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一种人工心脏的后负荷智能控制系统

阅读：418发布：2020-05-11

专利汇可以提供一种人工心脏的后负荷智能控制系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种人工心脏的后负荷智能控制系统，通过检测人工心脏的输入电压、电流、电流信号的高阶导数、转速的搏动程度等电气参数估算心脏的后负荷程度，并采用自动控制算法计算出人工心脏的最佳工作转速，向无刷电机控制器发送速度指令，同时无刷电机控制器能够显示人工心脏的转速与工作电压，并可以设置报警，实现人机对话；无刷电机控制器接收主控单元的速度指令，驱动人工心脏电机运转，并通过反电动势方法检测人工心脏转速；电气安全防护单元通过双隔离技术提高系统的电气安全水平，使其满足相关电气安全标准。本实用新型解决了现有技术无法根据心脏后负荷的变化及时调整人工心脏转速的问题。(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利，下面是一种人工心脏的后负荷智能控制系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种人工心脏的后负荷智能控制系统，其特征在于，包括主控单元，所述主控单元包括微处理器U1，所述微处理器U1的5脚、6脚接晶振电路， 7脚接复位电路， 8脚接地，9脚接VDDA端，11脚同时接电阻R1的一端及电阻R2的一端， 12、13脚及14脚接工业串口屏，15脚、
16脚、31脚及32脚接电气安全防护单元，34脚接调试口P1的3脚，37脚接调试口P1的2脚， 24脚、36脚及48脚并联后接电源电路3.3V端，20脚接地，23脚、35脚及47脚并联后接地，电阻R1的另一端接电压24V，电阻R2的另一端接地，调试口P1的1脚接地，调试口的4脚接电源电路的3.3V端，所述电气安全防护电元通过无刷电机控制器与人工心脏连接。
2.根据权利要求1所述的人工心脏的后负荷智能控制系统，其特征在于，所述电源电路包括24V转换为5V的电路、5V转换为3.3V的电路、3.3V转换为VDDA的电路及滤波器电路。
3.根据权利要求1所述的人工心脏的后负荷智能控制系统，其特征在于，所述电气安全防护单元包括低耗开关电路、调速信号电路、转速信号电路、温度信号隔离电路、将24V转换为24V（I）的隔离电源及将24V（I）转换为15V（I）的运放辅助电源。
4.根据权利要求3所述的人工心脏的后负荷智能控制系统，其特征在于，所述转速信号电路包括二极管D7、二极管D8、二极管D9、光耦U7、电阻R11、电阻R30、三极管Q1，所述二极管D8的正极接地，二极管D8的负极接单片机U1的32脚，二极管D7的负极接3.3V，二极管D7的正极接单片机U1的32脚，二极管D9的负极接单片机U1的32脚，二极管D9的正极接地，电阻R12的一端接单片机U1的32脚，电阻R12的另一端接3.3V，光耦U7的输出端的集电极与单片机U1的32脚连接，光耦U7的输出端的发射极接地，光耦U7的输入端的负极接地，光耦U7的输入端的正极同时接电阻R11的一端及三极管Q1的集电极，电阻R11的另一端接15V（I）,三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的基极通过电阻R20与无刷电机控制器的4脚连接。
5.根据权利要求3所述的人工心脏的后负荷智能控制系统，其特征在于，所述调速信号电路包括二极管D10、二极管D11、二极管D12、二极管D13、电阻R9、电阻R7、电阻R8、电阻R6、电阻R10、比较器U6A、比较器U10B、高线性模拟光电耦合器1A、1C、电容C23、C27，所述二极管D10的负极与单片机U1的15脚连接，二极管D10的正极接地，二极管D11的正极接单片机U1的
15脚，二极管D11的负极接3.3V，二极管D7的负极接单片机U1的15脚，二极管D7的正极接地，电阻R9的一端接单片机U1的15脚，电阻R19的另一端同时接电容C27的一端、二极管D13的负极及比较器U6A的2脚，比较器，二极管D13的正极分别接比较器U6A的3脚、电阻R7的一端，电阻R7的另一端接地，比较器U6A的8脚接5V，比较器U6A的4脚接地，比较器U6A的1脚分别接电容C27的另一端、电阻R8的一端，电阻R8的另一端接高线性模拟光电耦合器1A的负极，高线性模拟光电耦合器1A的正极接5V，高线性模拟光电耦合器1C的正极分别接电阻R10的一端、比较器U10B的5脚，高线性模拟光电耦合器1C的负极分别接比较器U10B的6脚、电阻R6的一端、电容C23的一端，电阻R10的另一端接地，电阻R6的另一端与比较器U10B的7脚连接，电容C23的另一端与电阻R6的另一端连接，比较器U10B的8脚接15V（I），比较器U10B的4脚接地，比较器U10B的7脚接无刷电机控制器的2脚。
