CN104546277B - 自动脉冲冷敷系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动脉冲冷敷系统包括空气制冷单元，其蒸发器设在大水箱中，还包括小水箱、隔膜泵、冰囊和大水箱组成的循环路径；中央处理单元，中央处理单元分别与空气制冷单元的压缩机和第一温度传感器电连接。中央处理单元采集第一温度传感器的数值，根据所采集的温度值控制压缩机；同时中央处理单元输出PWM波给脉冲控制电路，该脉冲控制电路根据PWM波输出可调电压给隔膜泵，使隔膜泵的转速变化，并输出不同压力的水进入冰囊内。冷敷方法为，由压缩机将大水箱内的水制冷降温，再由隔膜泵将水循环进入冰囊内，从而实现对患处的冷敷治疗。同时本发明的隔膜泵还能输出不同压力的水进入冰囊内，还实现了对患处的按摩，进一步增加了冷敷的效果。

Description

自动脉冲冷敷系统

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种自动脉冲冷敷系统。

背景技术

冷敷法是治疗方法之一，目前使用的冷敷治疗方式大多为：用冰袋或冷湿毛巾敷于病变部位，主要目的是促使局部血管收缩，控制小血管的出血和减轻张力较大肿块的疼痛，达到消肿止痛之功效；高热病人，敷于头额、颈后可降低体温、改善不适感。尤其是在医院中，冷敷是作为临床治疗和护理高温患者比较重要的措施，但冷水和冰块冷敷的方式都是不能控制冷源温度的，而且还会渗湿其它用品，给临床医疗带来众多不便。

为了提高冷敷治疗效果，要求患处与携带冷敷水的部件之间稳定接触，还要求冷敷过程中的温度恒定可控。因此本领域技术人员，急需设计一种冷敷治疗效果佳、使用方便的冷敷治疗系统，来解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动脉冲冷敷系统，该冷敷系统使冷敷治疗自动恒温进行，同时本冷敷系统对患处实施自动按摩治疗，从而使冷敷效果更佳。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种自动脉冲冷敷系统包括空气制冷单元，所述空气制冷单元的蒸发器设置于一个大水箱中，所述大水箱的出水端与一个小水箱的进水端连接，所述小水箱的出水端与隔膜泵的进口端连接，所述隔膜泵的出口端与一个用于绑住患处的冰囊的进水管连接，所述冰囊的出水管与所述大水箱的回水端连接；还包括中央处理单元，所述中央处理单元与所述空气制冷单元的压缩机电连接；所述中央处理单元还与设在所述小水箱内的第一温度传感器电连接，所述中央处理单元采集所述第一温度传感器的数值，并根据所采集的数值控制所述压缩机；所述中央处理单元包括STM32F103单片机芯片；所述中央处理单元输出PWM波给与其电连接的脉冲控制电路，所述脉冲控制电路根据所述PWM波占空比调节输出电压给与其电连接的所述隔膜泵，所述隔膜泵根据所述电压调整转速，使其输入不同压力的水进入所述冰囊内；所述脉冲控制电路用于输出的可调电压，所述脉冲控制电路包括电阻R15，所述电阻R15的一端与发光二极管LED1的正极连接，所述电阻R15的另一端与所述隔膜泵的电源正极电连接，所述发光二极管LED1的负极与所述隔膜泵的电源负极电连接，所述发光二极管LED1的负极还与地DGND电连接；所述电阻R15的另一端还分别与电容C2的一端、电容C36的正极和电感L1的一端电连接，所述发光二极管LED1的负极还分别与所述电容C2的另一端、所述电容C36的负极和二极管D1的正极的电连接；所述二极管D1的负极分别与所述电感L1的另一端和第一场效应管的漏极电连接，所述第一场效应管的栅极经一个保险丝F1与12V电压电连接，所述第一场效应管的源极经过电阻R11与第二场效应管的漏极电连接，所述第二场效应管的源极接地，所述第二场效应管的源极还经过电阻R13与所述中央处理单元电连接，所述第二场效应管的栅极经电阻R12与所述中央处理单元电连接。

