CN108132644A - 一种新型氧舱控制系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种新型氧舱控制系统及其方法，所述系统包括氧舱舱体和氧舱控制台，氧舱控制台上设置有光纤通信接口，氧舱舱体与氧舱控制台之间通过通信光纤连接；氧舱舱体内设置有音视频采集器、PLC采集控制器以及与PLC采集控制器相连的舱内执行器和舱内采集传感器；PLC采集控制器通过控制光纤与氧舱控制台相连，音视频采集器通过音视频光纤与氧舱控制台相连。本方案使用光纤作为氧舱舱体与氧舱控制台之间的通信介质，大幅减少了氧舱控制台与氧舱舱体之间的通信线路，避免外部电磁信号的干扰，抗干扰能力强，且安装维护方便，通信速度快、可靠性高；通过PLC采集控制器、舱内执行器、舱内采集传感器等组成了舱内自动闭环控制系统，可实现氧舱内参数的平稳、可靠性控制。
Description
技术领域
本发明涉及医疗氧舱通信控制领域,具体涉及一种新型氧舱控制系统及其方法。
背景技术
医用高压氧舱是当今医院重要的医疗设备，拥有广泛的使用领域，主要包括舱体与控制台两部分，其中舱体为高压氧容器，患者在内进行吸氧治疗，舱体内部有各类执行机构(如利用继电器控制的各类气体阀门、照明控制开关、气压控制开关等)以及各类传感机构(如含氧量检测、气压检测、音视频采集等)。控制台设置在舱体外部，通过计算机或仪表盘等设定各类参数，进而控制氧舱内氧气的浓度和气压，按照预定治疗方案完成治疗。
在舱体和控制台之间，为了实现舱内各类数参数的控制(如舱内加减压、人员吸氧监控、舱内空调系统、舱内语音对讲、舱内照明等)，在舱体与控制台之间连接部署大量的电缆、铜管等，如图1所示，使控制台与舱体内部的执行机构、传感机构组成一个完整的采集控制系统，从而完成对各类治疗指标的控制。但是，现有的方案均是基于大量并行电缆、铜管等实现所有的通信和数据传输，存在以下缺陷：
(1)安装维护难度大：大量的电缆、铜管需要部署在控制台与舱体之间，安装难度大、周期长；同时在出现问题时，排错困难，维修周期长、成本高；
(2)可靠性差：利用继电器进行各项舱体参数控制，经过长期运行，易出现接触不良、控制失灵等问题，从而引起氧舱运行故障；
(3)信号干扰问题：由于大量电缆并行铺设，其传输信号包括低压、高压、数字、模拟等多类型电信号，极易引起各个线路间的电磁干扰，从而导致数据传输不准确等问题，影响氧舱运行；
(4)图像音频清晰度差：受限于电缆速度、带宽及干扰等问题，舱内音视频监控的清晰度难以保证，通常只能起到语音沟通的作用，无法达到高清视频监控的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对现有电缆通信方式安装维护难度大、可靠性差的缺陷，提出一种新型氧舱控制系统及方法，通过光纤、舱内PLC采集控制器等组件设计大幅减少舱体与控制台之间的连接复杂性，降低安装维护难度，提高可靠性，并显著降低线路串扰问题，提高氧舱系统稳定性。
本发明是采用以下的技术方案实现的：
一种新型氧舱控制系统，包括氧舱舱体、氧舱控制台以及显示器，显示器与氧舱控制台电连接，氧舱控制台上设置有光纤通信接口，氧舱舱体与氧舱控制台之间通过通信光纤连接，所述通信光纤包括控制光纤和音视频光纤；
氧舱舱体内设置有音视频采集器、PLC采集控制器以及与PLC采集控制器相连的舱内执行器和舱内采集传感器；PLC采集控制器通过控制光纤与氧舱控制台相连，用于接收氧舱控制台发送的各类操作指令，并通过PLC编码实现指令的翻译，通过标准工业线路将指令发送到舱内执行器，完成相关动作，同时，PLC采集控制器还用于接收舱内采集传感器的传感信号，并将其上传给氧舱控制台，实现对舱内运行参数的监控；音视频采集器通过音视频光纤与氧舱控制台相连，用于实时采集舱体内的音频、视频信号，传输给氧舱控制台后由显示器显示；
所述舱内执行器包括气压调节阀、供氧调节阀、照明开关和空调控制开关，用于将接收的PLC采集控制器的控制电信号转换为机械动作，实现各类参数的调节，所述舱内采集传感器包括气压传感器、吸氧量传感器和病人生命体征传感器，用于在固定周期内反复采集各类运行参数，并传递给舱内PLC采集控制器，舱内执行器和舱内采集传感器具体可根据氧舱型号、容量的不同进行灵活配置。
