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机械实习建议范文1
关键词:机械焊接工艺;探索;实践
当前,我国社会经济正处于一种快速发展的时期,进而促使了我国机械制造业的快速发展,同时也提升了机械焊接工艺技术得以不断的改革与发展。因此,在实际的制造行业中通过应用机械焊接技术能够有效的提升机械焊接的效率,促使机械制造业更好更快的发展与提升,增加制造工程结构的可靠性及安全性。因此,需要通过分析、探讨机械焊接工艺来更好的促进我国机械制造业的发展与提升。
一、机械焊接技术
(一)机械焊接技术的分类
在我国,机械焊接工艺的种类较多,结果复杂不统一,依据焊接过程的特点可以将其分为:气保焊、压力焊、手工电弧焊以及钎焊这四种类型。其中的气保焊是气体保护焊的简称,主要是从喷嘴里通过连续喷出的气体来将与周围的空气进行阻隔,以此来保护电弧与焊接区域来进行焊接的方式。气保焊所保护的气体主要是由氮气和氢气的混合气体。而压力焊中主要包括了电阻焊、摩擦焊、扩散焊以及超声波焊等多种类型,其中电阻焊是日常工作中最长使用的设备。钎焊的使用就是将焊件和钎料进行加热,使得温度高于钎料的熔点,但是却低于母材的熔点。进而利用液态的钎料来浸湿母材,对接头的间隙进行填充,并与母材进行相互扩散的方式来进行焊接的一种方法。最后的手工电弧焊就是利用手工来操作焊条,进而通过使用电弧焊的方式进行焊接的方法,也就是人们常说的电焊。
(二)质量的控制
对焊接的质量进行控制就是确保焊接接头的质量,但是在实际的操作过程中,能够影响焊接质量的有因素有很多,因此在实际的操作过程中需要对相关因素进行有效的控制,由此就能够有效的控制整个焊接工艺的质量。据此,对焊接工艺的质量在进行控制的时候可以通过从以下几个方面入手。(1)焊接工的工作技能、职业习惯以及对质量的意识情况等等,在进行焊接施工的过程中需要具有相对较高的专业技能以及良好的职业习惯。从前期的焊接准备、工具调试、工作心态等方面到后期的作业检查等都需要进行十分细致的操作,进而才能够有效的控制整个焊接的质量。(2)焊接设备性能的问题,在进行焊接作业的时候,需要选择综合性能较高的专业设备、机械来进行操作,进而能够有效的提升整个焊接的质量。(3)材料的选择问题。在进行焊接工艺操作的时候,相关材料的选择十分的关键。通过选择、使用性能较高、可焊性好、容易采购的材料,能够极大程度的提升整个焊接工艺的质量,确保整个工程的质量。(4)焊接工艺问题。由于焊接的方法、类型较多,因此在选择焊接工艺的时候需要充分的考虑到相关施工单位的产品特点、经济性、工作效率等多种因素、情况等等,选择最合适的方式来进行操作,能够有效的提升整个焊接工艺的质量,确保工程质量。
二、机械焊接工艺的探索
当前,焊接工艺在我国各个行业及部门中的应用都十分的广泛,同时很多部门也在积极的创新与研发新型的焊接工艺及技术、智能焊接装置以及创新性能较好的焊接材料等等,以此来提升焊接的质量及操作施工过程中的安全性。与此同时,随着网络信息技术的普及与深化,在机械焊接工艺中还需要朝着自动化的方向更好的进行发展与提升。
(一)焊接反变形工艺技术
在实际的焊接操作及施工的过程中,机械焊接反变形工艺技术进行钢结构焊接期间最主要的问题,其中包括了横向、纵向的收缩变形、角变形、弯曲变形以及波浪变形等多种方式。而在实际操作的过程中,一旦出现焊接变形的情况时,可以通过使用机械焊接正反变形、机械焊接矫正工艺以及合理机械焊接技术等多种方式来进行控制与矫正。因此,在实际的焊接操作过程中,在对H型的梁进行焊接的时候,若出现翼缘板角变形的情况时,就需要在机械焊接操作之前通过使用反变形焊接的方式对其进行控制与矫正,能够有效的提升整个焊接工作的效率。