6.根据权利要求3所述的人工心脏的后负荷智能控制系统，其特征在于，所述低耗开关电路包括二极管D14、二极管D15、二极管D16、电阻R23、电阻R13、电阻R5、三极管Q2、三极管Q3、光耦U9、DC-DC转换器Q4，所述二极管D14的负极与单片机U1的31脚连接，二极管D14的正极接地，二极管D15的负极接单片机U1的31脚，二极管D15的正极接地，二极管D16的正极接单片机U1的31脚，二极管D16的负极接3.3V，电阻R30的一端接单片机U1的31脚，电阻R30的另一端接三极管Q3的基极，三极管Q3的集电极接地，三极管Q3的发射极分别接电阻R23的一端、光耦U9输入端的正极，电阻R23的另一端接5V，光耦U9的输入端的负极接地，光耦U9的输出端的发射极接地，光耦U9的输出端的集电极分别接电阻R13的一端、三极管Q2的基极，电阻R13的另一端接15V（I），三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极分别接电阻R15的一端、DC-DC转换器Q4的第一端，电阻R15的另一端接15V（I），DC-DC转换器Q4的第二端及第三端接地，DC-DC转换器Q4的第四端接无刷电机控制器的3脚。
7.根据权利要求3所述的人工心脏的后负荷智能控制系统，其特征在于，所述温度信号隔离电路包括二极管D17、二极管D18、二极管D19、比较器U6B、比较器U8A、比较器U8B、电阻R24、电阻R16、电阻R20、电阻R21、电阻R17、电阻R18、电阻R22、电阻R25、电阻R15、电阻R19、电阻R26、电阻R27、电阻R28、电容C29、电容C26、电容C25、高线性模拟光耦U2B+、2C、2A，所述电阻R24的一端分别接单片机U1的16脚、电容C29的一端，电容C29的另一端接地，电阻R24的另一端分别接二极管D17的负极、二极管D19的负极、二极管D18的正极，二极管D17的正极接地，二极管D19的正极接地，二极管D18的负极接3.3V，比较器U6B的2脚接电阻R24的另一端，比较器U6B的4脚接地，比较器U6B的5接电阻R16的一端、高线性模拟光耦U2B的正极，电阻R16的另一端接地，比较器U6B的6脚分别接电阻R20的一端、高线性模拟光耦U2B的负极、电容C26的一端，电阻R20的另一端接电阻R24的一端、电容C26的另一端，高线性模拟光耦2A的正极接15V（I），高线性模拟光耦2A的负极接电阻R17的一端，高线性模拟光耦2C的正极接电阻R21的一端，电阻R21的另一端接地，电阻R17的另一端分别接比较器U8A的1脚、电容C25的一端，比较器U8A的8脚接15V（I），比较器U8A的4脚接地，比较器U8A的3脚接高线性模拟光耦
2C的正极，比较器U8A的2脚分别接电阻R18的一端、高线性模拟光耦2C的负极、电容C25的另一端，电阻R18的另一端分别接电阻R22的一端、比较器U8B的7脚，比较器U8B的3脚接15V（I），比较器U8B的4脚接地，比较器U8B的5脚分别接电阻R15的一端、电阻R25的一端，电阻R25的另一端接地，比较器U8B的6脚分别接电阻R22的一端、电阻R19的一端，电阻R15的另一端分别接电阻R27的一端、电阻R28的一端，电阻R19的另一端分别接电阻R26的一端、温度信号-I+，电阻R27的另一端接15V（I），电阻R26的另一端接15V（I），电阻R28的另一端接地。
8.根据权利要求1所述的人工心脏的后负荷智能控制系统，其特征在于，所述无刷电机控制器的1脚、3脚、7并联后低耗开关的输出端，无刷电机控制器的6脚接24V（I），无刷电机控制器的8脚接无刷电机的1脚，无刷电机控制器的9脚接无刷电机的2脚，无刷电机控制器的10脚接无刷电机的3脚。
9.根据权利要求1所述的人工心脏的后负荷智能控制系统，其特征在于，所述工业串口屏的1脚、2脚接电压VCC端，工业串口屏的3脚接单片机U1的14脚，工业串口屏的4脚接单片机U1的13脚，工业串口屏的5脚、6脚并联后接单片机U1D的12脚，工业串口屏的7脚、8脚接地。