进一步的，根据高压氧舱的运行特点，所述控制光纤包括主控制光纤和辅控制光纤，音视频光纤包括主音视频光纤和辅音视频光纤，具体使用时将其中的一根作为备用。
进一步的，所述PLC采集控制器采用冗余模块设计，包括主PLC采集控制器和辅PLC采集控制器，一主一备，在主PLC采集控制器出现故障时，辅PLC采集控制器能够无缝切换，答复提升长期运行时的稳定性。
进一步的，所述显示器包括至少两台高分辨率显示屏，均与氧舱控制台相连，分别用以显示氧舱运行参数信息及氧舱内视频监控信息。
本发明另外还提出一种根据上述新型氧舱控制系统的控制方法，包括以下步骤：
(1)患者进入氧舱后，通过氧舱控制台输入治疗方案，设定氧舱工作参数并提交；
(2)氧舱控制台将设定的氧舱工作参数封包，通过光纤通信接口发送至PLC采集控制器，光纤通信接口通过分时共用的方式依次完成数据的发送与接收；
(3)PLC采集控制器接收数据并完成校验，回送确认包，光纤通信接口接收到确认包后完成本次发送；
(4)PLC采集控制器接收到数据包后，通过PLC编码实现指令的翻译，通过标准工业线路将指令发送到舱内执行器，实现对舱内各参数的调整；
(5)通过舱内执行器对各个参数调整的过程中，PLC采集控制器每0.1秒-0.5秒采集舱内采集传感器监控的各个参数的变化，PLC采集控制器计算设定参数与采集到参数的差值，逐步调节舱内执行器动作，直至各个参数达到预设值并保持，有效实现平稳控制，避免原有基于继电器、人工控制所在造成的数据波动，控制效果大大提升；
(6)PLC采集控制器每隔0.1-0.5秒采集各个舱内采集传感器的值，并将采集的数据通过主控制光纤传递给氧舱控制台的光纤通信接口，采集的数据包括舱内气压、含氧量、温湿度、照明状态及空调状态，由氧舱控制台处理后在显示器上显示；
(7)舱内音视频传感器持续捕捉舱内音频、视频信号，并实时压缩为H.264视频流，通过光端机将其转换为光信号后，由主音视频光纤传递给氧舱控制台，氧舱控制台通过光纤通信接口接收信号，转换为H.264视频流后，通过显示器实时监视氧舱舱体内部情况，同时利用主音视频光纤实现高清语音通话。
进一步的，所述步骤(3)中，若控制光纤出现损坏导致本次发送失败，则自动启用备用控制光纤完成数据发送，同时在氧舱控制台界面上提示光纤损坏。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
本方案使用光纤作为氧舱舱体与氧舱控制台之间的通信介质，大幅减少了氧舱控制台与氧舱舱体之间的通信线路，避免外部电磁信号的干扰，抗干扰能力强，且安装维护方便，在出现问题故障时，更容易排查，通信速度快、可靠性高，传输的音视频信息也更加清晰、稳定；通过PLC采集控制器、舱内执行器、舱内采集传感器等组成了舱内自动闭环控制系统，使用PLC采集控制器代替原有继电器，采集的数据能够平稳变化，避免原有方式采集间隔过大造成的数据波动，并且通过PID或其他算法控制，可实现氧舱内参数的平稳、可靠性控制，避免原有基于继电器、人工控制所造成的参数波动，其控制效果得到了很大的提升。
附图说明
图1为现有氧舱与控制台通过电缆连接的结构示意图；
图2为本发明实施例1所述氧舱控制系统的示意图；
其中：1、通信光纤；2、PLC采集控制器；3、舱内执行器；4、舱内采集传感器；5、音视频采集器；6、氧舱控制台；7、显示器；8、光端机。
具体实施方式
为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1，一种新型氧舱控制系统，如图2所示，包括氧舱舱体、氧舱控制台6以及显示器7，显示器7与氧舱控制台6电连接，氧舱控制台6位于氧舱舱体外部，主要用于设置氧舱治疗方案、发送氧舱运行指令、监控氧舱运行情况等，实现所有的控制与监控功能，氧舱控制台6上设置有光纤通信接口，氧舱舱体与氧舱控制台6之间通过通信光纤1连接，所述通信光纤1包括控制光纤和音视频光纤；继续参考图2，氧舱舱体内设置有音视频采集器5、PLC采集控制器2以及与PLC采集控制器2相连的舱内执行器3和舱内采集传感器4；PLC采集控制器2通过控制光纤与氧舱控制台相连，PLC采集控制器2用于接收氧舱控制台6发送的各类操作指令，并通过PLC编码实现指令的翻译，通过标准工业线路将指令发送到舱内执行器3，完成相关动作，同时，PLC采集控制器还用于接收舱内采集传感器4的传感信号，并将其上传给氧舱控制台6，实现对舱内运行参数的监控；音视频采集器5通过音视频光纤与氧舱控制台6相连，且在音视频采集器5与氧舱控制台6端还分别设置有光端机8，以连接音视频光纤，音视频采集器5用于实时采集舱体内的音频、视频信号，传输给氧舱控制台6后由显示器显示。