(二)低温机械焊接工艺
在钢结构的焊接过程中,如果发生相关的焊接事故,且原因是由于温度较低而造成焊接条脆断时,所出现的脆断事故会造成较大的影响,进而对整个机械焊接的质量造成一定的威胁。因此,在机械焊接的过程中需要有效的控制焊接的温度,提升对焊机的温度以及预热温度的控制,进而在进行实际操作的时候能够有效的保证整个机械焊接工艺的智联,进而提升整个工程的质量。
(三)机械焊接振动实效工艺技术
机械焊接振动实效工艺技术是在实际操作的过程中,应用振动实效焊接技术。通常情况之下就是利用外力振动的方法在工件的内部产生一个周期性的作用力,而后利用这个作用力与工件的余力来进行一定的叠加,促使粘性力产生变化。这种焊接的方式在操作的时候能够有效的避免工件内部产生变形的状况,进而平衡整个工件内部的作用力,充分的发挥出工件材料的价值。同时,在应用焊接振动实效这个技术的时候,需要对焊机的振动数据进行一定的规定。通过有效的降低焊机的振动频率能够有效的应对工件内部的参与应力,进而提升整个焊机工艺的施工效果,增加相关的施工质量。
三、结语
随着社会与时代的发展,在制造业的发展过程中,机械焊工技术的应用与发展,有整个机械焊接的质量有着直接性的影响。因此,我国在发展的过程中需要重视对机械焊接工艺探索与实践,进而逐步的提升机械焊接工作的发展,促进我国制造业的提升。
作者:郭丽莉 单位:太原锅炉集团环境工程有限公司
参考文献:
[1]姜朝辉,李跃文,张瑞雪.机械焊接工艺探索与实践[J].黑龙江科技信息,2012(2).
[2]谭鑫.机械焊接工艺探索与实践[J].科技资讯.工业技术,2015(3).
机械实习建议范文2
关键词:机械专业 一体化 实践 探索
如何使技校学生加深对专业基础课和专业课的理解,掌握本专业所必须具备的操作技能训练,并达到一定的熟练程度,是很多技校实习教学中的一个难点。为此,笔者学校尝试在机械实习教学中走一体化教学的道路,利用有限的师资,完善对技工学校技能人才的培养。
一、一体化实习教学必备的条件
1.实习场地:校内实习工场
目前,技工学校学生的实习教学场地主要是在校内实习工场和校外企业。学生在校外企业实习是结合生产进行的,至今仍沿用师傅带徒弟的方式,而展开课堂化实习教学主要适用于技工学校校内实习工场,既有一体化教师集中上课空间,又有学生具体实习操作空间。
2.师资:专业一体化教师、实习指导教师
(1)专业一体化教师,集中讲解,负责把理论课堂上的专业基础理论和专业理论过渡到对学生的实习教学中,解决实习教学中的理论渗透,做好基本功和基本技能操作讲解和演示。
(2)实习指导教师,根据专业一体化教师对课题的集中讲解和动作示范及安全常识的运用,配合专业一体化教师做好学生在实际操作过程中的巡回指导和个别辅导。
3.操作演示设备
操作演示设备有台虎钳、车床、数控模拟车床、数控模拟铣床、焊机、焊枪等。教师利用必要的专业设备,向学生提供更直观的课堂演示,增强学生感性认识,同时激发学生动手欲望,使学生在实际操作中掌握操作要领和必备的安全常识。
4.实物教具
实物教具有各种工、卡、量具和机械图形。教师利用实物教具,使学生把专业基础理论课知识运用到实习中。专业一体化教师所利用的实物教具,也是学生在实习中要使用的工卡量具,从而把比较抽象的公差配合与技术测量、机械制图、金属材料与热处理等专业基础课直观地展现在学生面前。
二、一体化实习教学环节的展开
一体化实习教学,必须遵循实习教学的规律,主要体现在所运用的基本环节上:组织教学、入门指导、巡回指导、结束指导四个环节。
1.组织教学
