CN104667401A - 基于鼓风机的呼吸系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于鼓风机的呼吸系统，包括鼓风机、鼓风机控制系统，鼓风机连通呼吸管路至呼吸面罩，其特征在于：所述鼓风机为两台，吸气鼓风机和呼气鼓风机，分别输出吸气压力和呼气压力；所述鼓风机控制系统包括主控制芯片MCU、吸气鼓风机驱动控制单元、呼气鼓风机驱动控制单元；两台鼓风机设有气路阀门，经气路阀门至呼吸管路，呼吸管路上设有流量传感器，流量传感器连接信号处理单元；电路连接关系：MCU分别连接吸气鼓风机驱动控制单元、呼气鼓风机驱动控制单元、气路阀门驱动控制单元、信号处理单元。本发明通过控制2个鼓风机转动，采用流量传感器检测使用者呼吸流量讯号，实时判断呼吸状态，最终提供治疗过程中需要的吸气压力和呼气压力。
Description
技术领域
本发明属于医疗呼吸机领域，具体涉及一种基于鼓风机的呼吸系统及控制方法。
背景技术
目前，传统的睡眠呼吸机采用的是一个鼓风机控制系统，呼吸机控制系统驱动软硬件控制这颗鼓风机转动，从而产生患者所需要的治疗压力。对于性能相对好些的呼吸机，它们会根据患者的呼吸信号进行及时的压力调整，保证压力的控制稳定和治疗效果。吸气期间系统使电机加速保证治疗压力稳定，呼气期间系统使鼓风机减速降低气道压力，以免患者呼出的二氧化碳不能及时排除并确保使用的舒适性。鼓风机的加速和减速的时间都很短，这对鼓风机性能要求很高。
正是这种传统的呼吸机由于采用单个鼓风机的控制方式，为保证治疗压力的稳定，需要鼓风机不停的加速、减速，导致鼓风机的使用寿命缩短，呼吸机的系统功耗也不稳定。此外，在使用单个鼓风机控制压力加减速时，压力会有过冲现象，从而降低使用者的舒适性和治疗效果。所以，提高鼓风机的使用寿命、稳定其功耗、提高使用者的舒适性是呼吸机的技术重点。
发明内容
本发明提供一种基于鼓风机的呼吸系统，采用双鼓风机，利用鼓风机控制系统实时监控呼吸管路内流量对气路阀门进行切换，具体技术方案如下：
一种基于鼓风机的呼吸系统，包括鼓风机、鼓风机控制系统，鼓风机连通呼吸管路至呼吸面罩，其特征在于：所述鼓风机为两台，吸气鼓风机和呼气鼓风机，分别输出吸气压力和呼气压力；所述鼓风机控制系统包括主控制芯片MCU、吸气鼓风机驱动控制单元、呼气鼓风机驱动控制单元；两台鼓风机设有气路阀门，经气路阀门至呼吸管路，呼吸管路上设有流量传感器，流量传感器连接信号处理单元；电路连接关系：MCU分别连接吸气鼓风机驱动控制单元、呼气鼓风机驱动控制单元、气路阀门驱动控制单元、信号处理单元。
进一步：呼吸管路上还设有压力传感器，压力传感器连接信号处理单元，MCU对呼吸管路内压力进行实时监控并PID控制稳定气压。
上述基于鼓风机的呼吸系统的控制方法，其特征在于：
A、初始阶段，呼吸系统通电后，MCU通过吸气鼓风机驱动控制单元、呼气鼓风机驱动控制单元控制两台鼓风机开始转动，气路阀门驱动控制单元驱动气路阀门使两台鼓风机与呼吸管路均处于连通状态，同时，流量传感器采集信号至信号处理单元，然后反馈至MCU进行监控；
B、使用者戴上呼吸面罩后，MCU根据流量传感器数值，对流量信号进行处理和判断，若此时为吸气状态，则驱动气路阀门使呼气鼓风机与呼吸管路处于断开状态，并调整吸气鼓风机功率，提供吸气压力；若此时为呼气状态，则驱动气路阀门使吸气鼓风机与呼吸管路处于断开状态，并调整呼气鼓风机功率，提供呼气压力。
进一步，系统工作过程中，压力传感器采集呼吸管路内压力值至信号处理单元，MCU根据采集的实时压力值，进行PID控制稳定吸气压力或呼气压力。
综上，本发明针对现有技术的不足，提供了一种压力控制精准、功耗稳定且增加鼓风机使用寿命的呼吸系统及控制方法。通过控制2个鼓风机转动，采用流量传感器检测使用者呼吸流量讯号，实时判断呼吸状态，根据使用者的吸气和呼气状态来驱动气路阀门的开启和关闭，最终提供治疗过程中需要的吸气压力和呼气压力。这种压力的切换是通过切换气路阀门完成，不但能提高电机的寿命、稳定系统功耗，而且对压力的控制更加精准，大大提高了呼吸系统的舒适度。
附图说明
图1为本发明具体实施例中呼吸系统的整体架构图；
图2为本发明具体实施例中控制方法的控制流程图。