本实施例中，所述舱内执行器3包括气压调节阀、供氧调节阀、照明开关和空调控制开关等，用于将接收的PLC采集控制器的控制电信号转换为机械动作，实现各类参数的调节，所述舱内采集传感器4包括气压传感器、吸氧量传感器和病人生命体征传感器等，用于在固定周期内反复采集各类运行参数，并传递给舱内PLC采集控制器2，舱内执行器3和舱内采集传感器4具体可根据氧舱型号、容量的不同进行灵活配置。
另外，根据高压氧舱的运行特点，所述控制光纤包括主控制光纤和辅控制光纤，音视频光纤包括主音视频光纤和辅音视频光纤，具体使用时将其中的一根作为备用；PLC采集控制器2也采用冗余模块设计，包括主PLC采集控制器和辅PLC采集控制器，一主一备，在主PLC采集控制器出现故障时，辅PLC采集控制器能够无缝切换，答复提升长期运行时的稳定性；而且，所述显示器7包括至少两台高分辨率显示屏，均与氧舱控制台6相连，分别用以显示氧舱运行参数信息及氧舱舱体内视频监控信息。
本实施例所述的氧舱控制系统，使用光纤作为氧舱舱体与氧舱控制台之间的通信介质，大幅减少了氧舱控制台与氧舱舱体之间的通信线路，避免外部电磁信号的干扰，抗干扰能力强，且安装维护方便，在出现问题故障时，更容易排查，通信速度快、可靠性高，传输的音视频信息也更加清晰、稳定；通过PLC采集控制器、舱内执行器、舱内采集传感器等组成了舱内自动闭环控制系统，使用PLC采集控制器代替原有继电器，采集的数据能够平稳变化，避免原有方式采集间隔过大造成的数据波动，并且通过PID或其他算法控制，可实现氧舱内参数的平稳、可靠性控制，避免原有基于继电器、人工控制所造成的参数波动，其控制效果得到了很大的提升。
实施例2，基于实施例1所述的氧舱控制系统，本实施例提出一种新型氧舱控制方法，具体包括以下步骤：
(1)患者进入氧舱后，通过氧舱控制台输入治疗方案，设定氧舱工作参数并提交；
(2)氧舱控制台将设定的氧舱工作参数封包，通过光纤通信接口发送至PLC采集控制器，光纤通信接口通过分时共用的方式依次完成数据的发送与接收；
(3)PLC采集控制器接收数据并完成校验，回送确认包，光纤通信接口接收到确认包后完成本次发送；若控制光纤出现损坏导致本次发送失败，则自动启用备用控制光纤完成数据发送，同时在氧舱控制台界面上提示光纤损坏；
(4)PLC采集控制器接收到数据包后，通过PLC编码实现指令的翻译，通过标准工业线路将指令发送到舱内执行器，实现对舱内各参数的调整；
(5)通过舱内执行器对各个参数调整的过程中，PLC采集控制器每0.1秒-0.5秒采集舱内采集传感器监控的各个参数的变化，优选以0.1s为周期，实现采集数据的平稳变化，PLC采集控制器计算设定参数与采集到参数的差值，逐步调节舱内执行器动作，直至各个参数达到预设值并保持，有效实现平稳控制，避免原有基于继电器、人工控制所在造成的数据波动，控制效果大大提升；
(6)PLC采集控制器每隔0.1-0.5秒采集各个舱内采集传感器的值，并将采集的数据通过主控制光纤传递给氧舱控制台的光纤通信接口，采集的数据包括舱内气压、含氧量、温湿度、照明状态及空调状态，由氧舱控制台处理后在显示器上显示；
(7)舱内音视频传感器持续捕捉舱内音频、视频信号，并实时压缩为H.264视频流，通过光端机将其转换为光信号后，由主音视频光纤传递给氧舱控制台，氧舱控制台通过光纤通信接口接收信号，转换为H.264视频流后，通过显示器实时监视氧舱内部情况，同时利用主音视频光纤实现高清语音通话。