在一体化实习教学中,组织教学是重要的一环。没有良好的教学环境和纪律,实习教学就不能顺利进行,实习教学任务也就无法完成。尤其是在实习课前的组织工作更为重要,目的是使学生在思想上树立“备战”意识:上课意识、工作意识、安全意识。
具体做法是检查学生出席情况,检查学生着装仪表是否符合技工学校学生仪表要求和符合工场安全要求,安排学生入场后的听课位置和实习工位。
2.入门指导
入门指导包括:讲解新课题、示范操作、学生练习。
(1)讲解新课题。每个课题开始,由专业一体化教师按照实习课题要求,讲解并引导学生运用专业理论知识理解生产工艺,并进行示范操作,使学生掌握新知识、新技能。
(2)示范操作。教师通过示范操作,使学生更好地把理论知识和实际操作联系起来,获得感性知识,加深对学习内容的印象。示范操作是重要的直观教学形式,也是课堂化实习教学的重要步骤,它可以更具体、更生动、更直接地让学生感受学习对象。示范操作要做到步骤清晰、动作准确、要领得当。
(3)学生实习。根据专业一体化教师对课题的讲解和操作示范,在实习指导教师的指导下,我们让学生独立进行操作训练,使学生对相关知识理解更加深刻。
3.巡回指导
实习指导教师根据专业一体化教师对课题的讲解与示范,在学生实习操作的过程中,有目的、有计划、有准备地对学生操作姿势或操作方法做全面的检查和指导。这个阶段是学生技能、技巧形成的阶段,也是安全实习、文明实习意识形成的阶段,是实习教学中的中心环节。巡回指导应按照集体指导和个别指导相结合的方针,着重分析学生在实习中遇到的实际问题并要突出体现因人施教的教学态度。
4.结束指导
专业一体化教师根据学生练习情况,要全面、具体、准确地把学生在实习过程中的优点、缺点找出来,分析实习操作效果,找出克服缺点的办法,启发学生把感性认识提高到理性认识上来。
在一体化实习教学过程中,专业一体化教师和实习指导教师能及时发现学生特点和个性特征,对不同的学生采取不同的教学方法,既注意培养优秀学生,也能加强对接受能力较差或较慢学生的指导。根据个别差异,对思想、性格智力、体力等实际情况存在差异的学生,可以区别对待,扬长避短,从而使全体实习学生都能得到发展和提高。
机械实习建议范文3
关键词:试验检测;地基承载力;注意的问题;检测密实度;检测数据
1市政道路工程试验检测中的地基承载力
正常的来说,土是我们接触最早也是最平常的部分,其承载力将决定接下来上层建筑的稳定性及耐久性,所谓承载力是指地基承担荷载的能力。工程的设计人员在设计地基承载力时已经参照了以前的工程案例及规范。例如市政道路工程中,管道的地基承载力一般为120Kpa、而涵洞的地基承载力在140Kpa,这是经过验证的。其中检测方法有以下几种。
(1)原位试验法(in-situ testing method):是一种通过现场直接试验确定承载力的方法。包括(静)载荷试验、静力触探试验、标准贯入试验、旁压试验等,其中以载荷试验法为最可靠的基本的原位测试法。
(2)理论公式法(theoretical equation method):是根据土的抗剪强度指标计算的理论公式确定承载力的方法。
(3)规范表格法(code table method):是根据室内试验指标、现场测试指标或野外鉴别指标,通过查规范所列表格得到承载力的方法。规范不同(包括不同部门、不同行业、不同地区的规范),其承载力不会完全相同,应用时需注意各自的使用条件。
(4)当地经验法(local empirical method):是一种基于地区的使用经验,进行类比判断确定承载力的方法,它是一种宏观辅助方法。
上面的几种方法中,市政工程所常用的是标准贯入试验,通过贯入30CM来推算土的承载力,其计算公式为:8N-20=承载力。
2试验过程中所注意的几个问题