说明书全文

一种人工心脏的后负荷智能控制系统

技术领域

[0001] 本实用新型属于生物医学工程领域，具体涉及一种人工心脏的后负荷智能控制系统。

背景技术

[0002] 人工心脏是一种利用机械动力来输送血液，以部分或全部代替心脏泵血功能的植入式装置。将泵体的心室植入部分插入心室腔内，泵的出口通过人造血管与升主动脉（或降主动脉）连接，进行左心室到主动脉的转流。人工心脏由轴流泵泵筒和位于其中的旋转叶轮组成，旋转叶轮轮毂中镶嵌有永磁转子。轴流泵电机则围绕在轴流泵泵筒的外壁，由轴流泵电机定子铁芯和定子绕组组成，轴流泵泵筒内的旋转叶轮位置与轴流泵电机定子铁芯位置对应，当轴流泵电机定子的绕组通电时可产生旋转磁场，推动旋转叶轮在轴流泵泵筒中高速旋转，进而驱动泵筒中血液向出口方向流动。

[0003] 人工心脏控制器是调节人工心脏叶轮转动速度，保持人工心脏稳定运行的关键设备，对于保证人工心脏的临床治疗效果与安全性具有重要意义。为此专利201611180353X通过构建心脏泵转速、流量和压力之间的数学模型检测抽吸程度，并且通过调整心脏泵转速防止抽吸。虽然上述实用新型能够降低抽吸引起的不良事件发生程度，但是没有将心脏后负荷作为调节的目标。此外目前业内主流的人工心脏控制系统都是保持转速恒定作为控制目标，并不能根据心脏后负荷的变化及时调整人工心脏的转速。根据最新研究成果，不适当的人工心脏辅助会显著增加心脏后负荷，而心脏后负荷程度会直接影响到心脏的功能，进而影响到患者的预后以及人工心脏的临床效果。发明内容

[0004] 本实用新型解决了现有技术的不足，提供了一种通过人工心脏的电气信号评价心脏后负荷程度，再通过调节血泵工作状态自动调整后心脏后负荷水平的人工心脏的后负荷智能控制系统。

[0005] 本实用新型为了实现上述目的所采用的技术方案是：

[0006] 一种人工心脏的后负荷智能控制系统，包括主控单元，所述主控单元包括微处理器U1，所述微处理器U1的5脚、6脚接晶振电路， 7脚接复位电路， 8脚接地，9脚接VDDA端，11脚同时接电阻R1的一端及电阻R2的一端， 12、13脚及14脚接工业串口屏，15脚、16脚、31脚及32脚接电气安全防护单元，34脚接调试口P1的3脚，37脚接调试口P1的2脚， 24脚、36脚及48脚并联后接电源电路3.3V端，20脚接地，23脚、35脚及47脚并联后接地，电阻R1的另一端接电压24V，电阻R2的另一端接地，调试口P1的1脚接地，调试口的4脚接电源电路的3.3V端，所述电气安全防护电元通过无刷电机控制器与人工心脏连接。

[0007] 进一步地，所述电源电路包括24V转换为5V的电路、5V转换为3.3V的电路、3.3V转换为VDDA的电路及滤波器电路。

[0008] 进一步地，所述电气安全防护单元包括低耗开关电路、调速信号电路、转速信号电路、温度信号隔离电路、将24V转换为24V（I）的隔离电源及将24V（I）转换为15V（I）的运放辅助电源。

