一种输液泵的节能驱动系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种输液泵的节能驱动系统及方法，该系统包括：微处理器、用于调节步进电机驱动电流的PWM模块、用于调节生成步进电机驱动参考电压的参考电压生成模块、步进电机驱动器、步进电机和用于测量步进电机转速的光电编码器，微处理器与步进电机驱动器连接，步进电机驱动器驱动步进电机转动，光电编码器与步进电机连接，微处理器与PWM模块连接，PWM模块与参考电压生成模块连接，步进电机驱动器设有参考电压输入端，与参考电压生成模块输出端相连，参考电压生成模块设置有由限流电阻、二极管、放电电阻及积分电容组成的无源网络电路。本发明专利技术能够延长输液泵在不同流速范围内的续航时间，降低电机功耗，提高能量转换效率。

An Energy-saving Driving System and Method for Infusion Pump

【技术实现步骤摘要】
一种输液泵的节能驱动系统及方法
本专利技术涉及一种医疗设备
，具体涉及一种输液泵的节能驱动系统及方法。
技术介绍
当前输液泵在正常的工作过程中需要通过适配器通电使用，其中有些输液泵也有内置电池，适合于短时间在断开外接电源的情况下使用，当病人需要短时间的移动，比如换床位，这些内置电池可以为输液泵提供电能，但由于内置电池续航时间短，不适合长时间的随身携带使用，为了方便病人长时间随身携带输液泵使用，现有的通过增加电池容量延长使用时间，但电池的体积及重量也相应增加，降低了用户的使用体验。现有输液泵在使用电机驱动时，通常设定一个余量足够大的驱动电流，采用了通用的恒流恒压的方式驱动电机，大部分电能转换热能，造成电机发热较为严重，无法实现降低电机功耗，提高能量转换效率的目的。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本专利技术提供一种输液泵的节能驱动系统及方法，通过步进电机节能驱动方式，延长输液泵在不同流速范围内的续航时间，降低电机功耗，提高能量转换效率。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供一种输液泵的节能驱动系统，包括：微处理器、用于调节步进电机驱动电流的PWM模块、用于调节生成步进电机驱动参考电压的参考电压生成模块、步进电机驱动器、步进电机和用于测量步进电机转速的光电编码器；所述微处理器与步进电机驱动器连接，所述步进电机驱动器驱动步进电机转动，所述光电编码器与步进电机连接，所述光电编码器与微处理器连接，所述微处理器与PWM模块连接，所述PWM模块与参考电压生成模块连接，所述步进电机驱动器设有参考电压输入端，与参考电压生成模块输出端相连，所述参考电压生成模块设有无源网络电路。作为优选的技术方案，所述光电编码器包括光栅编码盘和光电计数器。作为优选的技术方案，所述参考电压生成模块设置由限流电阻、二极管、放电电阻及积分电容组成的无源网络电路，所述限流电阻一端与PWM模块输出端连接，所述限流电阻另一端与二极管正极连接，所述二极管负极与积分电容一端连接，所述积分电容另一端接地，所述积分电容两端与放电电阻并联，所述积分电容的电压输出端与步进电机驱动器参考电压输入端相连。作为优选的技术方案，所述限流电阻和放电电阻均采用10K欧姆电阻，所述二极管采用1N4148型号二极管，所述积分电容采用1uF电容。作为优选的技术方案，所述微处理器采用STM32L151CBU6。作为优选的技术方案，所述PWM模块采用单片机PIC16F877A的PWM模块，所述PWM模块与微处理器通过RS232串口连接。作为优选的技术方案，所述步进电机驱动器采用A4988型号的微步电机驱动器，芯片封装为QFN28，所述步进电机驱动器设有Vref引脚，所述Vref引脚与参考电压生成模块输出端相连。作为优选的技术方案，所述步进电机采用PM25L-024型号步进电机。本专利技术还提供一种输液泵的节能驱动方法，包括下述步骤：S1：设置步进电机转速设定值，根据步进电机转速设定值输出特定频率的脉冲信号，步进电机驱动器接收到脉冲信号，驱动步进电机转动；S2：根据步进电机转速与PWM信号脉宽的关系调整PWM模块输出PWM信号脉宽，PWM信号经过参考电压生成模块后得到步进电机驱动参考电压，步进电机驱动器根据驱动参考电压改变步进电机驱动电流；S3：获取光电编码器测得的步进电机转速测量值；S4：比较步进电机转速设定值与转速测量值是否相等，若转速测量值与设定值相等，则执行下一步骤；若不相等，则计算转速测量值与设定值的速度差值d，得到对应的脉宽增加量Pt后增加脉宽值P，并返回执行步骤S2；S5：判断脉宽增加值Pt是否小于设定的阈值C，若小于设定的阈值C，脉宽值P维持原值并返回执行步骤S2；若大于或者等于设定的阈值C，则减小脉宽值P后返回执行步骤S2。作为优选的技术方案，步骤S1中所述步进电机转速设定值为：W＝F×60/24；其中，W为设定的电机转速，单位为转/分钟，F为脉冲信号频率，单位为赫兹；步骤S2中所述驱动参考电压为：V＝1.5*PW，所述步进电机驱动电流为：I＝V/7.5，其中PW为PWM信号脉宽；所述步进电机转速与PWM信号脉宽的关系设置为：PW＝50％*(W-6.6)/(3300-6.6)+25％*(3300-W)/(3300-6.6)+Pt；Pt＝(1+d/W)*PW，其中，Pt为脉宽增加量；步骤S5中所述减小脉宽值P，将脉宽值减少量设置为PM＝B*Pt，其中，B表示脉宽减小比率，取值范围为[0.2,0.5]。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：(1)本专利技术结合了PWM和光电编码测速技术，通过PWM模块、步进电机驱动器驱动步进电机，并通过光电编码器测速后与微处理器通信，能够降低电机功耗，提高能量转换效率，延长输液泵在不同流速范围内的续航时间。(2)本专利技术采用步进电机给输液泵提供驱动力，步进电机能够在各转速范围输出足够的扭矩，达到调速和定位的目的。(3)本专利技术通过模糊迭代搜索计算出脉宽增加量Pt，控制过程不依赖于明确的、不同环境或条件下的蠕动挤压机构所需要的具体扭矩数值，可以适应不同输液泵产品应用条件或应用环境，使驱动电流的最优化设置，从而实现节能降耗。附图说明图1为本实施例输液泵的节能驱动系统的结构示意图；图2为本实施例输液泵的节能驱动方法的流程示意图。其中，1-限流电阻，2-二极管，3-放电电阻，4-积分电容，5-步进电机，6-光栅编码盘。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例如图1所示，本实施例提供一种输液泵的节能驱动系统，包括：微处理器、PWM模块、参考电压生成模块、步进电机驱动器、步进电机5和光电编码器，光电编码器设有光栅编码盘6和光电计数器，所述微处理器与PWM模块之间采用RS232串口通信连接；在本实施例中，微处理器根据设定的需求速度输出对应的特定频率脉冲到步进电机驱动器，步进驱动器根据接收到的特定频率脉冲频率以及参考电压输入端的电压，输出相应的驱动频率和驱动电流驱动步进电机，步进电机5与光栅编码盘6连接，光栅编码盘6转速与步进电机5转速相同，光电计数器通过检测光栅编码盘的转动获得步进电机的转速，微处理器从光电计数器中获得步进电机的转速；在本实施例中，微处理器与PWM模块连接，微处理器控制PWM模块输出的PWM信号的脉宽，PWM模块与参考电压生成模块连接，参考电压生成模块设有由限流电阻1、二极管2、放电电阻3及积分电容4组成的无源网络电路，限流电阻1一端与PWM模块输出端连接，限流电阻1另一端与二极管2正极连接，二极管2负极与积分电容4一端连接，积分电容4另一端接地，积分电容4两端与放电电阻3并联，积分电容4的电压输出端与步进电机驱动器参考电压输入端相连，本实施例的限流电阻优选为10K欧姆，二极管型号优选为1N4148，放电电阻优选为10K欧姆，积分电容优选为1uF；在本实施例中，参考电压生成模块可将频率为5KHz,低电平为0V，高电平为3V的PWM信号转化为0-1.5V稳定电压输出，当PWM信号的占空比为0％时，输出0V,当占空比为100％时，输出1.5V，当占空比为50％时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种输液泵的节能驱动系统，其特征在于，包括：微处理器、用于调节步进电机驱动电流的PWM模块、用于调节生成步进电机驱动参考电压的参考电压生成模块、步进电机驱动器、步进电机和用于测量步进电机转速的光电编码器；所述微处理器与步进电机驱动器连接，所述步进电机驱动器驱动步进电机转动，所述光电编码器与步进电机连接,所述光电编码器与微处理器连接，所述微处理器与PWM模块连接，所述PWM模块与参考电压生成模块连接，所述步进电机驱动器设有参考电压输入端，与参考电压生成模块输出端相连，所述参考电压生成模块设有无源网络电路。

