开题报告电子信息工程医院点滴自动控制系统的设计 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义21世纪是信息技术高度发达的时代，也是智能控制飞速发展的黄金时期。
智能化已逐渐成为当今科技社会发展的主旋律。
21世纪过去的头十年，先后涌现了建筑智能化、家居智能化、医院智能化等一系列全新的生活概念。
随着经济社会的不断飞速发展，医院智能化系统已经成为衡量一个医院现代化水平的重要标准。
通过将先进的计算机技术、通信技术、网络技术、自动化控制技术等应用于现在医院中不仅可以更好的节省人力资源，降低能源消耗、提高医院内工作效率；而且还能使现代化医院服务更加人性化，促进现代医院更加高效、稳定地运行。
智能化医院建设的目标就是要实现对医院的安全、设备、信息的有效管理；使智能化系统能为医院业务管理、设备运行以及对外服务提供一个运行平台，提供高效率、高质量的管理和服务；实现医院建筑管理自动化、医疗管理自动化、安全防范多媒体化、办公管理智能化；最终形成诊疗手段完备、管理科学、信息一体化、高效节能的信息化、数字化医院。
医院智能化系统主要包括医用信息智能系统、建筑自动化管理系统、通信网络系统及智能化基础平台四个方面。
而实现这些系统功能的核心理论是自动控制理论。
一般的自动控制系统包括控制器、传感器、被控对象、执行器等部分。
(1)、控制器：从最初的单一地以计算机作为控制系统的控制器，到如今各种各样功能齐全的微控制器，控制器的发展经历了几次质的飞跃。
控制器的发展正朝着微型、低功耗、功能齐全等方面发展。
应用最为广泛的微控制器包括51、PIC、AVR等系列的单片机，还包括DSP、ARM芯片等功能齐全的控制器。
未来单片机发展的主要方向是在提高CPU的处理能力的同时兼顾系统的功耗、体积、价格、性能等因数。
最近几年32位的单片机已越来越受到人们的青睐，处于领先地位的如ARM嵌入式处理器系列。
不久之前最新的64位单片机也已经问世，例如东芝公司的TX49系列和TX99系列单片机。
(2)、传感器：是一种以一定精确度把被测量对象（主要是非电量）转换为与之有确定关系、便于应用的某种物理量（主要是电量）的装置。
目前，应用最为广泛的主要包括光电传感器、温度传感器、霍尔传感器、压电传感器等。
未来传感器的发展趋势将朝着一器多能，智能化等方面发展，即一个传感器可检测多个参数，与微处理器结合使传感器不仅具有检测功能，还具有信息处理、逻辑判断、自动诊断等功能。
(3)、控制算法：目前自动控制系统的控制算法包括：PID控制算法、Fuzzy模糊控制算法、Optimal优化控制算法、Robust控制算法、神经网络控制算法、模型预测控制算法，智能控制算法等。
PID控制算法是工业生产中最普遍采用的控制方法。
目前出现的新型PID控制算法还包括自适应PID控制、智能PID控制、模糊PID控制、神经网络PID控制等，国际上最新型的PID控制器是基于遗传算法的PID控制器。
用遗传算法实现PID控制器参数寻优，遗传算法在参数寻优速度和有效性方面具有明显的优势，寻优简单，效率高，是用于PID控制器参数优化的理想方法。
(4)、通信技术：目前，国内外都在致力于基于电力线通信的研究，最近几年，基于电力线通信的技术取得了突飞猛进的成就，欧美等一些发达国家已发展到实际应用阶段。
电力线通信技术的英文简称为PLC（Power Line Communication），是指利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式。
国外对于PLC应用的研究,主要分为欧洲和美国两大阵营。
欧洲主要研究PLC在Internet高速接入网上的应用,而美国则把主要研究精力放在PLC在智能小区建设以及智能家电领域的应用上，包括远程抄表和家居自动化方面。
我国研究PLC技术起步较晚,但发展较快。
自1997年以来,国内有关电力线调制解调器的研制发开发工作陆续见报。
中国电力科学研究院自1997年开始研究PLC技术,主要考虑将其用于低压抄表系统,对传输速率要求较低,自1999年5月开始进行高速PLC系统的研发工作, 2000年同韩国KEYIN公司在华北电力大学和电科院宿舍测试,速率为1Mbit/s。
福建省电力试验研究院在全国首先推出应用于电力线上网的电力调制解调器,传输速度达到10Mbit/s。