[0009] 更进一步地，所述转速信号电路包括二极管D7、二极管D8、二极管D9、光耦U7、电阻R11、电阻R30、三极管Q1，所述二极管D8的正极接地，二极管D8的负极接单片机U1的32脚，二极管D7的负极接3.3V，二极管D7的正极接单片机U1的32脚，二极管D9的负极接单片机U1的32脚，二极管D9的正极接地，电阻R12的一端接单片机U1的32脚，电阻R12的另一端接3.3V，光耦U7的输出端的集电极与单片机U1的32脚连接，光耦U7的输出端的发射极接地，光耦U7的输入端的负极接地，光耦U7的输入端的正极同时接电阻R11的一端及三极管Q1的集电极，电阻R11的另一端接15V（I）,三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的基极通过电阻R20与无刷电机控制器的4脚连接。

[0010] 更进一步地，所述调速信号电路包括二极管D10、二极管D11、二极管D12、二极管D13、电阻R9、电阻R7、电阻R8、电阻R6、电阻R10、比较器U6A、比较器U10B、高线性模拟光电耦合器1A、1C、电容C23、C27，所述二极管D10的负极与单片机U1的15脚连接，二极管D10的正极接地，二极管D11的正极接单片机U1的15脚，二极管D11的负极接3.3V，二极管D7的负极接单片机U1的15脚，二极管D7的正极接地，电阻R9的一端接单片机U1的15脚，电阻R19的另一端同时接电容C27的一端、二极管D13的负极及比较器U6A的2脚，比较器，二极管D13的正极分别接比较器U6A的3脚、电阻R7的一端，电阻R7的另一端接地，比较器U6A的8脚接5V，比较器U6A的4脚接地，比较器U6A的1脚分别接电容C27的另一端、电阻R8的一端，电阻R8的另一端接高线性模拟光电耦合器1A的负极，高线性模拟光电耦合器1A的正极接5V，高线性模拟光电耦合器1C的正极分别接电阻R10的一端、比较器U10B的5脚，高线性模拟光电耦合器1C的负极分别接比较器U10B的6脚、电阻R6的一端、电容C23的一端，电阻R10的另一端接地，电阻R6的另一端与比较器U10B的7脚连接，电容C23的另一端与电阻R6的另一端连接，比较器U10B的8脚接15V（I），比较器U10B的4脚接地，比较器U10B的7脚接无刷电机控制器的2脚。

[0011] 更进一步地，所述低耗开关电路包括二极管D14、二极管D15、二极管D16、电阻R23、电阻R13、电阻R5、三极管Q2、三极管Q3、光耦U9、DC-DC转换器Q4，所述二极管D14的负极与单片机U1的31脚连接，二极管D14的正极接地，二极管D15的负极接单片机U1的31脚，二极管D15的正极接地，二极管D16的正极接单片机U1的31脚，二极管D16的负极接3.3V，电阻R30的一端接单片机U1的31脚，电阻R30的另一端接三极管Q3的基极，三极管Q3的集电极接地，三极管Q3的发射极分别接电阻R23的一端、光耦U9输入端的正极，电阻R23的另一端接5V，光耦U9的输入端的负极接地，光耦U9的输出端的发射极接地，光耦U9的输出端的集电极分别接电阻R13的一端、三极管Q2的基极，电阻R13的另一端接15V（I），三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极分别接电阻R15的一端、DC-DC转换器Q4的第一端，电阻R15的另一端接15V（I），DC-DC转换器Q4的第二端及第三端接地，DC-DC转换器Q4的第四端接无刷电机控制器的3脚。