下面将讨论的是试验过程中所注意的几个问题:
(1)触探杆杆长的修正。经过试验数据表明,其数据的修正值会比试验值检测少2-3个锤击数,一般现场的地基承载力会大大大于设计值,所以杆长所造成的误差可以在接受的范围之内。
(2)原状土含沙,含沙量大小将决定贯入过程的难易性。
(3)人为因素。试验员在贯入过程中存在穿心锤物理惯性的干扰,穿心锤一般重63.5kg,在试验过程中需要提升到一定高度,往往在接近杆顶的时候,穿心锤并没有停止下来,随着惯性会带动整个贯入杆向上运行,这直接导致锤击数的变化,所影响的是30CM的贯入数比真实的大了很多,无法真是代表地基承载力。这种现象会比较常见,需要在试验的过程中注意。
3市政道路工程试验检测中的密实度
密实度是整个工程试验的重点,它决定了填筑层的日后是否会沉降及混凝土面层与沥青面层的工作性能。其计算方法:
K=ρd /ρc ×100
式中:K――测设地点的施工压实度(%);
ρd――试样的干密度(g/cm3);
ρc――由击实试验得到的试样的最大干密度(g/cm3)。
试样最大干密度ρc 的值通过击实试验方法来确定,而且土质不同它的值也不相同。密实度一般是通过灌砂法来检测,其中需要关注仪器对试验结果的影响。
(1)储砂筒中砂面高度、砂的总重对量砂密度的影响
《公路土工试验规程》中对筒内砂的高度和质量都有专门的规定。筒内砂的高度与筒顶的距离不超过15mm,原因是不同高度的砂,其下落速度不同,因而灌进标定罐内砂的密实程度也不同,这就直接影响了量砂的密度。因此,储砂筒中砂面高度必须严格控制。另外,筒内砂的质量准确至1g,每次标定及以后的试验都需要维持这个质量不变,因为标定时,只要砂总重相同,即砂的自重一样,其下落速度也能保持一致,这能保证量砂使用的准确性。实践证明,现场测试时,储砂筒中砂面高度和重量与室内标定时保持一致时会提高检测数据的准确性。
(2)标定罐深度对量砂密度的影响
砂的密度随着标定罐深度的变化其数值有较明显的变化。《公路土工试验规程》中规定:标定罐深度减少2.5cm,砂的密度约降低1%。现在假定土样最大干密度为1.78g/cm3,灌砂筒和砂的总质量为7000g,锥体及基板和粗糙面间砂的总质量为850g,灌砂后筒和砂的质量为3100g,湿土重4000g,含水量10%,如果采用20cm标定罐标定的砂的密度1.433g/cm3,得出碾压层的压实度为96.0%,如果采用15cm标定罐来标定砂的密度,其数值应该是1.405g/cm3,那么,此时压实度为94.1%。由此看来,对于同一个试坑,采用不同标定罐标定的砂密度,对压实度数值产生了较大影响。因此,现场试洞深度应与室内标定罐深度一致。
(3)土的含水量的测定
含水量试验最准确的方法是烘干法,在烘干的过程中需要辨别不同的土所采用的烘干方法,例如含有机质的土不能用酒精法,因该种方法测含水量会将土壤中的有机质燃烧掉造成含水量变大的现象,另外,潮湿的黏性土难于粉碎,这也使酒精法的试验精度降低。路基经过风吹日晒,路基表面含水量偏低,在做含水量时,应将试坑内取出的土壤迅速均匀搅拌,然后再测含水量。在凿洞过程中,应随时将凿松的土取出装入塑料袋中并标注取样地点,绑紧袋口防止水分蒸发。
在检测频率上要根据不同的工程部位进行调整,在市政道路中结构物台背回填。台背回填质量直接关系到工程竣工后行车的舒适和安全。在施工过程中,台背回填有一定的难度,这也带来了检测的难度,体现在试验条件上。每层都必须在靠近构筑物的地方检测。如果不注意接近路基那几层填筑的压实度的控制,会影响行车过程中加重了桥头跳车的现象。在实践过程中发现车辆通过市政涵洞时引发跳车的现象,这不仅仅影响结构物的使用寿命还会对行车舒适度大打折扣。而在浇筑混凝土面层及沥青面层的时候,密实度影响也很大,在几次的事故中,发现混凝土面层由于底下的路基在自动沉降中与混凝土面层产生了缝隙,这直接造成面层裂纹及过早破坏其完整性。对沥青面层则表现在表面出现大面积的龟裂。
