CN111588953A - 电子节氧器及输氧设备 - Google Patents

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肖鹰
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李世友
袁可可
陶曾杰
张金菊
杨美蓉
王一博
谢蓉
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Abstract

本发明公开了一种电子节氧器及输氧设备,电子节氧器包括:输氧单元、探测单元和控制单元;输氧单元包括输氧管、电磁阀,输氧管的出气端连接鼻孔,电磁阀的控制端电性连接控制单元;探测单元包括探测气管、设置在探测气管一端的气体探测器,气体探测器的信号输出端电性连接控制单元;控制单元通过气体探测器反馈的信息,并结合呼吸状态判断算法判断出人体的呼气‑呼气后屏息‑吸气‑吸气后屏息四个状态区间,在吸气后屏息区间内控制电磁阀关闭,在呼气后屏息区间内控制电磁阀开启,以实现节约氧气。本装置可以精确判断人体的呼吸状态,并且根据不同的呼吸状态控制电磁阀的启闭,实现吸气时供氧、呼气时停氧,能够有效节约氧气。

Description

电子节氧器及输氧设备
技术领域
本发明涉及输氧设备领域,具体的涉及一种电子节氧器及输氧设备。
背景技术
在医院中,通过输氧设备给病人吸氧是一种常规治疗手段,然而传统的输氧设备是将氧气是连续不断的从输氧管流出到人的鼻腔,而不考虑吸氧人是处在吸气状态还是呼气状态,由于人的呼气状态分为呼气、吸气和屏息三种主要阶段,只有吸气阶段需要提供氧气,其他阶段输送的氧气是被浪费的。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此,本发明提出一种电子节氧器及输氧设备,能够精确探测人体呼气、吸气和屏息三种状态,并且根据不同的呼吸状态实时控制氧气的供应,实现吸气时供氧、呼气时停氧,起到节约氧气的作用。
根据本发明实施例的一种电子节氧器,包括
输氧单元,所述输氧单元包括连接鼻孔的输氧管和用于控制输氧管通断的电磁阀,所述输氧管的出气端连接鼻孔;
探测单元,所述探测单元包括连接鼻孔的探测气管和用于识别呼吸状态的气体探测器,所述;
控制单元,分别与所述气体探测器、电磁阀电性连接,以用于根据所述气体探测器识别的呼吸状态判断出人体的呼气-呼气后屏息-吸气-吸气后屏息四个状态区间,在吸气后屏息区间内控制电磁阀关闭,在呼气后屏息区间内控制电磁阀开启,以实现节约氧气。
根据本发明实施例的电子节氧器,至少具有如下技术效果:
通过探测气管内的气体探测器感应人体的呼气和吸气状态,控制单元通过气体探测器反馈的信息计算出呼气-呼气后屏息-吸气-吸气后屏息四个状态区间,并控制氧气管内的电磁阀在呼气后屏息区间打开,在吸气后屏息区间关闭。本装置可以精确判断人体的呼吸状态,并且根据不同的呼吸状态控制电磁阀的启闭,实现吸气时供氧、呼气时停氧,能够有效节约氧气。
根据本发明的一些实施例,所述控制单元将气体探测器反馈的
高电平配置为呼气状态,
电压值为零且之前为高电平配置为呼气后屏息状态,
低电平配置为吸气状态,
电压值为零且之前为低电平配置为吸气后屏息状态。
根据本发明的一些实施例,所述控制单元包括放大电路、模数转换器、MCU和驱动电路,所述放大电路的输入端电性连接气体探测器的信号输出端,所述放大电路的输出端电性连接模数转换器的输入端,所述模数转换器的输出端电性连接MCU的输入端,所述MCU的输出端电性连接驱动电路的输入端,所述驱动电路电性连接电磁阀的控制端以用于控制电磁阀的启闭。