本发明创造性的将光纤方式应用于氧舱控制领域，考虑到多数据源采集数据通过单一光纤传输，需要编码、传输、解码等工作，且均需要时间，需要保证实时性、降低误码率，针对氧舱的特点及其应用实际，采用TDM时分复用通讯方式，实现并串转换，实现氧舱数据传输的各类要求；而且，光纤本身具有抗电磁干扰的特点，而氧舱工作环境中有各类控制器、制氧站等，存在大量的电磁干扰，恰好契合了光纤的特点；并通过氧舱控制的多采集点、多数据源的特点，可以充分利用光纤高带宽的特点，解决电缆冗余的问题，其意义及影响深远，具有广泛的推广及实用价值。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (6)
1.一种新型氧舱控制系统，其特征在于，包括氧舱舱体、氧舱控制台以及显示器，显示器与氧舱控制台电连接，氧舱控制台上设置有光纤通信接口，氧舱舱体与氧舱控制台之间通过通信光纤连接，所述通信光纤包括控制光纤和音视频光纤；
氧舱舱体内设置有音视频采集器、PLC采集控制器以及与PLC采集控制器相连的舱内执行器和舱内采集传感器；PLC采集控制器通过控制光纤与氧舱控制台相连，PLC采集控制器用于接收氧舱控制台发送的各类操作指令，并通过PLC编码实现指令的翻译，PLC采集控制器还用于接收舱内采集传感器的传感信号，并将其上传给氧舱控制台，实现对舱内运行参数的监控；音视频采集器通过音视频光纤与氧舱控制台相连，用于实时采集氧舱舱体内的音频、视频信号，传输给氧舱控制台后由显示器显示；
舱内执行器包括气压调节阀、供氧调节阀、照明开关和空调控制开关，舱内执行器用于将接收的PLC采集控制器的控制电信号转换为机械动作，实现各类参数的调节；舱内采集传感器包括气压传感器、吸氧量传感器和病人生命体征传感器，舱内采集传感器用于在固定周期内反复采集各类运行参数，并传递给舱内PLC采集控制器。
2.根据权利要求1所述的新型氧舱控制系统，其特征在于，所述控制光纤包括主控制光纤和辅控制光纤，音视频光纤包括主音视频光纤和辅音视频光纤。
3.根据权利要求2所述的新型氧舱控制系统，其特征在于，所述PLC采集控制器采用冗余模块设计，包括主PLC采集控制器和辅PLC采集控制器。
4.根据权利要求3所述的新型氧舱控制系统，其特征在于，所述显示器包括至少两台高分辨率显示屏，均与氧舱控制台相连，分别用以显示氧舱运行参数信息及氧舱舱体内视频监控信息。
5.一种根据权利要求1-4所述新型氧舱控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)患者进入氧舱舱体后，通过氧舱控制台输入治疗方案，设定氧舱工作参数并提交；
(2)氧舱控制台将设定的氧舱工作参数封包，通过光纤通信接口发送至PLC采集控制器，光纤通信接口通过分时共用的方式依次完成数据的发送与接收；
(3)PLC采集控制器接收数据并完成校验，回送确认包，光纤通信接口接收到确认包后完成本次发送；
(4)PLC采集控制器接收到数据包后，通过PLC编码实现指令的翻译，通过标准工业线路将指令发送到舱内执行器，实现对舱内各参数的调整；
(5)通过舱内执行器对各个参数调整的过程中，PLC采集控制器每0.1秒-0.5秒采集舱内采集传感器监控的各个参数的变化，PLC采集控制器计算设定参数与采集到参数的差值，逐步调节舱内执行器动作，直至各个参数达到预设值并保持；
(6)PLC采集控制器每隔0.1-0.5秒采集各个舱内采集传感器的值，并将采集的数据通过主控制光纤传递给氧舱控制台的光纤通信接口，采集的数据包括舱内气压、含氧量、温湿度、照明状态及空调状态，由氧舱控制台处理后在显示器上显示；
(7)舱内音视频传感器持续捕捉舱内音频、视频信号，并实时压缩为H.264视频流，通过光端机将其转换为光信号后，由主音视频光纤传递给氧舱控制台，氧舱控制台通过光纤通信接口接收信号，转换为H.264视频流后，通过显示器实时监视氧舱舱体内部情况，同时利用主音视频光纤实现高清语音通话。
6.根据权利要求5所述的氧舱控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中，若控制光纤出现损坏导致本次发送失败，则自动启用备用控制光纤完成数据发送，同时在氧舱控制台界面上提示光纤损坏。
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