[0012] 更进一步地，所述温度信号隔离电路包括二极管D17、二极管D18、二极管D19、比较器U6B、比较器U8A、比较器U8B、电阻R24、电阻R16、电阻R20、电阻R21、电阻R17、电阻R18、电阻R22、电阻R25、电阻R15、电阻R19、电阻R26、电阻R27、电阻R28、电容C29、电容C26、电容C25、高线性模拟光耦U2B+、2C、2A，所述电阻R24的一端分别接单片机U1的16脚、电容C29的一端，电容C29的另一端接地，电阻R24的另一端分别接二极管D17的负极、二极管D19的负极、二极管D18的正极，二极管D17的正极接地，二极管D19的正极接地，二极管D18的负极接3.3V，比较器U6B的2脚接电阻R24的另一端，比较器U6B的4脚接地，比较器U6B的5接电阻R16的一端、高线性模拟光耦的正极，电阻R16的另一端接地，比较器U6B的6脚分别接电阻R20的一端、高线性模拟光耦U2B的负极、电容C26的一端，电阻R20的另一端接电阻R24的一端、电容C26的另一端，高线性模拟光耦2A的正极接15V（I），高线性模拟光耦2A的负极接电阻R17的一端，高线性模拟光耦2C的正极接电阻R21的一端，电阻R21的另一端接地，电阻R17的另一端分别接比较器U8A的1脚、电容C25的一端，比较器U8A的8脚接15V（I），比较器U8A的4脚接地，比较器U8A的3脚接高线性模拟光耦2C的正极，比较器U8A的2脚分别接电阻R18的一端、高线性模拟光耦2C的负极、电容C25的另一端，电阻R18的另一端分别接电阻R22的一端、比较器U8B的7脚，比较器U8B的3脚接15V（I），比较器U8B的4脚接地，比较器U8B的5脚分别接电阻R15的一端、电阻R25的一端，电阻R25的另一端接地，比较器U8B的6脚分别接电阻R22的一端、电阻R19的一端，电阻R15的另一端分别接电阻R27的一端、电阻R28的一端，电阻R19的另一端分别接电阻R26的一端、温度信号-I+，电阻R27的另一端接15V（I），电阻R26的另一端接15V（I），电阻R28的另一端接地。

[0013] 进一步地，所述无刷电机控制器的1脚、3脚、7并联后低耗开关的输出端，无刷电机控制器的6脚接24V（I），无刷电机控制器的8脚接无刷电机的1脚，无刷电机控制器的9脚接无刷电机的2脚，无刷电机控制器的10脚接无刷电机的3脚。所述无刷电机即为人工心脏，无刷电机控制器接收主控单元的速度指令，驱动人工心脏运转，并通过反电动势方法检测人工心脏转速；电气安全防护单元通过双隔离技术提高系统的电气安全水平，使其满足相关电气安全标准。

[0014] 进一步地，所述工业串口屏的1脚、2脚接电压VCC端，工业串口屏的3脚接单片机U1的14脚，工业串口屏的4脚接单片机U1的13脚，工业串口屏的5脚、6脚并联后接单片机U1D的12脚，工业串口屏的7脚、8脚接地。

[0015] 本实用新型通过人工心脏的电气信号评价心脏后负荷程度，并通过调节血泵工作状态控制心脏后负荷水平；硬件方面系统由主控单元、无刷电机控制器以及电气安全防护单元构成。其中，主控单元以微控制器为核心，通过检测人工心脏的输入电压、电流、电流信号的高阶导数、转速的搏动程度等电气参数估算心脏的后负荷程度，并采用自动控制算法计算出人工心脏的最佳工作转速，向无刷电机控制器发送速度指令，同时无刷电机控制器能够显示人工心脏的转速与工作电压，并可以设置报警，实现人机对话；无刷电机控制器接收主控单元的速度指令，驱动人工心脏电机运转，并通过反电动势方法检测人工心脏转速；电气安全防护单元通过双隔离技术提高系统的电气安全水平，使其满足相关电气安全标准。
附图说明

