CN101757709B - 流速采集方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种流速采集方法，包括以下步骤：步骤一，获取N个AD转换信号；步骤二，对N个AD转换信号进行二次滤波，以获取一个二次滤波信号；以及步骤三，对二次滤波信号进行处理，以获取当前流速，并返回步骤一。其中，所述步骤一包括：a.感测流速信号并将其转换为电平信号，b.对电平信号进行一次滤波，以获取一次滤波信号，以及c.对一次滤波信号进行AD转换，以获取AD转换信号。

Description

流速采集方法和装置
技术领域
本发明涉及一种流速采集方法和装置，更具体地，涉及一种用于呼吸机的流速采集方法和装置。
背景技术
在诸如呼吸机、麻醉机的器材中，通常具有电子的流量采集系统，用于对器材中气体的流速流量进行实时监控。
目前常见的电子流量采集系统一般是直接将流量传感器的电压信号进行电压转换，如符合现场的ADC输入条件，则直接输入进行ADC转换。对转换后的数字量，直接以程序查表或者曲线拟合的单一方式进行计算，从而得到流速值。在这种传统方法的处理过程中，由于采集系统抗干扰能力差，现场的其它无用信号对采集系统形成干扰，造成系统无法最大限度地对有用的电压信号进行精确采集，故降低了系统采集的精度。同时，由于算法单一，经常会出现不是需要的基础数据太多，就是曲线拟合的计算量太大的情况，造成了采集系统响应的速度较慢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗干扰能力强的流速采集方法和装置。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种流速采集方法，包括以下步骤：步骤一，获取N个AD转换信号；步骤二，对N个AD转换信号进行二次滤波，以获取一个二次滤波信号；以及步骤三，对二次滤波信号进行处理，以获取当前流速，并返回步骤一。其中，所述步骤一包括：a.感测流速信号并将其转换为电平信号，b.对电平信号进行一次滤波，以获取一次滤波信号，以及c.对一次滤波信号进行AD转换，以获取AD转换信号。
其中，步骤二包括：确定N个AD转换信号中的最大值MAX；确定N个AD转换信号中的最小值MIN；对N个AD转换信号进行累加得到SUM；以及求得N个AD转换信号的平均值(SUM-MAX-MIN+4)/(N-2)。
此外，步骤三包括：将二次滤波信号与预定信号相比较；以及当二次滤波信号小于预定信号时，通过查询二次滤波信号与当前流速的关系表来计算当前流速；而当二次滤波信号大于预定信号时，按照二次滤波信号与当前流速之间的函数关系根据二次滤波信号来计算当前流速。
其中，所述一次滤波是低通滤波。
本发明另一方面提供了一种流速采集装置，包括：流速传感装置，用于感测流速信号并将其转换为电平信号；一次滤波装置，对电平信号进行一次滤波，以获取一次滤波信号；以及处理装置，对一次滤波信号进行处理。处理装置包括：AD转换模块，用于对一次滤波信号进行AD转换，以获取AD转换信号；二次滤波模块，用于对N个AD转换信号进行二次滤波处理，以获取一个二次滤波信号；以及流速运算模块，对二次滤波信号进行运算，以获取当前流速。
其中，所述流速运算模块包括：比较模块，将二次滤波信号与预定信号相比较；第一处理模块，当二次滤波信号小于预定信号时，通过查询二次滤波信号与当前流速的关系表来计算当前流速；以及第二处理模块，当二次滤波信号大于预定信号时，按照二次滤波信号与当前流速之间的函数关系根据二次滤波信号来计算当前流速。
其中，所述一次滤波装置是低通滤波器。
本发明从硬件电路和软件方面实现了对流速采集系统中电信号的滤波处理，为吸气潮气量的精确获取提供可靠的保障，减小了外界干扰、温漂、零漂的干扰，从而使检测更为可靠。此外，由于对算法进行了优化，流速采集系统的响应速度也得到了提高。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的流速采集装置的框图；
图2是根据本发明实施例的二次滤波处理的流程图；
图3是根据本发明实施例的流速采集方法的流程图；
图4是根据本发明实施例的内存中AD值与流速值的关系表；以及
图5是根据本发明实施例的进行曲线拟合的示意图。
具体实施方式
本技术方案是，由于经常出现现场采集的信号被干扰的情况，在硬件上首先利用滤波电路，对流量传感器输出的电压信号进行滤波降噪处理，经过处理后的模拟量信号经过MCU的ADC进行模-数转换，转换后的数字信号再次在MCU内部进行软件上的滤波计算，实现二次滤波处理，从而得到较为精确的信号量。由于压差式传感器的特性及气体流经气路本身的特性，决定了最终输出的流速值与经过ADC转化后的数字量之间的关系是非线性的。对此，本方案采取分区间的方式进行处理：对于小流速区间，采用程序查表的方式进行计算，克服了复杂曲线拟合运算量大的不足。对于大流速区间，采用二次曲线拟合的方式进行计算，避免了程序查表需要大量基础数据的不足。
下面参考附图，详细说明本发明的具体实施方式。
图1是根据本发明实施例的用于流速采集系统的装置的框图。本发明共涉及三个部分，分别是流量传感器(A)、滤波电路(B)和单片机MCU(C)。