根据本发明的一些实施例,所述放大电路包括输入电阻R21、反馈电阻R51、运算放大器U1A,所述输入电阻R21的一端通过电容C11电性连接气体探测器的信号输出端,所述输入电阻R21的另一端电性连接运算放大器U1A的反相输入端,所述运算放大器U1A的正相输入端通过平衡电阻R41接地,所述运算放大器U1A的输出端通过电容C21和电阻R10电性连接模数转换器的模拟信号输入端,所述运算放大器U1A的输出端通过反馈电阻R51电性连接反相输入端以用于引入深度电压负反馈。
根据本发明的一些实施例,所述驱动电路包括电阻R1和三极管Q1,所述MCU的输出端电性连接三极管Q1的基极,所述三极管Q1的集电极连接电磁阀的控制端,所述三极管Q1的发射极接地。
根据本发明的一些实施例,所述模数转换器的型号为ADC0804CN。
根据本发明的一些实施例,所述MCU的型号为STC89C51。
根据本发明的一些实施例,所述气体探测器采用驻极体麦克风。
根据本发明的一些实施例,所述电磁阀包括阀针、与阀针配合的阀针套、弹簧和电磁线圈,所述阀针套固定安装在输氧管内壁上,所述电磁线圈设置在阀针的末端并且与控制单元电性连接,所述弹簧设置在阀针上以用于提供回弹力,所述控制单元通过电磁线圈控制阀针的升降从而实现电磁阀的启闭。
根据本发明实施例的一种电子输氧设备,包括供氧装置和电子式节氧器,所述供氧装置通过电子式节氧器给人体供氧以节约氧气。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1为本发明实施例中电子节氧器的结构示意图;
图2为本发明实施例中控制单元的电路原理图;
图3为本发明实施例中人体呼吸速度和氧气供应的坐标图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
本发明的描述中,除非另有明确的限定,设置、安装、连接等词语应做广义理解,所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参考图1,一种电子节氧器,包括:输氧单元、探测单元和控制单元;
输氧单元包括输氧管100、设置在输氧管100内的电磁阀,输氧管100的出气端连接鼻孔,电磁阀的控制端电性连接控制单元。
其中,本实施例中电磁阀采用电磁阀的结构,其包括阀针510、阀针套520和弹簧530,阀针套520固定安装在输氧管100内壁,电磁线圈510位于阀针510的末端,弹簧530安装在阀针510上提供回弹力,电磁线圈510由控制单元控制,当电磁线圈510通电时吸合阀针510使得输氧管100开启,当电磁线圈520断电时阀针510通过弹簧530向下压入阀针套520使得输氧管100闭合。
探测单元包括探测气管200、设置在探测气管200一端的气体探测器300,探测气管200的另一端连接鼻孔,气体探测器300的信号输出端电性连接控制单元,气体探测器300的作用是将人体呼气和吸气转换为不同的电平信号并传输给控制单元,优选的,本实施例中气体探测器300采用成本低且稳定性好的驻极体麦克风,也可以采用超声波气体传感器或者其他的气体探测器。
控制单元通过气体探测器300反馈的信息,并结合呼吸监测算法判断出人体的呼气-呼气后屏息-吸气-吸气后屏息四个状态区间,在吸气后屏息区间内控制电磁阀关闭,在呼气后屏息区间内控制电磁阀开启,以实现节约氧气。
参考图2,控制单元包括控制单元包括放大电路、模数转换器、MCU、驱动电路和电磁线圈510,放大电路的输入端电性连接气体探测器的信号输出端,放大电路的输出端电性连接模数转换器的输入端,模数转换器的输出端电性连接MCU的输入端,MCU的输出端电性连接驱动电路的输入端,驱动电路电性连接电磁线圈510,电磁线圈510用于控制电磁阀的开启和关闭。