[0016] 现在参考附图对本实用新型作进一步描述，其中：

[0017] 图1本实用新型的连接框图；

[0018] 图2为单片机U1的电路图；

[0019] 图3为24V转换为5V的电路图；

[0020] 图4为5V转换为3.3V的电路图；

[0021] 图5为电压检测电路；

[0022] 图6为3.3V转换为VDDA的电路图；

[0023] 图7为滤波器电路图；

[0024] 图8为调试口电路图；

[0025] 图9为屏幕排线的电路图；

[0026] 图10为无刷电机控制器与无刷电机连接的电路图；

[0027] 图11为隔离电源电路；

[0028] 图12为运放辅助电源（隔离）的电路图；

[0029] 图13为低耗开关电路图；

[0030] 图14为转速信号电路图；

[0031] 图15为调速信号电路图；

[0032] 图16为温度信号隔离电路图；

[0033] 图17为单片机、工业串口屏、电气隔离防护单元及无刷电机控制器连接电路原理图。

具体实施方式

[0034] 下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

[0035] 如图1至17所示，一种人工心脏的后负荷智能控制系统，包括主控单元，所述主控单元包括微处理器U1（STM32F100C8T6），所述微处理器U1（STM32F100C8T6）的5脚、6脚接晶振电路， 7脚接复位电路， 8脚接地，9脚接VDDA端，11脚同时接电阻R1的一端及电阻R2的一端， 12、13脚及14脚接工业串口屏，15脚、16脚、31脚及32脚接电气安全防护单元，34脚接调试口P1的3脚，37脚接调试口P1的2脚， 24脚、36脚及48脚并联后接电源电路3.3V端，20脚接地，23脚、35脚及47脚并联后接地，电阻R1的另一端接电压24V，电阻R2的另一端接地，调试口P1的1脚接地，调试口的4脚接电源电路的3.3V端，所述电气安全防护电元通过无刷电机控制器（JY01）与人工心脏连接。

[0036] 进一步地，所述电源电路包括24V转换为5V的电路、5V转换为3.3V的电路、3.3V转换为VDDA的电路及滤波器电路。

[0037] 进一步地，所述电气安全防护单元包括低耗开关电路、调速信号电路、转速信号电路、温度信号隔离电路、将24V转换为24V（I）的隔离电源及将24V（I）转换为15V（I）的运放辅助电源。

[0038] 更进一步地，所述转速信号电路包括二极管D7、二极管D8、二极管D9、光耦U7、电阻R11、电阻R30、三极管Q1，所述二极管D8的正极接地，二极管D8的负极接单片机U1（STM32F100C8T6）的32脚，二极管D7的负极接3.3V，二极管D7的正极接单片机U1（STM32F100C8T6）的32脚，二极管D9的负极接单片机U1（STM32F100C8T6）的32脚，二极管D9的正极接地，电阻R12的一端接单片机U1（STM32F100C8T6）的32脚，电阻R12的另一端接3.3V，光耦U7的输出端的集电极与单片机U1（STM32F100C8T6）的32脚连接，光耦U7的输出端的发射极接地，光耦U7的输入端的负极接地，光耦U7的输入端的正极同时接电阻R11的一端及三极管Q1的集电极，电阻R11的另一端接15V（I）,三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的基极通过电阻R20与无刷电机控制器（JY01）的4脚连接。

[0039] 更进一步地，所述调速信号电路包括二极管D10、二极管D11、二极管D12、二极管D13、电阻R9、电阻R7、电阻R8、电阻R6、电阻R10、比较器U6A、比较器U1（STM32F100C8T6）0B、高线性模拟光电耦合器1A、1C、电容C23、C27，所述二极管D10的负极与单片机U1（STM32F100C8T6）的15脚连接，二极管D10的正极接地，二极管D11的正极接单片机U1（STM32F100C8T6）的15脚，二极管D11的负极接3.3V，二极管D7的负极接单片机U1（STM32F100C8T6）的15脚，二极管D7的正极接地，电阻R9的一端接单片机U1（STM32F100C8T6）的15脚，电阻R19的另一端同时接电容C27的一端、二极管D13的负极及比较器U6A的2脚，比较器，二极管D13的正极分别接比较器U6A的3脚、电阻R7的一端，电阻R7的另一端接地，比较器U6A的8脚接5V，比较器U6A的4脚接地，比较器U6A的1脚分别接电容C27的另一端、电阻R8的一端，电阻R8的另一端接高线性模拟光电耦合器1A的负极，高线性模拟光电耦合器1A的正极接5V，高线性模拟光电耦合器1C的正极分别接电阻R10的一端、比较器U1（STM32F100C8T6）0B的5脚，高线性模拟光电耦合器1C的负极分别接比较器U1（STM32F100C8T6）0B的6脚、电阻R6的一端、电容C23的一端，电阻R10的另一端接地，电阻R6的另一端与比较器U1（STM32F100C8T6）0B的7脚连接，电容C23的另一端与电阻R6的另一端连接，比较器U1（STM32F100C8T6）0B的8脚接15V（I），比较器U1（STM32F100C8T6）0B的4脚接地，比较器U1（STM32F100C8T6）0B的7脚接无刷电机控制器（JY01）的2脚。