4市政道路工程试验检测中的数据
数据的记录与采集离不开真实与准确。1、真实:数据的真实性是第一位的,对于试验检测员来说,第一要求就是保证其真实性,允许在工作过程中出现误差或者错误,这是可以谅解的,但恰恰对于造假,应该设置高压线。2、准确:准确性涉及到的是仪器的自身问题,包括很多的误差及试验人员造成的误差,这是无法回避的。我们所要求的是要正确记录数据。
在工程进行的工程中,试验数据的真实性及准确性的保障需要质监站的大力接入,在市政工程的试验检测中出现的试验参数的个别缺失及报告完整性需要质监站提供统一的试验、报告表格,并对试验数据的尝试实时监控。
5结语
市政工程的试验检测与公路有其自身的特点,虽然共同点很多,但是差别体现在检测值与频率上。文章对试验过程中根据试验规程出现的几个重要方面提出了自己的探讨的结果,为进行准确试验提供参考借鉴。
参考文献:
[1]《土工试验规程》(JTGE40-2007)
机械实习建议范文4
1、洗衣机面板门没有关好或者顶盖的开关损坏也有可能是开关接触不良,洗衣机在脱水时因为是高速动作,不许打开顶盖,所以在顶盖上有一个连动开关,一打开盖子电路就自动断开。如果其损坏脱水就不会动作。
2、洗衣机排水系统堵塞或者排水阀坏,盛水筒内的洗涤液不能排出,或者盛水筒内泡沫过多,筒内的洗涤液一时难以排净,水位开关不能复位,洗衣机不能进入脱水程序。
3、排水阀没有把离合器转换拉开,全自动全自动洗衣机的洗和脱水是通过电磁阀转换底部的齿轮来完成的,其电磁阀损坏也会使得脱水无法正常运作。
4、电机性能不良,电容问题,导致输出功率不足,更换电容就可以解决。
(来源:文章屋网 )
机械实习建议范文5
关键词:电力系统;谐波检测;抑制措施
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2016.11.188
0 引言
各类电子变流设备已经在电力系统工程中得到广泛应用,但是细致节点以及设备自身产生的谐波效应却始终不可改善,相应地给周围工作环境造成深刻影响。具体表现为:过电压危情极度泛滥、设备性能干扰元素密布,这类现象已经成为系统工程正常运作的主体危害源。关于这方面研究工作较为复杂,需要将谐波产生、过渡流程计算清晰,之后才能确保抑制出口的开发设计,为精确电气测量工作灌输疏导力量。
1 谐波产生细则论述
在整个电力系统工程中,谐波被认为是疑定形态下工频整数倍数的结构模型,在各类暂态变化中,其产生机理是借助大容量电力换流过程以及各类非线性负荷引起,整个畸变电流具体可以分解为基波、谐波电流分量元素。在这种条件下的基波电压与供电架构的内部抵抗功能几乎毫无关联。按照目前电力架构形态研究,尤其当变压设备处于正常工作状态时,各类分散隐患不会引起系统电压的波动反应,如若短路状况莫名滋生,就会使得正常工作条件逐渐散去,而后便积压一定数量的谐波含量效应。
系统架构内部的主体谐波源包括整流器械、电压协调设备以及感应炉器具等,而铁道机械运用较大容量的单相整流供电媒介,在具体稳定谐波电流的基础上,还会针对三相交流电管理系统造成一定程度的负荷损害。此类负荷长期积压,势必造成结构电流的畸变效应,同
时对整个通信线路衍生不必要的干扰结果。
2 谐波的具体危害现象分析
2.1 绕组之间的热损耗现象
