CN111474968B - 一种温度治疗仪的控温方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种温度治疗仪的控温方法及系统，其根据治疗用水的当前温度和目标温度计算出PWM_ALL信号，而在输出该PWM_ALL信号之前，会将其与最大限定值PWM_ALL_MAX进行比较，当PWM_ALL大于PWM_ALL_MAX时，令PWM_ALL=PWM_ALL_MAX，然后再输出PWM_ALL信号至制冷/加热模块进行制冷或加热。若当前温度在室温附近时，温度治疗具有较平缓的温度变化率，防止引起病人不适；若当前温度处于较低或较高的区间时，温度治疗又具有较大的调温速度，可以满足快速调温的要求。从而使得本发明在采用温度治疗仪进行温度治疗的过程中兼顾了调温要求和病人舒适度。

Description

一种温度治疗仪的控温方法及系统
技术领域
本发明涉及医疗温度治疗技术领域，具体涉及一种温度治疗仪的控温方法及系统。
背景技术
现有的创伤患者、内部细菌或病毒感染患者、内部脏器功能患者等病患， 在临床治疗中，因为人体机能或治疗需要，都需要低温辅助治疗或高温辅助治疗，遂产生温度治疗仪。
但是现有温度治疗仪在使用时存在以下缺陷：
在当前温度在室温附近加热或制冷时，调温的速度很快，但如果当前温度处于较低或较高的区间时，调温的速度就比较慢了。如果采用功率较大的制冷、加热模块，可以较快地达到治疗温度，但是在室温附件的温度变化太快会导致病人的不适；如果采用功率较小的制冷、加热模块，不会引起病人不适，但却需要很长的时间才能达到治疗温度。
有鉴于此，本设计人针对上述温度治疗仪存在的诸多问题而深入构思，遂有本案产生。
发明内容
针对现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种温度治疗仪的控温方法及系统，其兼顾了调温要求和病人舒适度。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种温度治疗仪的控温方法，其包括：
获取水箱内治疗用水的当前温度Current和目标温度Target，并根据当前温度Current和目标温度Target计算PWM_ALL；
将PWM_ALL与最大限定值PWM_ALL_MAX进行比较，其中，最大限定值PWM_ALL_MAX=A*(Current-T)^2+B，T为室温，A和B为修正系数，PWM_ALL_MAX不高于（PWM1+PWM2+…PWMi+…+PWMN）,PWMi为第i个制冷/加热模块运行的最大PWM值，N为制冷/加热模块的总数量；
若PWM_ALL不大于PWM_ALL_MAX,则输出PWM_ALL至制冷/加热模块进行制冷或加热；否则，令PWM_ALL=PWM_ALL_MAX；输出PWM_ALL至制冷/加热模块进行加热或制冷；
制冷/加热模块进行加热或制冷时，开启K1个制冷/加热模块全速运行，一个制冷/加热模块以M1的功率运行，其中，PWM1+PWM2+…PWMK1+M1=PWM_ALL，且M1小于等于PWMK1+1，K1=1,2，…，N-1。
所述PWM_ALL的计算如下：
PWM_ALL=K*(TargetFinal-Current)；
其中，K为系数，TargetFinal为最终目标温度，其为
TargetFinal=Target + Fix；
Fix为修正系数，其为
Fix= (Target -T)/D，T为室温，D为系数。
所述N个制冷/加热模块运行的最大PWM值相等。
所述制冷/加热模块包括一个驱动电路和一制冷加热片，所述驱动电路输出电流的方向控制制冷加热片的工作模式为制冷或加热；所述制冷/加热模块接收的PWM信号带有控制驱动电路输出电流方向的信号。
一种温度治疗仪的控温系统，其包括
水箱，用于存储治疗用水；
温度传感器，设于水箱中，用于获取治疗用水的当前温度Current；