[0040] 更进一步地，所述低耗开关电路包括二极管D14、二极管D15、二极管D16、电阻R23、电阻R13、电阻R5、三极管Q2、三极管Q3、光耦U9、DC-DC转换器Q4，所述二极管D14的负极与单片机U1（STM32F100C8T6）的31脚连接，二极管D14的正极接地，二极管D15的负极接单片机U1（STM32F100C8T6）的31脚，二极管D15的正极接地，二极管D16的正极接单片机U1（STM32F100C8T6）的31脚，二极管D16的负极接3.3V，电阻R30的一端接单片机U1（STM32F100C8T6）的31脚，电阻R30的另一端接三极管Q3的基极，三极管Q3的集电极接地，三极管Q3的发射极分别接电阻R23的一端、光耦U9输入端的正极，电阻R23的另一端接5V，光耦U9的输入端的负极接地，光耦U9的输出端的发射极接地，光耦U9的输出端的集电极分别接电阻R13的一端、三极管Q2的基极，电阻R13的另一端接15V（I），三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极分别接电阻R15的一端、DC-DC转换器Q4的第一端，电阻R15的另一端接15V（I），DC-DC转换器Q4的第二端及第三端接地，DC-DC转换器Q4的第四端接无刷电机控制器（JY01）的3脚。

[0041] 更进一步地，所述温度信号隔离电路包括二极管D17、二极管D18、二极管D19、比较器U6B、比较器U8A、比较器U8B、电阻R24、电阻R16、电阻R20、电阻R21、电阻R17、电阻R18、电阻R22、电阻R25、电阻R15、电阻R19、电阻R26、电阻R27、电阻R28、电容C29、电容C26、电容C25、高线性模拟光耦U2B+、2C、2A，所述电阻R24的一端分别接单片机U1（STM32F100C8T6）的16脚、电容C29的一端，电容C29的另一端接地，电阻R24的另一端分别接二极管D17的负极、二极管D19的负极、二极管D18的正极，二极管D17的正极接地，二极管D19的正极接地，二极管D18的负极接3.3V，比较器U6B的2脚接电阻R24的另一端，比较器U6B的4脚接地，比较器U6B的5接电阻R16的一端、高线性模拟光耦U2B的正极，电阻R16的另一端接地，比较器U6B的
6脚分别接电阻R20的一端、高线性模拟光耦U2B的负极、电容C26的一端，电阻R20的另一端接电阻R24的一端、电容C26的另一端，高线性模拟光耦2A的正极接15V（I），高线性模拟光耦
2A的负极接电阻R17的一端，高线性模拟光耦2C的正极接电阻R21的一端，电阻R21的另一端接地，电阻R17的另一端分别接比较器U8A的1脚、电容C25的一端，比较器U8A的8脚接15V（I），比较器U8A的4脚接地，比较器U8A的3脚接高线性模拟光耦2C的正极，比较器U8A的2脚分别接电阻R18的一端、高线性模拟光耦2C的负极、电容C25的另一端，电阻R18的另一端分别接电阻R22的一端、比较器U8B的7脚，比较器U8B的3脚接15V（I），比较器U8B的4脚接地，比较器U8B的5脚分别接电阻R15的一端、电阻R25的一端，电阻R25的另一端接地，比较器U8B的
6脚分别接电阻R22的一端、电阻R19的一端，电阻R15的另一端分别接电阻R27的一端、电阻R28的一端，电阻R19的另一端分别接电阻R26的一端、温度信号-I+，电阻R27的另一端接15V（I），电阻R26的另一端接15V（I），电阻R28的另一端接地。