结合交流变电设备以及感应电动装置在内部绕组之间产生的热损耗反应进行分析,发现除了谐波电流铜损元素之外,还存在电流突兀交错的附加损耗内容,这使得转子整体损耗数量急剧膨胀。对于大型发电机械来讲,如若谐波振荡现象多次侵蚀,同期电流越过额定界限,转子媒介极有可能因为局部过热问题而导致设备损坏结果;而变压器内部铁芯也会在涡流损耗的衬托下,引起谐波电流的冲撞,同时在铁芯之上滋生感应磁通反应,激发铁损隐患。
2.2 单相重合闸失灵
架空线路之中,谐波电流一定会滋生热损结果,相关分量会引起电流运作混乱现象,造成单相重合闸失灵结果,加上电缆热损问题的蔓延,使得介质温度升高,表层破损问题积压。
3 科学检测谐波问题的方式研究
现下具备现实存在意义的测量方式就是结合DPLL进行信号同步改良调节,并以此来减小频谱泄露反应。设计人员需要依照DPLL装量原理构造图进行细致解析,尽量将系统电压信号相位与锁相环输出反馈信号进行科学的相位对比,如若内部失步问题重生,各类相关频
率因素就必须接受滤波控制之后再进行同步衔接。结构如若确认锁定.涉及输入信号变化过程就会被全程记录,进而维持相关频率的同步运转效率:经过记录数据调查,后期输出的同步信号在采样和加窗函数中均有所呈现,证明实践流程具备实时性优势。
3.1 依照神经网络开发的检测技术
配合神经网路进行这部分谐波元素的测量工作,具体可}弱绕架构基础、样本模型实施同步计算,这样便能够将传统疏通途径的屏障克制,进而解决系统识别问题。其中,径向基函数属于三层静态格式下的前向网络,与前两项输入层、隐含层交相呼应。具体测量原理表现为:利用输入节点作为待测信号存储终端,在检波器输出的支持下,将各次谐波信号幅值清晰提炼;隐性单元会透过在线媒介实现合理分配,同时在动态空间内部建立隐性元素变结构的计算渠道,联合电力系统内部谐波特点开展样本改造工作,最终解析高次谐波分量的幅值变化规则。
3.2 配合小波变换的计量模式
小波变换理论在数学发展过程中灌输着重要的支承效用,特别是在信号分析工作中得到广泛应用,为后期语音识别、合成奠走适应基础。电网谐波在随机频率环境下存在迹象过于飘渺,因此在离散变换处理受到局限的基础上,能够将这部分小波变换优势发挥完全,在具
体处理谐波采样离散职责过程中,配合数字信号进行谐波清晰测定:这种分析技术具备局部化特性,针对边缘峰值波动信号抽取工作较为适用,可以在谐波检测工作中得到大力推广。
4 谐波抑制工序解析
在这类系统基础上进行谐波管制,其实就是研究外部元素注入规律,同时规划电压控制限定标准,具体抑制渠道可围绕以下两个层面拓展:
4.1 谐波源内部含量调节
依据谐波源分布标准进行适当扼制,此类措施现实意义比较一阔,有利于电网整体工作质量的提升,后期隐患消除费用也较为台差=细化流程如下:因为整流媒介作为电网架构中的主体谐波源,持匠颈谱与脉冲数维持正比关系,在两者同时上涨的前提下,诸渡电交鸯爨
降低;再就是应用PWM,在特定频率周期范围内,将直美毫玉蔼节成为等幅不等宽的电压脉冲形态,进而达到谐波抑制的终投目荐:篆照PWM逆变设备工作条件分析,因为输出波形存在周赣性鸶至,三单位半波基本满足对称要求,具体幅值数据会徘徊在正负一之复.辱
以可配合谐波开关角调节流程实施谐波抑制工序:
4.2 谐波电流的吸收
此类途弪主张针对已有谐波实施克制,并且已经或为毛力系统广泛应用的调试工艺。具体模式如下:科学布置并联电容垂譬镌.有力减少对谐波的放大作用。在谐波交织范围下,电容器组多少会对谐波造成放大反应,对于周边设备安全地位造成限制:在这尊状况下.可
以具体应用串联形式的电抗设备,将既定支路改造或为滤渡媒介,同时限定电容器的容量,进而将放大隐患克制完全。
5 结语