MCU处理器，用于接收治疗用水的当前温度Current和目标温度Target，并根据当前温度Current和目标温度Target计算PWM_ALL；还用于将PWM_ALL将PWM_ALL与最大限定值PWM_ALL_MAX进行比较，若PWM_ALL不大于PWM_ALL_MAX,则输出PWM_ALL至制冷/加热模块进行制冷或加热；否则，令PWM_ALL=PWM_ALL_MAX；输出PWM_ALL至制冷/加热模块进行加热或制冷；
制冷/加热模块，用于接收MCU处理器发送的控制信号PWM_ALL，并根据控制信号PWM_ALL，开启K1个制冷/加热模块全速运行，一个制冷/加热模块以M1的功率运行，其中，PWM1+PWM2+…PWMK1+M1=PWM_ALL，且M1小于等于PWMK1+1，K1=1,2，…，N-1；
最大限定值PWM_ALL_MAX=A*(Current-T)^2+B，T为室温，A和B为修正系数，PWM_ALL_MAX不高于（PWM1+PWM2+…PWMi+…+PWMN）,PWMi为第i个制冷/加热模块运行的最大PWM值，N为制冷/加热模块的总数量。
所述温控系统还包括散热模块，所述散热模块连接制冷/加热模块，用于与外界空气进行热交换。
所述MCU处理器对PWM_ALL的计算如下：
PWM_ALL=K*(TargetFinal-Current)；
其中，K为系数，TargetFinal为最终目标温度，其为
TargetFinal=Target + Fix；
Fix为修正系数，其为
Fix= (Target -T)/D，T为室温，D为系数。
所述制冷/加热模块包括一个驱动电路和一制冷加热片，所述驱动电路输出电流的方向控制制冷加热片的工作模式为制冷或加热；所述MCU处理器向制冷/加热模块输出的PWM信号带有控制驱动电路输出电流方向的信号。
采用上述方案后，本发明根据治疗用水的当前温度和目标温度计算出PWM_ALL信号，而在输出该PWM_ALL信号之前，会将其与最大限定值PWM_ALL_MAX进行比较，当PWM_ALL大于PWM_ALL_MAX时，令PWM_ALL=PWM_ALL_MAX，然后再输出PWM_ALL信号至制冷/加热模块进行制冷或加热，控制制冷/加热模块进行制冷或加热之前。若当前温度在室温附近时，温度治疗具有较平缓的温度变化率，防止引起病人不适；若当前温度处于较低或较高的区间时，温度治疗又具有较大的调温速度，可以满足快速调温的要求。从而使得本发明在采用温度治疗仪进行温度治疗的过程中兼顾了调温要求和病人舒适度。
此外，本发明根据治疗用水的当前温度和目标温度计算出PWM_ALL信号时，对目标温度进行了修正，使得本发明对于大幅度的温度跳变，也有很好的控制精度，防止出现超调情况。
附图说明
图1为本发明温控系统的原理框图；
图2为本发明PWM_ALL_MAX的变化曲线图；
图3为本发明修正系数的变化曲线图。
具体实施方式
本发明揭示了一种温度治疗仪的控温方法及系统，其兼顾了温度治疗仪在治疗过程中的调温要求和病人舒适度，若当前温度在室温附近时，具有较平缓的温度变化率，防止引起病人不适；若当前温度处于较低或较高的区间时，又具有较大的调温速度，可以满足快速调温的要求。
其中，温控治疗仪的温控方法具体如下：
获取水箱内治疗用水的当前温度Current和目标温度Target，并根据当前温度Current和目标温度Target计算PWM_ALL；
将PWM_ALL与最大限定值PWM_ALL_MAX进行比较，其中，最大限定值PWM_ALL_MAX=A*(Current-T)^2+B，T为室温，A和B为修正系数，PWM_ALL_MAX不高于（PWM1+PWM2+…PWMi+…+PWMN）,PWMi为第i个制冷/加热模块运行的最大PWM值，N为制冷/加热模块的总数量；
若PWM_ALL不大于PWM_ALL_MAX,则输出PWM_ALL至制冷/加热模块进行制冷或加热；否则，令PWM_ALL=PWM_ALL_MAX；输出PWM_ALL至制冷/加热模块进行加热或制冷；
制冷/加热模块进行加热或制冷时，开启K1个制冷/加热模块全速运行，一个制冷/加热模块以M1的功率运行，其中，PWM1+PWM2+…PWMK1+M1=PWM_ALL，且M1小于等于PWMK1+1，K1=1,2，…，N-1。