图中：101-MCU，102-吸气鼓风机驱动控制单元，103-气路阀门驱动控制单元，104-呼气鼓风机驱动控制单元，105-吸气鼓风机，106-呼气鼓风机，107-气路阀门，108-流量传感器，109-压力传感器，110-信号处理单元，111-呼吸管路，112-呼吸面罩。
具体实施方式
下面利用附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
参照图1，本发明采用双鼓风机控制系统，包括主控制芯片MCU101、吸气鼓风机驱动控制单元102、气路阀门驱动控制单元103、呼气鼓风机驱动控制单元104、吸气鼓风机105、呼气鼓风机106、气路阀门107、流量传感器108、压力传感器109、信号处理单元110、呼吸管路111、呼吸面罩112。鼓风机采用直流无刷电风机。
图1中的呼吸系统供气通道的工作原理主要涉及到吸气与呼气时的气路阀门的开启与关闭的控制。呼吸系统通电并开始治疗时，图1中两个鼓风机根据系统设定的PWM开始转动，并且驱动气路阀门107使得鼓风机对应的气道打开。然后由MCU 101读取流量传感器的值，并且对流量信号进行处理和判断，如此时为吸气状态，驱动气路阀门使鼓风机105对应的气道打开且关闭鼓风机106对应的气道，此时呼吸面罩端将产生相应与吸气相的较高的压力支持；如此时为呼气状态，驱动气路阀门使鼓风机106对应的气道打开且关闭鼓风机105对应的气道，此时呼吸面罩端将产生相应与吐气相的较低的压力支持。通过气路阀门107的切换，从而形成了不同的风压，实现吸气时一个治疗风压，吐气时一个低风压。此呼吸系统的压力的切换是通过切换气路阀门107完成，不但能提高电机的寿命、稳定系统功耗，而且对压力的控制更加精准，大大提高了呼吸机舒适性。
参见图2的控制流程图，开始，MUC控制吸气鼓风机驱动控制单元102、呼气鼓风机驱动控制单元104分别发送功率参数PMW1、PMW2至吸气鼓风机，如图1所示的呼吸系统，吸气鼓风机与呼气鼓风机共用一个气路阀门，吸气鼓风机位于上方，呼气鼓风机位于下方，初始状态默认为吸气状态，则驱动阀门上方打开，流量传感器采集呼吸管路内气体流量，根据读取的流量值，信号处理单元对呼吸波形相位进行判断，若为吸气相，则保持驱动阀门上方处于开启状态，若问呼气相，则驱动阀门下方开启，阀门上方关闭，与此同时，压力传感器实时读取呼吸管路内压力P值，进行压力PID控制，保持压力稳定可控。
上述过程为一个主循环过程，进行压力PID控制后，不断的对呼吸波形的相位进行判断并进行相应的步骤。
Claims (4)
1.一种基于鼓风机的呼吸系统，包括鼓风机、鼓风机控制系统，鼓风机连通呼吸管路至呼吸面罩，其特征在于：所述鼓风机为两台，吸气鼓风机和呼气鼓风机，分别输出吸气压力和呼气压力；所述鼓风机控制系统包括主控制芯片MCU、吸气鼓风机驱动控制单元、呼气鼓风机驱动控制单元；两台鼓风机设有气路阀门，经气路阀门至呼吸管路，呼吸管路上设有流量传感器，流量传感器连接信号处理单元；电路连接关系：MCU分别连接吸气鼓风机驱动控制单元、呼气鼓风机驱动控制单元、气路阀门驱动控制单元、信号处理单元。
2.根据权利要求1所述的基于鼓风机的呼吸系统，其特征在于：呼吸管路上设有压力传感器，压力传感器连接信号处理单元。
3.一种基于鼓风机的呼吸系统的控制方法，其特征在于：
A、初始阶段，呼吸系统通电后，MCU通过吸气鼓风机驱动控制单元、呼气鼓风机驱动控制单元控制两台鼓风机开始转动，气路阀门驱动控制单元驱动气路阀门使两台鼓风机与呼吸管路均处于连通状态，同时，流量传感器采集信号至信号处理单元，然后反馈至MCU进行监控；
B、使用者戴上呼吸面罩后，MCU根据流量传感器数值，对流量信号进行处理和判断，若此时为吸气状态，则驱动气路阀门使呼气鼓风机与呼吸管路处于断开状态，并调整吸气鼓风机功率，提供吸气压力；若此时为呼气状态，则驱动气路阀门使吸气鼓风机与呼吸管路处于断开状态，并调整呼气鼓风机功率，提供呼气压力。
4.根据权利要求3所述的基于鼓风机的呼吸系统的控制方法，其特征在于：系统工作过程中，压力传感器采集呼吸管路内压力值至信号处理单元，MCU根据采集的实时压力值，进行PID控制稳定吸气压力或呼气压力。
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