流量传感器(A)将流速信号流速V(1)转化为0～5V的电压信号(2)。为了滤除硬件系统中的其它信号对电压信号(2)的干扰，该电压信号经过滤波电路(B)进行滤波处理，然后转变为模拟信号(3)。其中，滤波电路(B)可以是低通滤波器。在本例中，单片机MCU(C)包含了AD转换的功能，模拟信号(3)直接接入MCU的ADC采集通道，进行AD转换后，由模拟量变为数字量。
采集得到的数字量在单片机MCU(C)中的软件处理过程如图2所示。首先，进程(4)读取当前通道的AD值，经过循环的比较计算，由进程(5)、进程(6)和进程(7)求得当前队列的最大值、最小值和当前队列全部数据的累加值，当读取数据个数超过队列设定个数时，进程(8)进行计算，求得本段时间内的一个较为精确的AD值。
对得到的AD值进行处理的软件流程图如图3所示。由进程(9)对取得的AD值进行判断，确定其所处的流速范围。如判断当前AD值处于小流速区，则进程(10)开始查表计算，找出与输入的AD值对应的流速值。其中，内存中的AD值与流速值的映射关系是通过实验得到的，如图4所示。如判断当前AD值处于大流速区，则进程(11)开始根据公式Y＝aX2+bX+c进行计算，得到当前的实际流速值Y。其中，X为输入的AD值，a，b，c为根据图5所示方式进行曲线拟合后得到的函数系数。在图5中，我们可以看到，通过曲线拟合计算得到了该曲线的函数关系为：Y＝-0.013X2+5.7X+65。已知X，就可求得Y值。我们可以看到，为了简化运算的程序，图5中的横轴AD值是由真实AD值减去602而得到的，即，图5中横轴的0值实际上是0+602，横轴上的其他点依此类推。其中，602是图4中存储于内存中的最大AD值。
综上所述，本发明的精确性和可靠性都容易保证。通过对信号进行了硬件和软件上的滤波，从而大大提高了流速测量的精度，实现了精确而快速的测量，为医生临床应用精确地提供诊断的依据。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种流速采集方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，获取N个AD转换信号，所述步骤一包括：
a.感测流速信号并将其转换为电平信号，
b.对所述电平信号进行一次滤波，以获取一次滤波信号，以及
c.对所述一次滤波信号进行AD转换，以获取AD转换信号；
步骤二，对所述N个AD转换信号进行二次滤波，以获取一个二次滤波信号；以及
步骤三，对所述二次滤波信号进行处理，以获取当前流速，并返回步骤一，其中，所述步骤三包括：将所述二次滤波信号与预定信号相比较；以及当所述二次滤波信号小于所述预定信号时，通过查询所述二次滤波信号与当前流速的关系表来计算当前流速；而当所述二次滤波信号大于所述预定信号时，按照所述二次滤波信号与当前流速之间的函数关系根据所述二次滤波信号来计算当前流速。
2.根据权利要求1所述的流速采集方法，其特征在于，步骤二包括：
确定所述N个AD转换信号中的最大值MAX；
确定所述N个AD转换信号中的最小值MIN；
对所述N个AD转换信号进行累加得到SUM；以及
求得所述N个AD转换信号的平均值(SUM-MAX-MIN+4)/(N-2)，其中，所述平均值为所述二次滤波信号。
3.根据权利要求1或2所述的流速采集方法，其特征在于，所述一次滤波是低通滤波。
4.根据权利要求1所述的流速采集方法，其特征在于，所述关系表是通过实验测量对应于每个离散的二次滤波信号的当前流速而获取的。
5.根据权利要求1所述的流速采集方法，其特征在于，通过进行实验来获取代表所述二次滤波信号与当前流速之间的关系的离散曲线，并对该曲线进行曲线拟合，以获取所述函数关系。
6.一种流速采集装置，其特征在于，包括：
流速传感装置，用于感测流速信号并将其转换为电平信号；
一次滤波装置，对所述电平信号进行一次滤波，以获取一次滤波信号；以及
处理装置，对所述一次滤波信号进行处理，所述处理装置包括：
AD转换模块，用于对所述一次滤波信号进行AD转换，以获取AD转换信号；
二次滤波模块，用于对N个AD转换信号进行二次滤波处理，以获取一个二次滤波信号；以及
流速运算模块，对所述二次滤波信号进行运算，以获取当前流速，其中，将所述二次滤波信号与预定信号相比较；以及当所述二次滤波信号小于所述预定信号时，通过查询所述二次滤波信号与当前流速的关系表来计算当前流速；而当所述二次滤波信号大于所述预定信号时，按照所述二次滤波信号与当前流速之间的函数关系根据所述二次滤波信号来计算当前流速。
7.根据权利要求6所述的流速采集装置，其特征在于，所述流速运算模块包括：
比较模块，将所述二次滤波信号与预定信号相比较；
第一处理模块，当所述二次滤波信号小于所述预定信号时，通过查询所述二次滤波信号与当前流速的关系表来计算当前流速；以及
第二处理模块，当所述二次滤波信号大于所述预定信号时，按照所述二次滤波信号与当前流速之间的函数关系根据所述二次滤波信号来计算当前流速。
8.根据权利要求6所述的流速采集装置，其特征在于，所述一次滤波装置是低通滤波器。
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