[0042] 进一步地，所述无刷电机控制器（JY01）的1脚、3脚、7并联后低耗开关的输出端，无刷电机控制器（JY01）的6脚接24V（I），无刷电机控制器（JY01）的8脚接无刷电机的1脚，无刷电机控制器（JY01）的9脚接无刷电机的2脚，无刷电机控制器（JY01）的10脚接无刷电机的3脚。所述无刷电机即为人工心脏，无刷电机控制器（JY01）接收主控单元的速度指令，驱动人工心脏运转，并通过反电动势方法检测人工心脏转速；电气安全防护单元通过双隔离技术提高系统的电气安全水平，使其满足相关电气安全标准，所述无刷电机即为人工心脏。

[0043] 进一步地，所述工业串口屏的1脚、2脚接电压VCC端，工业串口屏的3脚接单片机U1（STM32F100C8T6）的14脚，工业串口屏的4脚接单片机U1（STM32F100C8T6）的13脚，工业串口屏的5脚、6脚并联后接单片机U1（STM32F100C8T6）D的12脚，工业串口屏的7脚、8脚接地。

[0044] 进一步地，所述主控单元内设有自动控制计算方法，所述自动控制计算方法包括以下步骤：主控单元先通过调理电路检测输入电压、电流传感器检测电流、反电动势检测人工心脏的转速，再通过采样技术获得电流随时间变化的数据；再通过主控单元计算信号的高阶电流参数，根据之前采样到的转速的数据，计算出每分钟的搏动程度，根据公式1估算心脏的后负荷程度，并根据预最佳心脏后负荷设定值，采用PID或者PI控制算法计算出人工心脏的最佳工作转速，公式1

[0045]

[0046] 其中EAL表示心脏后负荷程度，是与人工心脏转动角速度相关系数，与分别表示人工心脏的电压与电流平均值，K为系数，表示电流一阶导数，分别表示一个心动周期内人工心脏转速的最大值、最小值与平均值；将等效后负荷EAL作为控制变量，计算EAL设定值与实际计算值之间的偏差，将偏差输入PID算法，PID的输出为转速的增量，具体计算过程如下：

[0047] 第一，计算EAL的偏差值△EAL；

[0048] 第二，计算EAL偏差值的微分变量d△EAL/dt；

[0049] 第三，计算EAL偏差值的积分变量Σ△EAL*dt；

[0050] 第四，根据公式：△Speed=K*△EAL+I*d△EAL/dt+D*Σ△EAL*dt计算速度增量；

[0051] 第五，叠加之前的速度，更新当前是可得速度；

[0052] 第六，重复第一至第五步。

[0053] 具体用例：

[0054] 本实用新型的一种人工心脏的后负荷智能控制系统，其中心脏后负荷为，

[0055] 通过驱动实验、体外流体测试以及电气安全性与电磁兼容性实验，人工心脏控制系统各项性能均达到合同规定指标，并且满足国家医疗仪器电气安全与电磁兼容性标准。并且在测试中，心脏后负荷估算误差小于10%，控制系统的控制心脏后负荷的误差小于5%。
采用体外循环台对人工心脏系统进行整体流体性能测试。

[0056] 智能控制系统调节控制下血泵的压力、流量、转速参数测试记录表，结果如表1所示：

[0057]

[0058] 根据以上统计表（表1），绘制“‘转速—压力—流量’关系曲线图”如下：

[0059]

[0060] 由测试结果可知，人工心脏控制系统能够控制人工心脏满足人体正常灌注需求，并且速度搏动与灌注性能均达到临床与安全检测要求。

[0061] 以上所揭露的仅为本实用新型的优选实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。应当理解，以上的描述意图在于说明而非限制。例如，上述实施例(和/或其方面)可以彼此组合使用。此外，根据本实用新型的启示可以做出很多改型以适于具体的情形或材料而没有偏离本实用新型的范围。通过阅读上述描述，权利要求的范围和精神内的很多其它的实施例和改型对本领域技术人员是显而易见的。

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一种人工心脏的后负荷智能控制系统

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