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无针注射是一种新型透皮给药方法,具有疼痛感低、皮肤损伤小、药物吸收快。近些年来无针注射在动物疫苗注射、人体眼部注射、药物注射等多个领域迅速发展。由于应用领域及年龄的差异,传统的无针注射器主要以弹簧为动力,只能单次注射。难以根据物种和人体皮肤属性的不同,进行适当调节注射剂量和注射压强,导致注射效果不理想。为了克服这一缺点本文设计一种基于STM32控制的音圈电机无针注射系统,该系统具有连续注射、驱动力双向可调、剂量可调、安瓿喷出药液最高压强可调。 首先,对无针注射系统需求进行分析,确定了系统的整体设计方案。对安瓿结构进行设计,并对主要部件进行选型,确定了无针注射系统的最大注射压强和注射剂量。对音圈电机硬件电路和软件系统进行了设计。 其次,建立音圈电机和无针注射的数学模型,由线圈数学模型得出电压和线圈位移之间的传递函数,分析了无针注射中线圈动态特性和位置的吸药最佳控制参数。建立了无针注射的数学模型,得出了安瓿喷孔射流喷射压强和音圈电机无针注射参数(线圈起始电流、线圈电阻、安瓿喷孔直径等)之间的关系式。 再次,对音圈电机控制方法进行了介绍,最终采用双极性可逆PWM控制线圈输入电流,对线圈的脉动电流进行分析。分析简化电流环的传递函数,对电流环进行仿真,选取电流环的最佳PI控制参数,搭建实验平台对电流环流响应速度进行实验分析。 最后,为了验证系统的性能,搭建了压强实时检测系统,为了确保实时压强采集的准确性,设计了触力传感器的放大滤波电路,并且对触力传感器进行了压力校正,得到了传感器输出电压和砝码质量的拟合曲线。为了确保吸药的准确性,对位置传感器进行校正,得出传感器位置和输出电压的数学关系式。通过改变线圈电流和药液初始剂量,研究对药液射流最大压强的影响,实验结果验证了数学模型。对注射系统进行动物活体荧光标记试验,实验表明无针注射药物扩散效果好于有针注射。