优选方式为，所述小水箱内设有加热装置，所述大水箱内设有第二温度传感器，所述加热装置和所述第二温度传感器分别与所述中央处理单元电连接。

优选方式为，所述大水箱的体积是所述小水箱体积的两倍及以上。

优选方式为，还包括用于显示水的温度值的显示屏，所述显示屏与所述中央处理单元电连接。

优选方式为，所述大水箱内设有一个液位传感器，所述液位传感器与所述中央处理单元电连接。

采用上述技术方案后，本发明的有益效果是：由于本发明的自动脉冲冷敷系统包括空气制冷单元，并且空气制冷单元的蒸发器设在大水箱中，压缩机受控于中央处理单元电连接。当中央处理单元给压缩机下达不同制冷功率时，压缩机使蒸发器从大水箱内吸收不同的热量，来将大水箱内的水制冷降温，最终让用于冷敷的水的温度保持在设定的温度范围内。同时本发明还包括隔膜泵，在隔膜泵的作用下，大水箱内被制冷降温的水沿循环路径循环。并且循环路径为：大水箱、小水箱、隔膜泵、冰囊和大水箱。当水循环到冰囊内后，对冰囊覆盖的患处进行冷敷治疗。当水循环到隔膜泵时，因隔膜泵的电源被脉冲控制电路输入可调电压，使其转速随着电压的变化而变化，结果使输入到冰囊内的水的压力变化。而不同压力的水作用在冰囊上的各处，达到了按摩处于冰敷治疗的患处的目的，从而使冰敷治疗效果佳。

由于本发明的自动脉冲冷敷系统还包括中央处理单元，该中央处理单元在冰敷治疗的过程中，通过不断采集小水箱内的第一温度传感器的数值，来判断用于冰敷的水的温度。当中央处理单元根据采集的第一温度传感器的数值来控制压缩机的工作时，使用于冰敷治疗的水的温度达到可控的目的。而且本发明将水的温度可控制在设定的温度范围内，使患者在适合的恒温下进行冷敷治疗。

同时中央处理单元输入不同占空比的PWM波给脉冲控制电路，使脉冲控制电路输出不同的电压给隔膜泵，让隔膜泵的转速被中央处理单元控制，从而使输入冰囊的水的压力受到中央单元单元的控制。因此本发明的中央处理单元可以让冰囊上的各处产生脉冲动作，使被冰囊覆盖的患处被按摩。

因此本发明能够自动调整用于冰敷的水的温度，使冰敷治疗在恒温下进行；同时采用控制进入冰囊的水的压力的方法，来实现按摩患处的目的，使冰敷治疗的效果佳。

由于小水箱内设有加热装置，大水箱内设有第二温度传感器，加热装置和第二温度传感器分别与中央处理单元电连接；该结构使大水箱内的水被压缩机制冷降温过低时，中央处理器启动小水箱内的加热装置加热，使小水箱内的水温度快速升高；当大水箱内的水循环到小水箱后与小水箱内的水混合后，从小水箱流出的水的温度能够快速达到适合的温度。

由于大水箱的体积是小水箱体积的两倍及以上，该结构使水从冰囊进入大水箱后，对大水箱内的水的温度影响小；而小水箱因体积小，使小水箱内的水的温度能够快速变化，从而保证了进入冰囊内的水恒温。

由于还包括用于显示水的温度值的显示屏，该显示屏与中央处理单元电连接，该结构使水的温度值直观化，便于控制。

由于大水箱内设有一个液位传感器，该液位传感器与中央处理单元电连接；该结构能够防止大水箱内的水位过低。

综上所述，本发明的自动脉冲冷敷系统的中央处理单元输出不同占空比的PWM波给脉冲控制电路，该脉冲控制电路根据PWM波输出不同的电压给隔膜泵，该隔膜泵在不同电压下具有不同的转速，而不同转速的隔膜泵输入冰囊内的水的压力不同，从而使冰囊上的各处形成脉冲动作，使其覆盖的患处被按摩，进而使冷敷治疗的效果佳。同时本发明通过控制给大水箱内的水制冷降温的空气制冷单元的压缩机，以及控制小水箱内的加热装置，使进入冰囊的水的温度为恒温。因此本发明的冷敷系统使冷敷治疗自动恒温进行，同时本冷敷系统对患处进行自动按摩治疗，从而使冷敷效果佳。

