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摘 要

血液透析（hemodialysis，HD）是急慢性肾功能衰竭患者肾脏替代的治疗方法之一。这种方法讲患者体内的血液引出体外，然后与一个透析器中的溶液进行物质交换以达到血液净化的目的，最后将净化后的血液引回体内。血液透析机是进行血液透析治疗的设备，其中透析液配比系统是整个透析设备的重要组成部分，也是直接关系到了透析治疗的最终效果。

本课题主要完成透析液配比系统的分析与设计，以STM32单片机为控制核心，PID算法为控制方法，原液泵电机为控制对象，最终达到配制出一定电导率的溶液为目标进行实验平台的设计、搭建与实验。此外，本课题还包括了对原液泵进行了设计、加工、装配与测试，上位机监控系统的设计与试验等。最终系统经过测试，可以配制出合格电导率的溶液。

关键词：透析液；配比系统；PID控制

Analysis and design of dialysis fluid mixing system in hemo-dialysis machine

Abstract：the kidney is one of the important organs on one’s body,which makes urine and excretion of metabolic residues, toxicant and medicine. But in recent years, occasions in kidney failures leaded by nephropathy have made a serious affect on quality of peoples’ life and impaired their body healthy.

Hemodialysis is one of the therapy for acute or chronic kidney failure patients. In this way,blood of the patients is leaded outside of the body ,exchanges material with the dialysis fluid in the dialyzer to be purified and then is leaded back into the body of the patients. The hemodialysis machine is used to make hemodialysis, in which the dialysis fluid mixing system is one of the most important part of this machine, and it also decides the ultimate effect of the therapy.

In this program, we analyze and design the dialysis fluid mixing system. We design the experimental platform according to STM32 micro-controller and PID method to control the motor on the pump and get the solution with aimed conductivity. Besides,in this program, we also design and test the pump, make the main computer communication with the micro-controller. Finally, qualified fluid are mixed through all the work above.

Keywords: dialysis fluid;mixing system;PID

目录

1 绪论 1

1.1 项目背景、现状和意义 1

1.2 本课题主要工作工作和所达到的目标 2

2 总体设计方案 3

2.1 血透机透析液配比系统结构与原理 3

2.2 透析液配比系统总体方案设计 3

2.2.1 透析液配比系统水路部分设计 3

2.2.2 透析液配比系统电路部分设计 4

2.2.3 电磁柱塞泵的设计方案 5

3 系统硬件部分 6

3.1 单片机的选择和使用 6

3.2 电磁柱塞泵的设计与控制 7

3.2.1 电磁柱塞泵理论计算部分 7

3.2.2 电磁柱塞泵的电路控制部分 8

3.2.3 电磁柱塞泵的机械结构部分 9

3.2.4 电磁柱塞泵测试结果分析 13

3.3 水泵及继电器电路的搭建 13

3.4 电导率传感器及其外围电路的设计与测试 14

3.4.1 电导率传感器及外围电路系统的设计 14

3.4.2 电导率传感器及其外围电路的测试 16

4 系统软件实现 19

4.1 程序流程 19

4.2 水泵的控制程序 19

4.3 电导率反馈系统的程序控制 20

4.4 原液泵的控制及PID算法 21

4.5 PC上位机串口通信 22

5 总结与展望 24

5.1 总结 24

5.2 展望 24

致谢 25

参考文献 26

血透机透析液配比系统分析与设计

1 绪论

1.1 项目背景、现状和意义

在所有医疗仪器中，最直接有效、持续维持人体生命的医疗设备，首屈一指的应属血液透析机，简称血透机，又称人工肾脏或洗肾机。不仅长期依赖血透的尿毒症病人无法离开它，而且肾移植病人也需要它作前期准备。此外，它还是药物中毒，工伤抢救的有效途径之一,还有一些顽症如红斑狼疮，银屑病等都可以通过血透治疗得到解决。几乎我国每一所省市级乃至地市一级综合性大医院都建立了一定规模的血透中心，血透治疗机的数目少则数台，多则数十台，经济效益也十分显著。而且在广大的县级医院，人工肾还有着极大的发展潜力[6]。

血液透析的医学功能在于血透可以除掉人体的有害物质以及多余的水分。由于病人暂时或永久性地肾功能衰竭之后，就不可避免地导致了有害物质在体内囤积，以及尿量急剧减少，病人浮肿体重增加，其他的器官也因此受到损害，如果不及时采取拯救措施，病人常以心衰而危及生命。因此，一种具有除去人体毒素以及多余水份的机器就应运而生[6]。

根据解放军肾病研究所数据，2001年，我国血液透析救治人数约为3万人，腹膜透析救治人数仅为5000人左右。而根据卫生部最近数据，截止至2011年，我国已登记血液透析病人人数达到26万人左右，而腹膜透析人数达到2万人。十年间血透和腹膜透析患者的年复合增长速度分别为23.8%和15.1%。从2001年到2011年间，血液透析和腹膜透析人数的增长曲线如下图所示：

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