然是欠缺的，特別對于嬰兒黃疸治療箱這種對溫度環(huán)境較為敏感的裝置 來講，開環(huán)溫度控制就顯得不能適應和滿足治療箱的恒溫要求。采用加熱器及制冷器控制 恒溫環(huán)境，又由于未能形成對其的精確控制，加熱器及制冷器的使用顯得無章可循，因此反 而增加了使用成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種可以提高控制精度、降低使用成本的 基于PID算法的嬰兒黃疸治療箱恒溫控制方法，同時還提供了一種采用該方法的基于PID 算法的嬰兒黃疸治療箱恒溫控制系統(tǒng)。
[0005] 為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0006] 基于PID算法的嬰兒黃疸治療箱恒溫控制方法，其包括依次循環(huán)的以下步驟：
[0007] 1)在處理器單元內(nèi)設定溫度值，該溫度值作為輸入?yún)?shù)（r(t));
[0008] 2)處理器單元將輸入?yún)?shù)（r(t))解析并形成對加熱裝置的控制量，該加熱裝置 根據(jù)該控制量啟動并將治療箱內(nèi)的溫度加熱至溫度值；
[0009] 3)溫度檢測單元感應治療箱內(nèi)的實時溫度，該實時溫度作為參數(shù)（c(t))并被反 饋至處理器單元，該處理器單元將輸入?yún)?shù)（r(t))減去參數(shù)（c(t))得到溫度差值參數(shù) (e(t))；
[0010] 4)處理器單元將溫度差值參數(shù)（e(t))作為PID算法的補償輸入，計算出加熱裝置 的二次控制量，加熱裝置根據(jù)該二次控制量啟動并將治療箱內(nèi)的溫度加熱至設定溫度值。
[0011] 由于嬰兒黃疸治療箱中的溫度系統(tǒng)是一種非線性的、滯后的、時變系統(tǒng)，是一個復 雜的大系統(tǒng)，很難建立系統(tǒng)的數(shù)學模型，黃疸治療系統(tǒng)對溫度濕度的控制精度要求較高，要 求箱體內(nèi)穩(wěn)態(tài)溫度誤差不超過土 0. 5°c，機內(nèi)各點溫差不大于0. 8°C。從低成本考慮，低復 雜度考慮，采用常規(guī)的控制方法，而PID算法具有適應性強、可靠性高、魯棒性好、控制性能 優(yōu)良，且控制簡單、程序簡潔、對硬件要求不高等優(yōu)點。因此，本發(fā)明對嬰兒黃疸治療箱采用 經(jīng)典PID控制是非常合適的。
[0012] 本發(fā)明的方法中，加熱裝置的輸入由處理器單元采用PID控制算法，通過調(diào)節(jié)加 熱裝置加熱的控制量，來實現(xiàn)溫度的恒溫控制。當箱內(nèi)溫度未達到預置溫度時，通過PID 算法算出輸入?yún)?shù)（r(t))和溫度檢測單元檢測的實時溫度的參數(shù)（c(t))之間的差值， 得到溫度差值參數(shù)（e(t))，處理器單元再根據(jù)該溫度差值參數(shù)（e(t))控制加熱裝置增 大加熱量，使得箱內(nèi)溫度保持恒溫，當箱內(nèi)溫度達到預置溫度時，加熱裝置減小或停止加 熱，使得箱體內(nèi)溫度自然冷卻降低即可，當再需要進行補充熱量時，再次啟動上述的PID 算法過程即可。其中，處理器單元作為整個控制系統(tǒng)的核心，實現(xiàn)PID控制算法的解析，
【主權(quán)項】
1. 基于PID算法的嬰兒黃疸治療箱恒溫控制方法，其特征在于，包括依次循環(huán)的以下 步驟： 1) 在處理器單元內(nèi)設定溫度值，所述溫度值作為輸入?yún)?shù)（r(t)); 2) 所述處理器單元將所述輸入?yún)?shù)（r(t))解析并形成對加熱裝置的控制量，所述加 熱裝置根據(jù)所述控制量啟動并將治療箱內(nèi)的溫度加熱至所述溫度值； 3) 溫度檢測單元感應所述治療箱內(nèi)的實時溫度，所述實時溫度作為參數(shù)（c(t))并被 反饋至所述處理器單元，所述處理器單元將所述輸入?yún)?shù)（r(t))減去所述參數(shù)（c(t))得 到溫度差值參數(shù)（e(t)); 4) 所述處理器單元將所述溫度差值參數(shù)（e(t))作為PID算法的補償輸入，計算值所述 加熱裝置的二次控制量，所述加熱裝置根據(jù)所述二次控制量啟動并將治療箱內(nèi)的溫度加熱 至所述溫度值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PID算法的嬰兒黃疸治療箱恒溫控制方法，其特征在于， 所述加熱裝置包括加熱絲以及用于控制所述加熱絲的加熱絲控制器，所述加熱絲控制器根 據(jù)所述輸入?yún)?shù)（r(t))和所述溫度差值參數(shù)（e(t))來控制所述加熱絲的通斷時間，實現(xiàn) 溫度控制。