附图说明

图1是本发明的自动脉冲冷敷系统的水的循环路径图；

图2是本发明的自动脉冲冷敷系统的电气框图；

图3是本发明的自动脉冲冷敷系统的带有加热装置时的电气框图；

图4是本发明的脉冲控制电路的电路图；

图中：U1A—第一场效应管、U1B—第二场效应管。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种自动脉冲冷敷系统包括空气制冷单元，该空气制冷单元的蒸发器设置于一个大水箱中，以及与中央处理单元电连接的压缩机，该空气制冷单元将大水箱内的水制冷降温。其中大水箱的出水端与一个小水箱的进水端连接，小水箱的出水端与一个隔膜泵MG的进水端连接，该隔膜泵MG的出水端与冰囊的进水端连通，冰囊的出水管则与大水箱的回水端连接。大水箱、小水箱、隔膜泵MG、冰囊构成一个冷敷水的循环路径。大水箱内的水在隔膜泵MG的作用下，沿循环路径循环，循环到冰囊后对冰囊的覆盖处进行冰敷治疗。本实施例优选大水箱的体积是小水箱体积的两倍或者两倍以上。

如图2所示，本发明还包括中央处理单元，中央处理单元选用单片机电路，该单片机电路优选STM32F103单片机芯片。中央处理单元与空气制冷单元的压缩机电连接，还与小水箱内的第一温度传感器电连接。中央处理单元通过不断采集第一温度传感器的数值，来判断从小水箱内的水的温度值。因小水箱内的水经过隔膜泵MG后直接进入冰囊内，使小水箱内的水的温度值相当于冰囊内的水的温度值。当小水箱内的水的温度值过低时，中央处理单元控制压缩机使其工作频率调低，即降低给大水箱内的水制冷降温的功率。当小水箱内的水的温度值过高时，中央处理单元控制压缩机加大制冷降温的功率，使大水箱内的水的温度降低。因此中央处理单元能够根据实际冰囊内的水的温度值，来实时调整压缩机制冷降温的功率，使压缩机无需经常停机，从而保证了压缩机的使用寿命，也节约了能源。

本发明的中央处理单元还从Press-PWM端输出PWM波给脉冲控制电路，脉冲控制电路接收到PWM波后，输出电压供给隔膜泵MG工作，不同PWM占空比脉冲控制电路输出的电压值不同，使隔膜泵的转速能够间接的被中央处理单元控制，使从隔膜泵的出口端流入冰囊的水的压力变化。而不同压力的水进入到冰囊的各处后，使患处在进行在冰敷治疗的同时被按摩，从而使冰敷治疗效果佳。

本发明的中央处理单元通过输出不同占空比的PWM波，来达到控制隔膜泵MG转速的目的。具体控制方式为：PWM波的占空比高时，隔膜泵MG的转速高，从冰囊的进水管进入冰囊的水的压力大；反之，PWM波的占空比低时，隔膜泵MG的转速低，从冰囊的进水管进入冰囊的水的压力小；一大一小的变化实现了按摩。本实施例的隔膜泵MG包括三个腔室。

如图4所示，本实施例的脉冲控制电路用于输出的可调电压，脉冲控制电路包括串接在一起的电阻R15和发光二极管LED1、电阻R15与隔膜泵MG的电源的正极连接，发光二极管LED1的负极与隔膜泵MG的电源正极连接。还包括与隔膜泵MG的电源两端并接的电容C2和电容C36，其中电容C36的正极与隔膜泵MG的电源正极连接。隔膜泵MG的电源正极还与电感L1的一端连接，电感L1的另一端与二极管D1的负极连接。二极管D1的正极和发光二极管LED1的负极接地DGND。脉冲控制电路还包括第一场效应管U1A和第二场效应管U1B，其中第一场效应管U1A的漏极与二极管D1的正极连接，第一场效应管U1A的栅极经一个保险丝F1与12V电压连接，第一场效应管U1A的源极经过电阻R11与第二场效应管U1B的漏极连接，第二场效应管U1B的源极接地，源极还经过电阻R13与中央处理单元的Press-PWM端连接，第二场效应管U1B的栅极经电阻R12与中央处理单元Press-PWM端连接。

本发明还包括显示屏，该显示屏与中央处理单元电连接。在中央处理单元采集到第一温度传感器的数值后，将该数值处理后显示在显示屏上。本实施例用于冰敷的水的设定温度范围为温度精度为±1.0℃。

本实施的大水箱内还设有一个液位传感器，该液位传感器与中央处理单元电连接。该液位传感器用于检测大水箱内的水的量，当大水箱内的水位低于液位传感器时，中央处理器接收到水位低的信号后通知使用者，从而保证了冷敷治疗的正常进行。

