CN110772692A - 一种呼吸机 - Google Patents

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白晶
金江春植
邢吉生
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Abstract

本发明公开了一种呼吸机。该呼吸机包括：处理器、电调器、无刷直流电机和通气管路，其中，处理器产生用于调控通气管路中压力的电压信号；电调器与所述处理器的输出端连接，将所述电压信号转换为对应的电流信号；无刷直流电机输出端连接有涡轮叶片，根据所述电流信号的驱动，以相应的转速运转，产生压缩空气；通气管路一端与所述压缩空气连通，另一端与呼吸面罩的通气入口连通。本发明提供的呼吸机在能够帮助使用者呼吸的基础上，具有成本低廉特点，适于家庭使用。

Description

一种呼吸机
技术领域
本发明涉及医疗装置技术领域，特别是涉及一种呼吸机。
背景技术
目前市场上家用型呼吸机价格较高，一般在3000元～5000元，甚至上万元，很难在一般家庭普及使用，因此，亟待出现一种价格低廉、能够在家庭中使用的呼吸机。
发明内容
本发明的目的是提供一种家用型呼吸机，在能够帮助使用者呼吸的基础上，具有成本低廉特点。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种呼吸机，包括：
处理器，产生用于调控通气管路中压力的电压信号；
电调器，与所述处理器的输出端连接，将所述电压信号转换为对应的电流信号；
无刷直流电机，输出端连接有涡轮叶片，根据所述电流信号的驱动，以相应的转速运转，产生压缩空气；
所述通气管路，一端与所述压缩空气连通，另一端与呼吸面罩的通气入口连通。
可选的，所述呼吸机还包括：压力传感器，用于测量所述通气管路中的压力；
所述处理器的信号采集端口与所述压力传感器连接，所述处理器的控制端口与电调器连接，所述处理器用于根据所述压力传感器测得的通气管路中的压力确定使用者的呼吸比，并根据所述呼吸比、治疗压力以及所述压力传感器测得的通气管路中的压力，建立PID压力调节模型，确定用于调控所述通气管路中压力的电压信号。
可选的，所述压力传感器为差压压力传感器，所述差压压力传感器的第一输入端口与所述压缩空气连通，所述压力传感器的第二输入端口与大气连通。
可选的，所述呼吸机还包括温湿度传感器，用于测量所述通气管路中的温度和湿度。
可选的，所述呼吸机还包括加湿加温器；
所述通气管路包括第一通气管路和第二通气管路；所述第一通气管路，一端与压缩空气连通，另一端与所述加湿加温器的进气口连通；所述第二通气管路，一端与所述加湿加温器的出气口连通，另一端与所述呼吸面罩的通气入口连通；所述处理器根据所述温湿度传感器测得的温度和湿度，调控所述加湿加温器对所述通气管路中的气体进行加湿和加温。
可选的，所述呼吸机还包括与所述处理器连接的输入模块，用于输入治疗压力。
可选的，所述呼吸机还包括与所述处理器连接的无线通信模块，用于所述呼吸机与上位机或终端的通信。
可选的，所述呼吸机还包括与所述处理器连接的心率血氧传感器，用于采集使用者的心率和血氧饱和度。
可选的，所述呼吸机还包括与所述处理器连接的显示器；所述显示器用于显示异常警报、通气管路的温湿度数据和压力数据、以及使用者的吸呼比、心率和血氧饱和度。
可选的，所述呼吸机还包括应急按键，所述应急按键触发时，控制器控制所述呼吸机进行应急呼吸模式。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的呼吸机采用成本低廉的无刷直流电机与配套的电调器来产生用于帮助使用者呼吸的压缩空气，与现有技术中的呼吸机相比，由于无刷直流电机与电调器价格低廉，降低了呼吸机的制造成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中呼吸机的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种家用型呼吸机，在能够帮助使用者呼吸的基础上，具有成本低廉特点。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供的呼吸机包括：处理器、电调器、无刷直流电机和通气管路；其中：
处理器，产生用于调控通气管路中压力的电压信号。该处理器可以采用性价比较高的STM32F103处理器。电压信号为占空比动态变化的电压方波信号，该电压信号可以由该处理器通过对相关参数分析处理得到，也可以由该处理器从上位机或其他终端中直接获得。
电调器，与所述处理器的输出端连接，将所述电压信号转换为对应的电流信号。