电力系统内部的谐波危害问题已经受到管制单位重视,面对如何精准地改善检测条件,维持抑制成果这类闽题,需要电能质量管制人员多加研究,争取将电网内部无功功率补偿问题解决,避免阶段成本的堆积现象,最终维持产业可持续发展优势。
参考文献:
机械实习建议范文6
关键词:医疗监护;MSP430;微功耗;数据存储;电源
随着近年来微电子技术的快速发展和工艺的进步,医用电子领域中,常用的一些医疗监护设备有向着便携式、微型化及家庭化发展的新趋势,一些小型化、简便易用的监护仪器在社区医疗、家庭护理方面扮演着越来越重要的角色。这其中,基于微功耗架构设计的新型微控制器和一些低功耗优势明显的新型器件为这种趋势提供了新的助力并为之奠定了坚实的基础。
系统设计
为满足社区、家庭医疗监护的需要,便携式医疗监护系统往往需要在现场采集并存储一些人体生理信号的相关数据,如心电信号、血氧饱和度、心率及体温等,以达到监控人体重要生理参数的目的,并能够对这些生理参数的信号进行相应的识别和处理(如关键指标不正常时自动报警),能够提供简便的人机交互界面,数据可以传输给PC机进行后续的处理。便携式医疗监护系统的结构框图如图1所示。
考虑到本系统的应用需求,系统总体设计中尤其要满足微功耗、微型化和可靠性的要求,系统内的电路设计、电路形式、器件选择和电路板制作均应紧密围绕这三点展开。
图1中传感器、血氧模块、信号调理模块构成了系统内的前向通道。传感器(如测量心电信号的电极)用于将人体的微弱生理信号转换为电信号,其输出信号需要经过信号调理模块的放大、滤波等处理。血氧模块能够通过探头直接检测人体的血氧饱和度、心率等,目前市面上已经有供二次开发使用的监测血氧饱和度、心率等的集成电路板,其内往往已经集成了相应信号处理的内核,这种集成电路板的输出已经是符合一定格式要求的数字信号,可以由中央控制单元直接接收。
为有效放大传感器输出的有用差分信号,信号调理模块中的信号放大电路应具有较强的共模抑制和差动放大能力。同时信号调理模块中的滤波器应采用同相结构的精密运放和RC网络组成高阶有源滤波器。信号调理模块同时要具有微功耗特点,能够在单电源下工作,其信号放大范围要与A/D转换时所需要的信号幅度相一致。
中央控制单元可采用新型的16位微控制器,其片内具有较高精度的多通道A/D功能模块、大容量的FLASHROM和数据RAM,可以在无需片外A/D芯片的基础上实现生理信号的采集、接收和处理。
数据存储模块可以根据存储容量的不同要求,选择不同形式的数据存储芯片。
显示与键盘接口模块提供了设置和操作系统的键盘接口,并通过图形点阵液晶实现汉字菜单显示、生理参数的数值显示和波形回放等功能,为系统提供智能化的人机交互界面。
时钟模块为系统提供实时的时间坐标。
数据通信模块提供本系统与PC机之间的数据交换手段,既可以是串行、USB、TCP/IP网络通信等有线接口方式;又可以通过无线收发芯片组建一个固定频点下(如433MHz)的无线通信网络。
电源模块为系统内的模拟和数字电路部分分别供电,提供不同的工作电压和一定的电源分区管理功能,其输出质量直接关系到系统的精度和可靠性。
便携式医疗监护系统的现场使用性要求其电流消耗小,以降低系统的功耗,延长电池的使用时间。因此,微功耗设计是系统总体设计的重要内容。微功耗设计的核心是最小功耗系统的设计,它不仅能降低系统功耗,还使系统具有较低的电磁辐射和较高的可靠性。
微控制器
TI公司的MSP430F149正是具有超低功耗特点的16位微控制器,其功耗可以达到微安级。
F149的软件结构也针对低功耗而设计,从备用模式唤醒MCU仅需6μS。中断和子程序调用无层次限制,这种丰富的中断能力减少了系统查询的需要,可以方便地设计出基于中断结构的数据采集及存储程序。