当N个制冷/加热模块运行的最大PWM值相等时，即PWM1=PWM2=…=PWMi=…=PWMN=PWM_M，此时，可以采用如下方法确定制冷加热模块进行制冷或加热的数量：
制冷/加热模块进行加热或制冷时，开启K1个制冷/加热模块全速运行，一个制冷/加热模块以M1的功率运行，K1为PWM_ALL除以PWM_M得到的商，M1为PWM_ALL除以PWM_M得到的余数。
每个制冷/加热模块包括一个驱动电路和一制冷加热片，通过控制驱动电路输出电流的方向，可以控制制冷加热片的工作模式为制冷或加热。所以，MCU处理器向制冷/加热模块输出的PWM信号带有控制驱动电路输出电流方向的信号。
为了达到“对于大幅度的温度跳变，也要有很好的控制精度，防止超调”的目的，在温度治疗时，水箱内的水会流出水箱为患者提供温度治疗，然后再流回水箱，这个过程中会有温度的损失，故而在计算PWM_ALL时，目标温度具有一个修正系数Fix。此时，PWM_ALL的计算如下：
PWM_ALL=K*(TargetFinal-Current)；
其中，K为系数，TargetFinal为最终目标温度，其为
TargetFinal=Target + Fix；
Fix为修正系数，其为
Fix= (Target -T)/D，T为室温，D为系数。
如图1所示，基于同一发明构思，本发明的一种温度治疗仪的控温系统包括：
水箱，用于存储治疗用水；
温度传感器，设于水箱中，用于获取治疗用水的当前温度Current；
MCU处理器，用于接收治疗用水的当前温度Current和目标温度Target，并根据当前温度Current和目标温度Target计算PWM_ALL；还用于将PWM_ALL将PWM_ALL与最大限定值PWM_ALL_MAX进行比较，若PWM_ALL不大于PWM_ALL_MAX,则输出PWM_ALL至制冷/加热模块进行制冷或加热；否则，令PWM_ALL=PWM_ALL_MAX；输出PWM_ALL至制冷/加热模块进行加热或制冷；
制冷/加热模块，用于接收MCU处理器发送的控制信号PWM_ALL，并根据控制信号PWM_ALL，开启K1个制冷/加热模块全速运行，一个制冷/加热模块以M1的功率运行，其中，PWM1+PWM2+…PWMK1+M1=PWM_ALL，且M1小于等于PWMK1+1，K1=1,2，…，N-1；
最大限定值PWM_ALL_MAX=A*(Current-T)^2+B，T为室温，A和B为修正系数，PWM_ALL_MAX不高于（PWM1+PWM2+…PWMi+…+PWMN）,PWMi为第i个制冷/加热模块运行的最大PWM值，N为制冷/加热模块的总数量。
每个制冷/加热模块包括一个驱动电路和一制冷加热片，通过控制驱动电路输出电流的方向，可以控制制冷加热片的工作模式为制冷或加热。所以，MCU处理器向制冷/加热模块输出的PWM信号带有控制驱动电路输出电流方向的信号。
为了保证制冷/加热模块的正常运行，需要对其进行散热，温控系统还包括散热模块，所述散热模块连接制冷/加热模块，用于与外界空气进行热交换。
为了达到“对于大幅度的温度跳变，也要有很好的控制精度，防止超调”的目的，MCU处理器在计算PWM_ALL时，对目标温度进行了修正。PWM_ALL的计算如下：
PWM_ALL=K*(TargetFinal-Current)；
其中，K为系数，TargetFinal为最终目标温度，其为
TargetFinal=Target + Fix；
Fix为修正系数，其为
Fix= (Target -T)/D，T为室温，D为系数。
为详尽本发明内容，以下将列举一具体实施例进行说明。
该实施例中温控系统具有三个制冷/加热模块，且每个制冷/加热模块的最大运行PWM值相同，即均为PWM_M。
那么在确定PWM_ALL_MAX时，取T=25，A=9，B=1000，则PWM_ALL_MAX的公式为：PWM_ALL_MAX = 9*(x-25)^2+1000。取PWM_M为1000，那么，PWM_ALL_MAX应不高于3000。若PWM_ALL_MAX>3000，则PWM_ALL_MAX = 3000。