无刷直流电机，输出端连接有涡轮叶片，根据所述电流信号的驱动，以相应的转速运转，产生压缩空气。涡轮叶片可以与无刷直流电机的转子一体化制造。
所述通气管路，一端与所述压缩空气连通，另一端与呼吸面罩的通气入口连通。
电调器根据处理器发来的PWM电压方波的占空比，产生驱动无刷直流电机的电流信号，从而驱动无刷直流电机产生不同的转动速度。无刷直流电机转子上安装有一体化的涡轮叶片，通过无刷直流电机转子的高速旋转产生压缩空气，产生的压缩空气在医用通气管路中提供正压通气治疗压力。
在实施例中，无刷直流电机的型号可以选用AQL-01型号直流12V双涡轮高速风机，该型号的直流电机的端部具有凸台，该凸台中开设有与涡轮叶片产生的压缩空气相通的通道，通气管路的一端与该通道密封连接。
在实施例中，呼吸机还可以包括：压力传感器，用于测量所述通气管路中的压力。
所述处理器的信号采集端口与所述压力传感器连接，所述处理器的控制端口与电调器连接。所述处理器可以根据压力传感器测得的通气管路中的压力确定使用者的呼吸比，并根据所述呼吸比、治疗压力以及所述压力传感器测得的通气管路中的压力，建立PID压力调节模型，输出占空比动态变化的电压方波信号(方波信号的周期T可以为20ms，占空比调节范围可以为：T/20～T/10，方波信号幅度可以为+3.3V)，电压方波信号经过电调器转换后输出驱动无刷直流电机的电流信号，实现利用电压方波信号的占空比变化控制无刷直流电机的转速变化，无刷直流电机转子上安装有一体化的涡轮叶片，通过无刷直流电机转子的高速旋转产生压缩空气。
上述实施例中的治疗压力可以是通过输入设备(如键盘)输入的设定治疗压力；或者为通过无线通信模块(如WIFI模块)接收到的来自上位机或其他装置发来的治疗压力。
在上述实施例中的压力传感器可以为差压压力传感器，所述压力传感器的第一输入端口与所述压缩空气连通，所述压力传感器的第二输入端口与大气连通。
在实施例中，呼吸机还可以包括温湿度传感器，该温湿度传感器可以为DHT11型温湿度传感器，用于测量所述通气管路中的温度和湿度。
在实施例中，呼吸机还可以包括加湿加温器；通气管路可以包括至少第一通气管路A和第二通气管路B。其中，第一通气管路A的一端与压缩空气连通，另一端与加湿加温器的进气口连通。第二通气管路B的一端与加湿加温器的出气口连通，另一端与呼吸面罩的通气入口连通，呼吸面罩直接提供给使用者佩戴。处理器根据温湿度传感器测得的温度和湿度，调控加湿加温器对通气管路中的气体进行加湿和加温。
加湿加温器对无刷直流电机产生的正压通气进行加温和加湿，防止使用者呼吸道干燥，加湿加温器由两部分组成：第一部分为加湿部分，为底部可以加热的塑料水箱，水箱侧壁有最高和最低水位线，底部有导热盘，顶部有进气管和出气管，其余部分为密闭空间；第二部分为数显温控器，供电+12V/2A，温度控制范围0～40℃，手动可调，使用时应确保实际通气温度范围为30～33℃之间，防止烫伤呼吸道，同时具有超温报警功能。
上述实施例中加湿加温器、差压压力传感器与通气管路的连接可以借助三通组件实现，三通组件的主通路连接无刷直流电机的压缩空气出口和加湿加温器通气入口，三通组件的支路将第一通气管路A中的压力信息传递给差压压力传感器的第一输入端口A，压力传感器的第二输入端口B接外部空气，即输入当地大气压力。在实施例中，可以采用天津怡和嘉业医疗科技有限公司生产的型号为BMC-FM的通气面罩三通组件。差压压力传感器可以采用型号为DLVR-L05D的差压压力传感器。
在实施例中，呼吸机还可以包括与所述处理器连接的输入模块，用于输入治疗压力，该输入模块可以是4x4键盘。
在实施例中，呼吸机还可以包括与所述处理器连接的无线通信模块，用于所述呼吸机与上位机或终端的通信。该无线通信模块可以为WIFI模块。处理器通过无线通信方式与上位机或其他终端(如移动终端等)通信，即通过无线通信模块及时向上位机或其他终端(如移动终端等)反馈测量得到的管路通气压力、使用者的心率、血氧饱和度、吸呼比、温度、湿度信息，并且接收上位机发送过来的呼吸机治疗压力数据。
在实施例中，呼吸机还包括与所述处理器连接的心率血氧传感器，用于采集使用者的心率和血氧饱和度。该心率血氧传感器可以为MAX30102型心率血氧传感器。
在实施例中，呼吸机还包括与所述处理器连接的显示器。处理器读取温湿度传感器采集到通气管路中空气的温度和湿度数据、心率血氧传感器采集到的使用者心率和血氧饱和度数据、差压压力传感器采集到的通气管路中的压力数据，然后根据通气管路中的压力变化测量使用者的吸呼比，驱动LCD液晶显示器显示呼吸空气的温度和湿度、使用者的心率和血氧饱和度数据、通气管路中的压力值、使用者的吸呼比及异常告警信息。