使用本发明进行冷敷治疗时，其使用方法为：

将大水箱从回水端注水，小水箱从出水端注水，将冰囊绑在待冰敷的患处。本实施例的冰囊为多个，各冰囊对应着人体各部位的形状，而且每个冰囊与隔膜泵MG均为可拆卸连接。当需要冰敷治疗某个患处时，选用与该患处形状相适配的冰囊，再将该冰囊的进水管与隔膜泵连接在一起，冰囊出水管与大水箱连接在一起，让水的循环路径闭合。中央处理单元启动空气制冷单元的压缩机工作，将大水箱内的水制冷降温。

中央处理单元启动隔膜泵，在隔膜泵的作用下，大水箱内的水循环，循环路径为：从大水箱进入小水箱内，再从小水箱经过隔膜泵进入冰囊内，最后从冰囊再回到大水箱内，大水箱内的水在隔膜泵的作用下按照上述路径往复循环。

当水循环至冰囊内时，对冰囊覆盖的患处进行冰敷治疗；水循环回到大水箱后，因吸收人体的热量而使其温度高于大水箱内水的温度，但是因大水箱的体积大，使其内的水的温度变化慢；从而使压缩机趋于稳定工作，保证了使用寿命。水在隔膜泵的作用下，接着往复循环。

在冰敷治疗的过程中，中央处理单元Press-PWM端输出PWM波给脉冲控制电路；脉冲控制电路根据PWM占空比输出的可调电压供给隔膜泵，不同的电压使隔膜泵的转速不同。中央处理单元通过控制输出PWM波的占空比，来实现对隔膜泵的转速的控制，控制进入冰囊内的水的压力，使冰囊按摩进行冰敷治疗的患处。

在进行冰敷治疗的过程中，中央处理单元不断采集第一温度传感器的数值，并根据该数值控制压缩机工作，来调整大水箱内的水的温度，控制进入冰囊内的水的温度在内。具体为：当大水箱内的水的温度升高到40℃后，水循环至小水箱内后，其温度被中央处理单元通过第一温度传感器采集到，中央处理单元采集到该信号后控制压缩机加大制冷功率，使大水箱内的水的温度下降；同理当小水箱内的水的温度低于5℃后，中央处理单元控制压缩机减少制冷功率，即使大水箱内的水的温度不会继续降温，同时被从冰囊循环回来的水提升温度，最终使水的温度控制在之间，达到恒温冰敷治疗的目的。

如图3所示，本发明还可以在小水箱内设有加热装置，该加热装置与小水箱可拆卸连接，当无需加热装置时可以不安装。在大水箱内设有第二温度传感器，并且加热装置和第二温度传感器分别与中央处理单元电连接。

当第二温度传感器采集到大水箱内的水的温度值过低时，将该温度值转化成电信号传递给中央处理单元，接着中央处理单元根据该电信号将小水箱内的加热装置启动加热。本例的加热装置选用大功率的电阻丝，根据小水箱和大水箱的体积关系，选用300W的电阻丝。加热装置对水箱内的水加热后，使水的温度迅速升高，从而能够快速将从大水箱循环来的低温水混合成适合的冰敷水。当第一温度传感器检测到小水箱内的水的温度过高时，中央处理单元可以实时控制压缩机加大制冷功率，从而使整个自动脉冲冷敷系统的水的温度得到实时控制，使压缩机的制冷和加热装置被实时调整，最终使冷敷治疗在设定的温度范围内进行，本实施例设定的温度范围为使冷敷治疗效果佳。

上述空气制冷单元包括蒸发器和压缩机，其中蒸发器设在大水箱中，压缩机与中央处理单元电连接。当中央处理单元下达压缩机加大制冷功率的制冷后，压缩机消耗较大的功率将制冷剂变成相对低的低温低压的液态制冷剂，使其能够从大水箱内吸收的加多的热量(即释放加多的冷量)，变成高温高压的气态制冷剂循环至压缩机后，压缩机消耗加大的功率使其再被压缩成较低温度的低温低压液态制冷剂，最终达到使大水箱内的水的温度被降温到设定的温度范围内的目的。同理当中央处理单元下达压缩机减小制冷功率的制冷后，压缩机消耗较小的功率将制冷剂变成相对不低的低温低压的液态制冷剂，使其能够从大水箱内吸收的较少的热量(即释放较少的冷量)，变成高温高压的气态制冷剂循环至压缩机后，压缩机消耗较小的功率使其再被压缩成较低温度的低温低压液态制冷剂，最终达到使大水箱内的水的温度被降温到设定的温度范围内的目的。