在确定温度修正系数时，取D=25，则修正系数Fix的公式为：Fix= (Target -25)/25。在确定PWM_ALL时，K=900，则PWM_ALL的公式为：PWM_ALL = 900*(Target + Fix-Current)。
若目标温度Target=5℃，当前温度Current=20℃时：
PWM_ALL_MAX = 1225；
Fix = -0.8；
PWM_ALL = 14220，但其受到PWM_ALL_MAX的限制，取值1225；
此时，第一个制冷/加热模块按100%占空比的PWM运行，第二个制冷/加热模块按225/1000=22.5%占空比的PWM运行，第三个制冷/加热模块待机。
目标温度Target=5℃，当前温度Current=10℃时：
PWM_ALL_MAX=3025，取3000；
Fix = -0.8；
PWM_ALL=5220，但其受到PWM_ALL_MAX的限制，取值3000；
此时，三个制冷/加热模块均全速运行。
若目标温度Target=5℃，当前温度Current=5.5℃时：
PWM_ALL_MAX=4422，取3000；
Fix = -0.8；
PWM_ALL=1170；
此时，第一个制冷/加热模块按100%占空比的PWM运行，第二个制冷/加热模块按170/1000=17%占空比的PWM运行，第三个制冷/加热模块待机。
若目标温度Target=5℃，当前温度Current=5.0℃时：
PWM_ALL_MAX=4600，取3000；
Fix = -0.8；
PWM_ALL=720；
此时，第一个制冷/加热模块按720/1000=72%占空比的PWM运行，第二个和第三个制冷/加热模块待机。此时，制冷的速度与敷袋失温的速度达到平衡，使温度稳定在5℃。
综上所述，本发明的关键在于，本发明根据治疗用水的当前温度和目标温度计算出PWM_ALL信号，而在输出该PWM_ALL信号之前，会将其与最大限定值PWM_ALL_MAX进行比较，当PWM_ALL大于PWM_ALL_MAX时，令PWM_ALL=PWM_ALL_MAX，然后再输出PWM_ALL信号至制冷/加热模块进行制冷或加热，控制制冷/加热模块进行制冷或加热之前。若当前温度在室温附近时，温度治疗具有较平缓的温度变化率，防止引起病人不适；若当前温度处于较低或较高的区间时，温度治疗又具有较大的调温速度，可以满足快速调温的要求。从而使得本发明在采用温度治疗仪进行温度治疗的过程中兼顾了调温要求和病人舒适度。
此外，本发明根据治疗用水的当前温度和目标温度计算出PWM_ALL信号时，对目标温度进行了修正，使得本发明对于大幅度的温度跳变，也有很好的控制精度，防止出现超调情况。
以上所述，仅是本发明实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种温度治疗仪的控温方法，其特征在于：所述控温方法包括：
获取水箱内治疗用水的当前温度Current和目标温度Target，并根据当前温度Current和目标温度Target计算PWM_ALL；
将PWM_ALL与最大限定值PWM_ALL_MAX进行比较，其中，最大限定值PWM_ALL_MAX=A*(Current-T)^2+B，T为室温，A和B为修正系数，PWM_ALL_MAX不高于（PWM1+PWM2+…PWMi+…+PWMN）,PWMi为第i个制冷/加热模块运行的最大PWM值，N为制冷/加热模块的总数量；
若PWM_ALL不大于PWM_ALL_MAX,则输出PWM_ALL至制冷/加热模块进行制冷或加热；否则，令PWM_ALL=PWM_ALL_MAX；输出PWM_ALL至制冷/加热模块进行加热或制冷；
制冷/加热模块进行加热或制冷时，开启K1个制冷/加热模块全速运行，一个制冷/加热模块以M1的功率运行，其中，PWM1+PWM2+…PWMK1+M1=PWM_ALL，且M1小于等于PWMK1+1，K1=1,2，…，N-1。
2.根据权利要求1所述的一种温度治疗仪的控温方法，其特征在于：所述PWM_ALL的计算如下：
