基于ARM的颈椎牵引系统的设计与实现

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1、西安建筑科技大学硕士学位论文基于ARM的颈椎牵引系统的设计与实现专业：控制工程硕士生：张立雄指导教师：郑保国高工嵇启春教授摘要颈椎牵引是非手术治疗颈椎病的重要手段之一。合理的牵引治疗因素不仅包括牵引力，还与牵引角度、牵引时间、牵引模式相关。由此，本文在现有的手动颈椎牵引椅基础上，运用自动化、嵌入式等技术设计了一种牵引力精度较高、牵引方向多、牵引角度可控、工作模式丰富的自动型医用颈椎牵引椅设备。本文主要完成的工作如下：（1）系统方案设计与相关参数分析。首先对自动型颈椎牵引椅系统进行需求分析，然后进行机械结构

2、设计和控制方案设计，最后针对颈椎牵引治疗过程中的牵引力、牵引角度、牵引时间、牵引模式等相关参数进行理论分析。（2）牵引力的控制策略研究。首先建立牵引力控制系统的数学模型。其次通过确定模糊集合、隶属度函数、制定模糊规则、解模糊等步骤，完成了牵引力模糊PID控制器的设计。最后运用MATLAB对系统模型进行仿真。结果表明，采用模糊PID控制算法能够在满足牵引力精度要求的同时，一定程度上改善系统的动态响应，提高系统抗干扰能力，增强控制系统的鲁棒性。（3）硬件平台的设计。基于S3C2440A嵌入式处理器的硬件平台，

3、完成拉力检测、LCD触摸显示屏、步进电机及驱动、声光报警、急停装置等硬件电路设计。（4）系统软件的开发。以Linux操作系统为软件平台完成了系统相关文件的移植，并对硬件设备进行驱动程序开发。此外，采用触摸屏组态软件Designer进行人机交互界面设计，实现了用户登录、方案建立、参数设置、设备控制、运行监控等功能操作。（5）硬件平台的实验测试。在搭建的硬件平台上进行模型参数的测试，并设计了角度牵引实验和牵引力实验，通过实验数据分析论证牵引系统模型的可行性。关键词：颈椎牵引；模糊PID控制；嵌入式；触摸显示屏

4、西安建筑科技大学硕士学位论文论文类型：应用研究西安建筑科技大学硕士学位论文DesignandimplementationofcervicalvertebratractionsystembasedonARMSpecialty:ControlEngineeringName:ZhangLixiongInstructor:SnEngr.ZhengBaoguoProf.JiQichunAbstractCervicaltractionisoneoftheimportantmethodsforcervicalspond

5、ylosis.Theresearchshowsthattherationaltractiontherapynotonlyincludestension,butalsorelatedtotime,anglesandmodes.Thus,onthebasisofthemanualtractionchair,wedesignedanewtractionwhichusedautomationandembeddedtechnology.Theequipmentimproveaccuracyandworksbyman

6、ymodes,whichcanbecontrolledautomatically.Theworkofthisarticleisasfollows.(1)Systemschemedesignandparameteranalysis.First,weanalyzedthesystem.Thenwedesignedthemechanicalstructureandcontrolscheme.Finally,thetraction,tractionangle,tractiontime,Tractionmodean

7、dothercontrolparametersofcervicaltractiontreatmentwereanalyzedtheoretically.(2)Inordertoimprovethecontrolaccuracyoftractionforceandenhancetherobustnessofthecontrolsystem.WeusefuzzyPIDcontrolalgorithmtostudytractionsystem.Firstly,themathematicmodelofsystem

8、isestablished.Secondly,themodeloftractionfuzzyPIDcontrolsystemisobtainedbydesigningthelanguagevaluevariable,membershipfunctionandfuzzyrules.Finally,thesimulationwithMATLABshowsthatthefuzzyPIDcontrolalgorithmcanimpro