上述隔膜泵隔膜泵又称控制泵，是执行器的主要类型，通过接受调制单元输出的控制信号，借助动力操作去改变流体流量。隔膜泵在动力源的驱动下经传动机构推动活塞运动，经过液压油推动膜片来回鼓动作功，完成流体的吸入和排出。这个吸入和排出的过程叫做隔膜泵的工作过程。当隔膜泵活塞向后面移动的时候，膜片渐渐的凹进去，隔膜泵腔内的体积越变越大，压力也就随之降低，当压力低于入口管压力的时候，泵的入口阀门打开，流体流入隔膜泵腔内。娄活塞移动到内止点时，泵腔内体积达到最大，压力达到最小，流体充满隔膜泵腔，这时入口阀门关闭。吸入过程完成，开始压出过程。当活塞向前移动，膜片慢慢鼓起的进修，隔膜泵腔内的体积越来越小，腔内压力越来越大，出口阀门被压开，流体被压出泵腔，当活塞达到外止点时，出口阀门因重力和弹簧力的作用而关闭，流体排出过程结束，隔膜泵又开始了新的吸入过程。就这样不娄的吸入和排出，隔膜泵完成了输送流体的目的。

以上所述本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同一种自动脉冲冷敷系统及方法结构的改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.自动脉冲冷敷系统，其特征在于，包括空气制冷单元，所述空气制冷单元的蒸发器设置于一个大水箱中，所述大水箱的出水端与一个小水箱的进水端连接，所述小水箱的出水端与隔膜泵的进口端连接，所述隔膜泵的出口端与一个用于绑住患处的冰囊的进水管连接，所述冰囊的出水管与所述大水箱的回水端连接；

还包括中央处理单元，所述中央处理单元与所述空气制冷单元的压缩机电连接；所述中央处理单元还与设在所述小水箱内的第一温度传感器电连接，所述中央处理单元采集所述第一温度传感器的数值，并根据所采集的数值控制所述压缩机；所述中央处理单元包括STM32F103单片机芯片；

所述中央处理单元输出PWM波给与其电连接的脉冲控制电路，所述脉冲控制电路根据所述PWM波的占空比调节输出电压给与其电连接的所述隔膜泵，所述隔膜泵根据所述电压调整转速，使其输入不同压力的水进入所述冰囊内；

所述脉冲控制电路用于输出的可调电压，所述脉冲控制电路包括电阻R15，所述电阻R15的一端与发光二极管LED1的正极连接，所述电阻R15的另一端与所述隔膜泵的电源正极电连接，所述发光二极管LED1的负极与所述隔膜泵的电源负极电连接，所述发光二极管LED1的负极还与地DGND电连接；所述电阻R15的另一端还分别与电容C2的一端、电容C36的正极和电感L1的一端电连接，所述发光二极管LED1的负极还分别与所述电容C2的另一端、所述电容C36的负极和二极管D1的正极的电连接；所述二极管D1的负极分别与所述电感L1的另一端和第一场效应管的漏极电连接，所述第一场效应管的栅极经一个保险丝F1与12V电压电连接，所述第一场效应管的源极经过电阻R11与第二场效应管的漏极电连接，所述第二场效应管的源极接地，所述第二场效应管的源极还经过电阻R13与所述中央处理单元电连接，所述第二场效应管的栅极经电阻R12与所述中央处理单元电连接。

2.根据权利要求1所述的自动脉冲冷敷系统，其特征在于，所述小水箱内设有加热装置，所述大水箱内设有第二温度传感器，所述加热装置和所述第二温度传感器分别与所述中央处理单元电连接。

3.根据权利要求2所述的自动脉冲冷敷系统，其特征在于，所述大水箱的体积是所述小水箱体积的两倍及以上。

4.根据权利要求3所述的自动脉冲冷敷系统，其特征在于，还包括用于显示水的温度值的显示屏，所述显示屏与所述中央处理单元电连接。

5.根据权利要求4所述的自动脉冲冷敷系统，其特征在于，所述大水箱内设有一个液位传感器，所述液位传感器与所述中央处理单元电连接。