PWM_ALL=K*(TargetFinal-Current)；
其中，K为系数，TargetFinal为最终目标温度，其为
TargetFinal=Target + Fix；
Fix为修正系数，其为
Fix= (Target -T)/D，T为室温，D为系数。
3.根据权利要求1所述的一种温度治疗仪的控温方法，其特征在于：所述N个制冷/加热模块运行的最大PWM值相等。
4.根据权利要求1所述的一种温度治疗仪的控温方法，其特征在于：所述制冷/加热模块包括一个驱动电路和一制冷加热片，所述驱动电路输出电流的方向控制制冷加热片的工作模式为制冷或加热；所述制冷/加热模块接收的PWM信号带有控制驱动电路输出电流方向的信号。
5.一种温度治疗仪的控温系统，其特征在于：包括
水箱，用于存储治疗用水；
温度传感器，设于水箱中，用于获取治疗用水的当前温度Current；
MCU处理器，用于接收治疗用水的当前温度Current和目标温度Target，并根据当前温度Current和目标温度Target计算PWM_ALL；还用于将PWM_ALL将PWM_ALL与最大限定值PWM_ALL_MAX进行比较，若PWM_ALL不大于PWM_ALL_MAX,则输出PWM_ALL至制冷/加热模块进行制冷或加热；否则，令PWM_ALL=PWM_ALL_MAX；输出PWM_ALL至制冷/加热模块进行加热或制冷；
制冷/加热模块，用于接收MCU处理器发送的控制信号PWM_ALL，并根据控制信号PWM_ALL，开启K1个制冷/加热模块全速运行，一个制冷/加热模块以M1的功率运行，其中，PWM1+PWM2+…PWMK1+M1=PWM_ALL，且M1小于等于PWMK1+1，K1=1,2，…，N-1；
最大限定值PWM_ALL_MAX=A*(Current-T)^2+B，T为室温，A和B为修正系数，PWM_ALL_MAX不高于（PWM1+PWM2+…PWMi+…+PWMN）,PWMi为第i个制冷/加热模块运行的最大PWM值，N为制冷/加热模块的总数量。
6.根据权利要求5所述的一种温度治疗仪的控温系统，其特征在于：所述控温系统还包括散热模块，所述散热模块连接制冷/加热模块，用于与外界空气进行热交换。
7.根据权利要求5所述的一种温度治疗仪的控温系统，其特征在于：所述MCU处理器对PWM_ALL的计算如下：
PWM_ALL=K*(TargetFinal-Current)；
其中，K为系数，TargetFinal为最终目标温度，其为
TargetFinal=Target + Fix；
Fix为修正系数，其为
Fix= (Target -T)/D，T为室温，D为系数。
8.根据权利要求5所述的一种温度治疗仪的控温系统，其特征在于：所述制冷/加热模块包括一个驱动电路和一制冷加热片，所述驱动电路输出电流的方向控制制冷加热片的工作模式为制冷或加热；所述MCU处理器向制冷/加热模块输出的PWM信号带有控制驱动电路输出电流方向的信号。
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Denomination of invention: A Temperature Control Method and System for a Temperature Therapy Instrument

Effective date of registration: 20230725

Granted publication date: 20210907

Pledgee: China Everbright Bank Limited by Share Ltd. Xiamen branch

Pledgor: Xiamen Zhong Ling Yi Yong Technology Co.,Ltd.

Registration number: Y2023980049760

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