自动控制发展的高级阶段即为智能控制，是人工智能、控制论、系统论、信息论、仿生学等学科的高度综合和集成。
一般认为智能控制与传统控制是密不可分的，而不是相互排斥的，传统控制往往包含在智能控制之中．传统控制在某种程度上可以认为是智能控制发展中的低级阶段。
国外智能控制的发展概况：人工智能的发展促进自动控制向智能控制发展。
1965年傅京孙教授首先把人工智能启发式推理规则引入学习控制系统，奠定了智能控制的基础，开创了智能控制理论的新时代。
经过半个世纪的发展，国外已经实现了智能控制的实际应用，比如智能家居、只能办公系统、智能医院等一系列的智能化设施全都是以智能控制为核心的。
目前，智能控制技术在美国、欧洲和日本等发达国家得到了飞速发展。
在人工智能技术领域十分活跃的IBM 公司，已经为加州劳伦斯·利佛摩尔国家实验室制造了ASCI White 电脑，号称具有人脑的千分之一的智力能力。
而正在开发的更为强大的新超级电脑———“蓝色牛仔”（Blue Jean），据其研究主任保罗·霍恩称，“蓝色牛仔”的智力水平将大致与人脑相当。
国内智能控制的发展概况：近年来对智能控制的研究也开始活跃并涌现出热潮。
除召开一些与只能控制有关的学术会议（比如中国自动化学会召开的全球华人智能控制与智能自动化大会；中国智能自动化学术会议等）外，在智能控制的研究方面也取得了突破性的进展（如浙江大学、中国科学院自动化研究所等已经取得一批重要成果）。
家居智能化、医院智能化、办公智能化等基于智能控制系统的现代化生活方式正悄然兴起。
技术的发展总是超乎人们的想象，要准确地预测人工智能的未来是不可能的，但是，从目前的一些前瞻性研究可以看出，未来人工智能可能会向以下几个方面发展:模糊处理、并行化、神经网络和机器情感等。
目前医院点滴自动控制系统主要采用8位单片机作为主控制器；以I2C总线作为单片机主机和从机的通信总线，该方案至少需要三根通信线；而对滴速的控制，主要是由单片机通过控制步进电机的转动来调整点滴瓶的高度进而调整点滴的滴速。
该方案的缺点和不足之处在于调整点滴瓶高度的落差较大，这就难免造成调整时间的延长，对系统的准确性和实时性提出考验；另外若考虑较快的拖动速度则就需要电极具备较大的拖动力，这是一般的小电机无法达到的，若换较大拖动力的电机则需要考虑成本问题。
最后，采用三线方式的通信也存在一定的不足，最好的办法是采用CAN现场总线的方式既能保证通信的可靠性，也能保证系统的实时性，但单片机不支持CAN总线的通信方式。
由于医院点滴自动控制系统对节省医院人力、物力资源，保证输液顺利安全进行，对保障患者生命健康安全，减轻医护人员工作负担等方面具有突出的贡献，也符合目前国家大力提倡的医院智能化建设方针，所以研究出一套完美的医院点滴自动控制系统是十分必要的。
本设计基于单片机作为系统主控制器，通过光电检测技术监控液体点滴的滴速；使用两根电力线作为通信线，依据电力线载波通信的原理实现单片机主控制器和从站的通信；由单片机输出PWM 波控制步进电机的转动，达到控制输液管管径大小的目的，从而达到控制点滴速度的目标,并且在控制过程中引入了增量式的PID控制算法。
二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：本设计基于单片机作为系统主控制器，通过光电检测技术监控液体点滴的滴速；使用两根电力线作为通信线，依据电力线载波通信的原理实现单片机主控制器和从站的通信；由单片机输出PWM 波控制步进电机的转动，达到控制输液管管径大小的目的，从而达到控制点滴速度的目标。
并在控制过程中引入了增量式的PID控制算法。
旨在利用目前最流行的电力线载波通信原理解决传统单片机间通信的实时性和可靠性问题以及通过增量式的PID控制算法的引入，解决传统点滴自动控制系统的可靠性不足和精确度不高的问题。
三、研究步骤、方法及措施：1．系统总体方案的设计；2．电路原理图设计；3．系统程序软件设计；4．根据原理图设计制作PCB电路板；5．电路的焊接，软件与硬件联合调试；6．论文的撰写；前期通过查阅大量相关技术文档，完成系统总体方案的设计；将系统分成若干子系统，逐步完成各个子系统的搭建；最后完成整个系统的组装和软硬件的联合调试，并对整个作品进一步完善。
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