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于PID算法的嬰兒黃疸治療箱恒溫控制方法，其特征在于， 所述加熱絲控制器為繼電器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的基于PID算法的嬰兒黃疸治療箱恒溫控制方法，其特 征在于，所述溫度檢測單元為NTC電橋測溫電路。
5. 基于PID算法的嬰兒黃疸治療箱恒溫控制系統(tǒng)，其特征在于，包括溫度檢測單元、處 理器單元和加熱裝置； 所述溫度檢測單元用于檢測治療箱的實時溫度，所述實時溫度作為參數(shù)（c(t))并被 反饋至所述處理器單元； 所述處理器單元用于設定輸入?yún)?shù)（r(t))，并將所述輸入?yún)?shù)（r(t))解析并形成對 所述加熱裝置的控制量； 所述處理器單元還用于將所述輸入?yún)?shù)（r(t))減去所述參數(shù)（c(t))得到溫度差值參 數(shù)（e (t))，并將所述溫度差值參數(shù)（e (t))作為PID算法的補償輸入，計算值所述加熱裝置 的二次控制量； 所述加熱裝置用于根據(jù)所述控制量和所述二次控制量啟動并將治療箱內(nèi)的溫度加熱 至所述溫度值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于PID算法的嬰兒黃疸治療箱恒溫控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述加熱裝置包括加熱絲以及用于控制所述加熱絲的加熱絲控制器，所述加熱絲控制器根 據(jù)所述輸入?yún)?shù)（r(t))和所述溫度差值參數(shù)（e(t))來控制所述加熱絲的通斷時間，實現(xiàn) 溫度控制。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于PID算法的嬰兒黃疸治療箱恒溫控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述加熱絲控制器為繼電器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5-7任一所述的基于PID算法的嬰兒黃疸治療箱恒溫控制系統(tǒng)，其特 征在于，所述溫度檢測單元為NTC電橋測溫電路。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于PID算法的嬰兒黃疸治療箱恒溫控制方法，其包括依次循環(huán)的以下步驟：1)在處理器單元內(nèi)設定溫度值參數(shù)(r(t))；2)處理器單元將參數(shù)(r(t))解析并形成對加熱裝置的控制量；3)溫度檢測單元感應治療箱內(nèi)的實時溫度，該實時溫度作為參數(shù)(c(t))并被反饋至處理器單元，該處理器單元將輸入?yún)?shù)(r(t))減去參數(shù)(c(t))得到溫度差值參數(shù)(e(t))；4)處理器單元將溫度差值參數(shù)(e(t))作為PID算法的補償輸入，計算出加熱裝置的二次控制量。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過PID算法，其可以提高對溫度控制的精度，同時形成對加熱裝置的有序使用，從而降低使用成本。
【IPC分類】A61N5-06, G05B13-04, G05D23-24
【公開號】CN104571208
【申請?zhí)枴緾N201410764867
【發(fā)明人】梁永, 張龍, 武曉東, 熊大曦, 高靜
【申請人】中國科學院蘇州生物醫(yī)學工程技術(shù)研究所
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月12日