由于外界信号的复杂性,使得驻极体麦克风直接输出的电信号不够稳定,这些不稳定信号如果直接送到模数转换器进行采样,可能会因为误差较大使MCU产生误判,而无法确定真实的人体呼吸状态,因此,需要一个专门的放大电路对驻极体麦克风MIC1输出的不稳定电信号进行滤波等处理,使得进入模数转换器的电压值为一个稳定的信号。本实施例中放大电路包括分压电阻R11、输入电阻R21、反馈电阻R51、运算放大器U1A,本实施例中运算放大器U1A的型号为LM358。分压电阻R11的一端连接MAC1,另一端连接电源VCC,输入电阻R21的一端通过电容C11电性连接驻极体麦克风MAC1的信号输出端,输入电阻R21的另一端电性连接运算放大器U1A的反相输入端,运算放大器U1A的正相输入端通过平衡电阻R41接地,其中R41=R21//R51,可以增加放大电路的稳定性,运算放大器U1A的输出端通过电容C21和电阻R10电性连接模数转换器的IN+引脚,运算放大器U1A的输出端通过反馈电阻R51电性连接反相输入端。放大电路通过反馈电阻R51引入深度电压负反馈,所以输出电阻很小(Ro≈0),带负载能力强。
优选的,本实施例中模数转换器的型号为ADC0804CN,参考电压为0V,参考图3-A,人体呼吸的过程一共分为四个状态区间,依次为吸气-吸气后屏息-呼气-呼气后屏息,参考图3-C,人体吸气时,氧气从高压转换到低压再经输氧管100流入鼻孔为人体供氧,还有一部分氧气会流入探测气管推动驻极体麦克风产生振荡,但振荡幅度相比呼气时小,因此电压相对较低。当人体呼气时,ADC0804CN的输出电压为2.5V,认为是高电平,当人体吸气时,ADC0804CN的输出电压为2V,认为是低电平,当处于屏息状态时,ADC0804CN的输出电压为0V。
驱动电路包括电阻R1和三极管Q1,MCU的输出端电性连接三极管Q1的基极,三极管Q1的集电极连接电磁线圈510的一端,电磁线圈510的另一端连接电源,三极管Q1的发射极接地。
MCU根据ADC0804CN输入的高低电平来判断当前人体处于哪个呼吸状态区间,优选的,本实施例中MCU的型号为STC89C51。参考图3-B和图3-D,当人体处于呼气后屏息状态时MCU通过引脚12控制三极管Q1导通使得电磁线圈510通电打开输氧管100,当人提出与吸气后屏息状态时停止给电磁线圈510通电关闭输氧管100。
MCU将气体探测器300反馈的电平信号配置为:
高电平配置为呼气状态,
电压值为零且之前为高电平配置为呼气后屏息状态,
低电平配置为吸气状态,
电压值为零且之前为低电平配置为吸气后屏息状态。
本实施例中控制单元的一种工作流程为
S1、启动采样,
S2、延时等待转换结果,
S3、读取采样二进制的结果,
S4、将二进制的结果转换成高低电平,
S5、MCU判断当前人体处于哪个呼吸状态区间,然后通过控制12脚输出达到控制氧气打开与关闭的功能。
为了避免人为操作机器或移动机器产生的气流触发气体探测器导致氧气管道误开。控制单元还包括真实呼吸判断步骤,真实呼吸判断步骤包括:记录第一次呼气后屏息的持续时间数据并储存,然后将后续呼气后屏息的持续时间与第一次呼气后屏息的持续时间进行比对,至少连续三次呼气后屏息的时长与记录数据的时长相近即可判断处于真实呼吸状态。
因此,本实施例中控制单元的另一种工作流程为
S1、启动采样,
S2、延时等待转换结果,
S3、读取采样二进制的结果,
S4、将二进制的结果转换成高低电平
S5、MCU记录第一次呼气后屏息的持续时间数据并储存,然后检测后续呼气后屏息的持续时间是否与存储的数据相近,连续对比三次都相近则进行输氧控制;
S6、MCU判断当前人体处于哪个呼吸状态区间,然后通过控制12脚输出达到控制氧气打开与关闭的功能。
本发明还公开了一种电子输氧设备,包括供氧装置和电子式节氧器,供氧装置可以采用氧气罐或氧气瓶,氧气罐或氧气瓶通过电子式节氧器给人体供氧。
