本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种基于闭环反馈的精确控制注射泵输液量的装置。
背景技术：
医用注射泵是一种能够长时间、微量、均匀、精确地将药物注射到患者体内，以达到最佳治疗效果的仪器，主要用于动静脉微量输液、抗休克治疗、肠内管饲养、抗生素摄入、麻醉剂注射及其它特殊贵重药物的微量注射，可避免人为操作的误差和不确定性，医用注射泵已经从特殊病人的使用延伸到普通病人的使用。
控制输液量精度是医用注射泵的核心任务之一，精度指标是国产注射泵与进口注射泵的主要差别之处。现有的检测输液量的方法多采用开环控制，即通过控制输出脉冲的个数和频率控制输注的药液量，或者通过电机位置传感器控制输注的药液量，这两种控制方法在电机发生失步或堵转的情况下，导致少输液和不连续输液，而且加减速过程中输液量的计算也较为复杂。
技术实现要素：
本发明采用闭环控制，实时检测注射器推杆运动的位置，并反馈至微处理器，微处理器根据反馈值、输液速度和预输液量，微调脉冲个数和脉冲频率，控制注射器运动，从而达到精确输液的目的。
本发明采用以下的技术方案：
一种基于闭环反馈的控制注射泵输液量的装置，包括控制结构、步进电机、注射器和传感器结构，所述控制结构与步进电机相连，步进电机通过丝杠与注射器相连接，注射器与传感器结构相连，传感器结构与控制结构相连；
所述控制结构包括arm处理器和电机驱动器，arm处理器与电机驱动器相连，arm处理器控制电机驱动器运行，电机驱动器与步进电机相连，驱动步进电机运行；
传感器结构包括位置传感器，位置传感器与arm处理器相连。
优选地，所述位置传感器为直线式滑行电位器，注射器包括推杆，直线式滑行电位器与推杆相连，直线式滑行电位器随推杆同步运动，直线式滑行电位器能够检测推杆推动过程中的电压值，并将电压值反馈给arm处理器处理。
优选地，所述丝杠上设置有滑块，丝杆带动滑块做直线运动，滑块与注射器的推杆相连，并带动推杆运动。
优选地，所述控制结构还包括显示操作屏。
优选地，所述arm处理器的型号为stm32f407。
优选地，所述步进电机为二相混合式步进电机。
本发明具有的有益效果是：
本发明提供的基于闭环反馈的控制注射泵输液量的装置，利用闭环控制和传感检测技术实现注射泵输液量的精确控制，arm处理器产生脉冲信号，驱动步进电机推动注射器输注药液，位置传感器实时采集注射器推杆运动的位置值，并上传至arm处理器，微处理器经过分析、计算，得出已输药液量，根据已输量和预输量的差值，调节脉冲信号，控制电机运动，从而实现闭环精确输液。本发明创新地将价格低廉、易于控制的直线式滑行电位器用作检测注射器推杆运动位置的传感器，并实现闭环控制，不仅提高了输液量的检测精度，而且还能减少软件计算的工作量。
附图说明
图1为基于闭环反馈的控制注射泵输液量的装置的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体的说明：
结合图1，一种基于闭环反馈的控制注射泵输液量的装置，包括控制结构、步进电机、注射器和传感器结构。
其中，控制结构与步进电机相连，步进电机为二相混合式步进电机。步进电机通过丝杠与注射器相连接，注射器与传感器结构相连，传感器结构与控制结构相连。
控制结构包括arm处理器、电机驱动器和显示操作屏，arm处理器的型号为stm32f407，arm处理器是整个系统的控制核心。
arm处理器与电机驱动器相连，arm处理器控制电机驱动器运行，电机驱动器与步进电机相连，电机驱动器将arm处理器产生的脉冲信号按一定的时序分配给步进电机使用，驱动步进电机运动。
arm处理器与显示操作屏相连，显示操作屏具有界面显示、操作控制等功能。
传感器结构包括位置传感器，位置传感器为直线式滑行电位器，直线式滑行电位器与arm处理器相连。
注射器包括推杆，直线式滑行电位器与推杆相连，直线式滑行电位器随推杆同步运动，直线式滑行电位器能够检测推杆推动过程中的电压值，并将电压值反馈给arm处理器处理。
直线式滑行电位器是实现闭环控制的关键元件，利用高精度直线式滑行电位器减小了因电机失步、堵转所造成的误差。
丝杠上设置有滑块，丝杆带动滑块做直线运动，滑块与注射器的推杆相连，并带动推杆运动。
该基于闭环反馈的控制注射泵输液量的装置的运行过程大致为：
首先arm处理器根据注射器规格、输液速度和传动机构的参数，计算产生pwm脉冲信号的频率，计算公式如式(1)所示，
其中，f脉冲为驱动电机的脉冲频率；
f注射为注射药液速度；
v规为注射器刻度容量值；
l规为注射器零刻度值至最大刻度值的长度；
α为步进电机步距角；
λ为步进电机细分比；
m为丝杠导程。
然后电机驱动器细分脉冲信号，并分配给步进电机，步进电机在驱动信号的作用下，带动精密丝杠做旋转运动；精密丝杠带动设置在其上的滑块做直线运动，滑块推动注射器推杆进行输注药液，同时直线式滑行电位器随推杆同步运动，直线式滑行电位器检测推杆推动过程中的电压值，并将检测到的电压值交给arm处理器的16位adc模块处理，最后arm处理器将电压值转化为位移值，计算已输注药液量，计算公式如式(2)所示，根据已输量、预输量和注射速度的值，再次控制pwm脉冲信号的产生，从而实现闭环精确输液。
其中，v规为注射器刻度容量值；
l规为注射器零刻度值至最大刻度值的长度；
v已注表示注射器已注射药液体积；
l已注表示注射器已注射药液长度；
l位置表示位置传感器的最大长度；
q位置表示位置传感器采集的最大电压所对应的16位adc值；
δq已注表示位置传感器采集的注射器运动的当前位置电压与起始位置电压所对应的16位adc值之差。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。