采用MSP430F149作为便携式医疗监护系统的中央控制单元,提升了系统的先进性、可靠性和集成度。
数据存储器
在便携式医疗监护系统中,在数据存储容量要求不高的情况下(几十K字节以内),可以通过一定的软件设计技巧将数据存储在MCU内的FLASH存储器中。F149内有60KB的FLASH ROM,由2段信息存储器和118段主存储器构成,主存储器中除了放置控制程序的存储段以外,系统采集到的人体生理参数数据也可以逐段地依次存入到其它的空余存储段中。这样就可以节省专用的数据存储芯片,使得在便携式监护系统中,一片16位微控制器-F149芯片就足以替代以前“单片机+数据存储芯片+A/D芯片”的常规组合,既降低了成本又有效提高了系统的集成度。
对于数据存储容量在几百K~1M字节的,可以采用12C接口的AT24LC系列数据存储芯片,尤其若干个AT24LC系列芯片进行级联后存储容量可以大幅提高。
对于需要实时存储多通道生理参数数据的监护系统,可采用ATMEL公司的AT45系列SPI串行接口低电压FLASH存储器。
对于更进一步的数据存储容量要求(1 G字节以上)可以考虑目前优盘中常用的并行高容量FLASH存储芯片,其缺点是占用MCU的I/O资源过多,功耗稍高。
数据采集
F149的A/D转换模块ADC12具有四种转换模式:单通道单次转换、单通道重复转换、序列通道单次转换及序列通道重复转换。在监护系统中往往需要采集多通道、连续变化的数据,则序列通道单次转换模式的时序控制较为简单,灵活性较高。
采用序列通道单次转换模式时,应相应设置控制寄存器ADC12CTL1的SHP=1,同时将SHS(采样输入信号源选择控制位)设置为1,即由F149内的Timer_A.OUT1触发采样定时器。定时器A可以工作在增计数模式,其定时间隔就是A/D转换的采样时间间隔。采用定时器输出信号触发采样的优点在于:能精确控制采样时间间隔,由于采用硬件定时,因此MCU可以在定时间隔内进入休眠状态,并由中断唤醒,这就完全符合了基于中断的微功耗程序设计原则。
在数据采集过程中应注意以下几个问题:
・避免可能的“丢帧”问题,即要注意数据采集和数据存储之间的时序配合。解决方法是:在F149的数据RAM内开辟两块缓冲区,缓冲区大小与FLASH存储器的一个存储页面的大小相同。利用两块缓冲区切换,并结合FLASH存储器的页面批量数据写入功能,使得采样数据能及时存储。
・数据采集过程中保证稳定的时钟源。应注意在F149进入低功耗休眠状态时,保证相应的时钟信号可用,否则会引起采样时间间隔上的严重误差甚至错误,而这种错误往往还不易察觉。
由于人体的一些生理信号均为低频信号,且人体的很多生理参数都是缓慢变化的,很多情况下无需以很高的频率进行实时数据采集,对变化较缓慢的生理参数如体温可以1分钟采集和记录一次数据。另一方面,通过在软件上采用可伸缩尺度的存储方法也能大大节省数据存储空间,即始终以恒定的采样率进行生理信号的连续采集并放入F149的数据缓冲区内,但对经识别连续正常的生理信号采用相对长的存储时间间隔,而对识别到的异常生理信号进行连续实时记录(即采集到多少数据就连续存储多少数据)。这样可以有效节省数据存储空间,并降低了平均功耗。
电源模块
由于便携式医疗监护系统内往往同时存在模拟和数字电路,电源模块必须对模拟电路和数字电路部分同时供电。
便携式监控系统中一般可采用碱性或可充电电池组成的电池组供电。
图2是便携式监护系统电源模块的结构图。
采用中央控制单元、模拟电路和数字电路分别单独供电的电源结构。系统中,由MCU控制DC-DC升压变换电路的开、关,实现对模拟电路的供电管理;由MCU控制3V低压差稳压电路的使能引脚,以控制数字电路部分的供电。