【技术特征摘要】
1.一种输液泵的节能驱动系统，其特征在于，包括：微处理器、用于调节步进电机驱动电流的PWM模块、用于调节生成步进电机驱动参考电压的参考电压生成模块、步进电机驱动器、步进电机和用于测量步进电机转速的光电编码器；所述微处理器与步进电机驱动器连接，所述步进电机驱动器驱动步进电机转动，所述光电编码器与步进电机连接,所述光电编码器与微处理器连接，所述微处理器与PWM模块连接，所述PWM模块与参考电压生成模块连接，所述步进电机驱动器设有参考电压输入端，与参考电压生成模块输出端相连，所述参考电压生成模块设有无源网络电路。2.根据权利要求1所述的输液泵的节能驱动系统，其特征在于，所述光电编码器包括光栅编码盘和光电计数器。3.根据权利要求1所述的输液泵的节能驱动系统，其特征在于，所述参考电压生成模块设置由限流电阻、二极管、放电电阻及积分电容组成的无源网络电路，所述限流电阻一端与PWM模块输出端连接，所述限流电阻另一端与二极管正极连接，所述二极管负极与积分电容一端连接，所述积分电容另一端接地，所述积分电容两端与放电电阻并联，所述积分电容的电压输出端与步进电机驱动器参考电压输入端相连。4.根据权利要求3所述的输液泵的节能驱动系统，其特征在于，所述限流电阻和放电电阻均采用10K欧姆电阻，所述二极管采用1N4148型号二极管，所述积分电容采用1uF电容。5.根据权利要求1所述的输液泵的节能驱动系统，其特征在于，所述微处理器采用STM32L151CBU6。6.根据权利要求1所述的输液泵的节能驱动系统，其特征在于，所述PWM模块采用单片机PIC16F877A的PWM模块，所述PWM模块与微处理器通过RS232串口连接。7.根据权利要求1所述的输液泵的节能驱动系统，其特征在于，所述步进电机驱动器采用A4988型号的微步电机驱动器，芯片封装为QFN28，所述步进电机驱动器设有...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢遨儒，黄汉东，沈雅，谢斌，
申请(专利权)人：广州市便携医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44