在实施例中，呼吸机还包括应急按键，所述应急按键触发时，控制器控制所述呼吸机进行应急呼吸模式。呼吸机可以通过无线通信模块实时下载呼吸控制模式与策略。
基于STM32F103处理器的呼吸机系统软件程序设计方案如下：
步骤1：初始化DHT11型温湿度传感器工作状态，采集通气管路中空气的温度和湿度。
步骤2：初始化MAX30102型心率血氧传感器工作状态，采集使用者的心率和血氧饱和度信息。
步骤3：初始化DLVR-L05D型差压压力传感器工作状态，采集通气管路中的压力值。
步骤4：测量通气管路中的压力变化值、使用者的吸呼比参数。
步骤5：初始化LCD液晶显示器工作状态，显示通气管路中空气的温度和湿度、使用者的心率和血氧饱和度数据、通气管路中的压力值、使用者的吸呼比参数及异常告警信息，并且通过WIFI模块及时向上位机反馈测量得到的管路通气压力、使用者的心率、血氧饱和度、吸呼比、温度、湿度信息，接收上位机发送过来的呼吸机治疗压力数据。
步骤6：根据键盘设定的治疗压力参数或者根据通过WIFI模块接收到上位机发来的呼吸机治疗压力数据，以及测量得的通气管路中的实际通气压力信息，建立PID(比例、积分、微分)压力调节模型，输出占空比动态变化的电压方波信号(方波信号的周期T为20ms，占空比调节范围：T/20～T/10，方波信号幅度+3.3V)，电压方波信号经过电调器转换后输出驱动无刷直流电机的电流信号，实现利用电压方波信号的占空比变化控制直流无刷直流电机的转速变化，从而达到稳定的正压通气治疗压力。
步骤7：根据键盘按键判断是否需要进入应急呼吸模式，一旦检测到按下应急呼吸模式按键，立即停止正常的正压通气治疗模式，进入应急呼吸模式。
应急呼吸模式：按照用户设定的吸呼比、呼吸比和治疗压力，提供正压呼吸循环。
本发明采用市场上应用比较成熟的无刷直流电机与配套电调器模块以及性价比较高的STM32F103处理器，整体结构简单，价格低廉，方便家庭使用。此外，本发明提供的呼吸机采用无线联网模式可以实时上传测量参数以及下载呼吸控制模式与策略，更加的便捷。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种呼吸机，其特征在于，包括：
处理器，产生用于调控通气管路中压力的电压信号；
电调器，与所述处理器的输出端连接，将所述电压信号转换为对应的电流信号；
无刷直流电机，输出端连接有涡轮叶片，根据所述电流信号的驱动，以相应的转速运转，产生压缩空气；
所述通气管路，一端与所述压缩空气连通，另一端与呼吸面罩的通气入口连通。
2.根据权利要求1所述的呼吸机，其特征在于，所述呼吸机还包括：压力传感器，用于测量所述通气管路中的压力；
所述处理器的信号采集端口与所述压力传感器连接，所述处理器的控制端口与电调器连接，所述处理器用于根据所述压力传感器测得的通气管路中的压力确定使用者的呼吸比，并根据所述呼吸比、治疗压力以及所述压力传感器测得的通气管路中的压力，建立PID压力调节模型，确定用于调控所述通气管路中压力的电压信号。
3.根据权利要求2所述的呼吸机，其特征在于，所述压力传感器为差压压力传感器，所述差压压力传感器的第一输入端口与所述压缩空气连通，所述压力传感器的第二输入端口与大气连通。
4.根据权利要求1所述的呼吸机，其特征在于，所述呼吸机还包括温湿度传感器，用于测量所述通气管路中的温度和湿度。
5.根据权利要求4所述的呼吸机，其特征在于，所述呼吸机还包括加湿加温器；
所述通气管路包括第一通气管路和第二通气管路；所述第一通气管路，一端与压缩空气连通，另一端与所述加湿加温器的进气口连通；所述第二通气管路，一端与所述加湿加温器的出气口连通，另一端与所述呼吸面罩的通气入口连通；所述处理器根据所述温湿度传感器测得的温度和湿度，调控所述加湿加温器对所述通气管路中的气体进行加湿和加温。
6.根据权利要求1所述的呼吸机，其特征在于，所述呼吸机还包括与所述处理器连接的输入模块，用于输入治疗压力。
7.根据权利要求1所述的呼吸机，其特征在于，所述呼吸机还包括与所述处理器连接的无线通信模块，用于所述呼吸机与上位机或终端的通信。
8.根据权利要求1所述的呼吸机，其特征在于，所述呼吸机还包括与所述处理器连接的心率血氧传感器，用于采集使用者的心率和血氧饱和度。
9.根据权利要求1所述的呼吸机，其特征在于，所述呼吸机还包括与所述处理器连接的显示器；所述显示器用于显示异常警报、通气管路的温湿度数据和压力数据、以及使用者的吸呼比、心率和血氧饱和度。
10.根据权利要求1所述的呼吸机，其特征在于，所述呼吸机还包括应急按键，所述应急按键触发时，控制器控制所述呼吸机进行应急呼吸模式。
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