综上所述,本发明通过探测气管200内的气体探测器300感应人体的呼气和吸气状态,控制单元通过气体探测器300反馈的信息,通过放大电路处理、A/D转换后进入MCU,可以精确计算出呼气-呼气后屏息-吸气-吸气后屏息四个状态区间,并控制氧气管100内的电磁阀在呼气后屏息区间打开,在吸气后屏息区间关闭。本装置可以精确判断人体的呼吸状态,并且根据不同的呼吸状态控制电磁阀的启闭,实现吸气时供氧、呼气时停氧,能够有效节约氧气。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明,但是本发明不限于上述实施例,在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种电子节氧器,其特征在于,包括:
输氧单元,所述输氧单元包括连接鼻孔的输氧管(100)和用于控制输氧管(100)通断的电磁阀,所述输氧管(100)的出气端连接鼻孔;
探测单元,所述探测单元包括连接鼻孔的探测气管(200)和用于识别呼吸状态的气体探测器(300),所述;
控制单元,分别与所述气体探测器(300)、电磁阀电性连接,以用于根据所述气体探测器(300)识别的呼吸状态判断出人体的呼气-呼气后屏息-吸气-吸气后屏息四个状态区间,在吸气后屏息区间内控制电磁阀关闭,在呼气后屏息区间内控制电磁阀开启,以实现节约氧气。
2.根据权利要求1所述的电子节氧器,其特征在于:所述控制单元将气体探测器(300)反馈的
高电平配置为呼气状态,
电压值为零且之前为高电平配置为呼气后屏息状态,
低电平配置为吸气状态,
电压值为零且之前为低电平配置为吸气后屏息状态。
3.根据权利要求1所述的电子节氧器,其特征在于:所述控制单元包括放大电路、模数转换器、MCU和驱动电路,所述放大电路的输入端电性连接气体探测器的信号输出端,所述放大电路的输出端电性连接模数转换器的输入端,所述模数转换器的输出端电性连接MCU的输入端,所述MCU的输出端电性连接驱动电路的输入端,所述驱动电路电性连接电磁阀的控制端以用于控制电磁阀的启闭。
4.根据权利要求3所述的电子节氧器,其特征在于:所述放大电路包括输入电阻R21、反馈电阻R51、运算放大器U1 A,所述输入电阻R21的一端通过电容C11电性连接气体探测器的信号输出端,所述输入电阻R21的另一端电性连接运算放大器U1 A的反相输入端,所述运算放大器U1 A的正相输入端通过平衡电阻R41接地,所述运算放大器U1 A的输出端通过电容C21和电阻R10电性连接模数转换器的模拟信号输入端,所述运算放大器U1 A的输出端通过反馈电阻R51电性连接反相输入端以用于引入深度电压负反馈。
5.根据权利要求3所述的电子节氧器,其特征在于:所述驱动电路包括电阻R1和三极管Q1,所述MCU的输出端电性连接三极管Q1的基极,所述三极管Q1的集电极连接电磁阀的控制端,所述三极管Q1的发射极接地。
6.根据权利要求3所述的电子节氧器,其特征在于:所述模数转换器的型号为ADC0804CN。
7.根据权利要求3所述的电子节氧器,其特征在于:所述MCU的型号为STC89C51。
8.根据权利要求1所述的电子节氧器,其特征在于:所述气体探测器(300)采用驻极体麦克风。
9.根据权利要求1所述的电子节氧器,其特征在于:所述电磁阀包括阀针(510)、与阀针(510)配合的阀针套(520)、弹簧(530)和电磁线圈(540),所述阀针套(520)固定安装在输氧管(100)内壁上,所述电磁线圈(540)设置在阀针(510)的末端并且与控制单元电性连接,所述弹簧(530)设置在阀针上以用于提供回弹力,所述控制单元通过电磁线圈(540)控制阀针(510)的升降从而实现电磁阀的启闭。
10.一种电子输氧设备,其特征在于,包括供氧装置和所述权利要求1-9任意一项的电子式节氧器,所述供氧装置通过电子式节氧器给人体供氧。
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