CN112181026A - 一种湿化器温度输出控制系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种湿化器温度输出控制系统和控制方法。一种湿化器温度输出控制系统，包括处理器、加热控制模块、温度传感器、比较器、电源控制模块、流量传感器；所述加热控制模块、所述温度传感器、所述流量传感器分别与所述处理器连接；所述电源控制模块与所述加热控制模块电连接，与所述比较器信号连接；所述比较器与所述温度传感器连接。1)本发明以处理器、加热控制模块、温度传感器配合使用，能够保证湿化器在正常工作下输出需求的稳定的温度；2)本发明采用温度传感器、比较器和电源控制模块配合进行闭环监控，实现硬件温度控制过程，即使在处理器内部软件跑飞的情况下，也能够通过硬件自动控制实现温度的需求控制。

Description

一种湿化器温度输出控制系统和控制方法

技术领域

本发明涉及湿化器温度控制，尤其涉及一种湿化器温度输出控制系统和控制方法。

背景技术

呼吸支持设备是目前较为常用的辅助呼吸的设备，呼吸支持设备中需要使用湿化器将输出的气流进行湿化，本领域常用的湿化手段是通过加热将湿化器中水分蒸发到气流中，实现湿化。当前的加热型湿化器控制输出气体温度是根据温度传感器采集到的出气口温度为负反馈，通过软件算法控制加热控制模块，输出稳定的气体温度。当温度传感器失效或者软件死机或者加热控制模块失效时，加热模块将以最大功率工作，造成呼吸机出气口气体温度高于42°，由于输出气体温度过高，有损害患者人身安全的风险，且这种情况不满足应检测标准的规定。当前主流的加热型湿化器均采用根据用户设定的流量限制加热功率的方法，使得湿化器输出的最大温度不超过42°，但是这种方法同时也将限制湿化器的输出性能，影响气体湿化效果。现有的加热湿化器只有在温度传感器、处理器内载软件和加热控制模块三个功能模块均正常工作，才能保证呼吸机按照设定需求正常工作，输出需要的输气温度。当系统认为三个功能模块出现两个及以上故障概率被认为为不可能事件，就无法进行工作。

申请号为CN201811652426.X的专利文献公开了一种呼吸支持设备的加湿器温度控制方法，所述方法包括如下步骤：步骤S1、PWM初始化；步骤S2、若加热功能开启且水盒已安装，则进行下一步骤；步骤S3、计算当前加热板的温度；步骤S4、判断是否进入治疗模式；步骤S5、检测加热板温度是否超过90℃；步骤S6、加热功能开启2分钟后，检测加热板温度是否上升超过10℃；步骤S7、调整PWM占空比控制加热板进行加热；步骤S8、计算加热板实时温度并判断是否达到呼吸支持设备预设的档位温度，若是，则停止加热，若否，则跳回步骤S7。但是还不能有效解决上述问题。

因而现有的呼吸支持设备中湿化器温控技术存在不足，还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种湿化器温度输出控制系统和控制方法，能够使湿化器的温度确定，同时即使在设备具有单一故障的情况下，也能够保证湿化器温度恒定。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种湿化器温度输出控制系统，包括处理器、加热控制模块、温度传感器、比较器、电源控制模块、流量传感器；

所述加热控制模块、所述温度传感器、所述流量传感器分别与所述处理器连接；所述电源控制模块与所述加热控制模块电连接，与所述比较器信号连接；所述比较器与所述温度传感器连接。

优选的所述的湿化器温度输出控制系统，所述加热控制模块为MOS管，与所述处理器通过PWM控制连接。

优选的所述的湿化器温度输出控制系统，所述温度传感器为热敏电阻。

优选的所述的湿化器温度输出控制系统，还包括报警模块，与所述处理器连接，用于对外发出警报。

一种适用于所述的湿化器温度输出控制系统的湿化器温度输出控制方法，其特征在于，包括步骤：

S1、获取湿化器的实时温度；

S2、根据所述实时温度控制加热控制模块对湿化器进行加热。

优选的所述的湿化器温度输出控制方法，当处理器中程序跑飞时，还包括硬件加热控制过程；所述硬件加热控制过程具体包括：

比较器获取温度传感器的温采输出值；

比较器根据所述温采输出值控制电源控制模块的通断控制湿化器的温度。

优选的所述的湿化器温度输出控制方法，当加热控制模块控制功能失效时，使用所述硬件加热控制过程控制湿化器的温度。

优选的所述的湿化器温度输出控制方法，所述加热控制模块为MOS管，当温度传感器故障时，还包括流量温控过程；所述流量温控过程具体包括：

获取当前呼吸支持设备的实时流量输出；

根据预定温度下，MOS管的占空比与实时流量的对应关系，对MOS管以相应占空比进行控制。

优选的所述的湿化器温度输出控制方法，还包括步骤：

S3、当出现控制系统故障或湿化器温度过高/过低，对外发出告警信息。

优选的所述的湿化器温度输出控制方法，在比较器中设定参考阈值。

相较于现有技术，本发明提供的一种湿化器温度输出控制系统和控制方法，具有以下有益效果：

1)本发明以处理器、加热控制模块、温度传感器配合使用，能够保证湿化器在正常工作下输出需求的稳定的温度；

2)本发明采用温度传感器、比较器和电源控制模块配合进行闭环监控，实现硬件温度控制过程，即使在处理器内部软件跑飞的情况下，也能够通过硬件自动控制实现温度的需求控制；

3)本发明通过处理器、流量传感器配合实现流量温控过程，当温度传感器失效时，也能实现对湿化器的输出温度的精准控制。

附图说明

图1是本发明提供的湿化器温度输出控制系统的结构框图；

图2是本发明提供的湿化器温度输出控制方法的流程图；

图3是本发明提供的硬件温控过程的流程图；

图4是本发明提供的流量温控过程的流程图；。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明提供一种湿化器温度输出控制系统，包括处理器1、加热控制模块2、温度传感器3、比较器6、电源控制模块4、流量传感器5；应当说明的是，所述处理器1优选为本领域中普通呼吸支持设备中的处理器1，即一般MCU即可，具体型号不做限定；所述加热控制模块2，通过所述处理器1的指令输出一定的电流，进而控制对湿化器加热板的功率控制；所述温度传感器3，用于检测呼吸支持设备输出气体的温度，能够根据不同温度输出不同的电压信号到处理器1和比较器6中，采集到的温度越高，输出模拟量电压信号越高；电源控制模块4，对外输出电源，在本实施例中，通过加热控制模块2向湿化器的加热板供电，同时也自身具有一定的通断功能，保证电源对外供电的；

所述加热控制模块2、所述温度传感器3、所述流量传感器5分别与所述处理器1连接；所述电源控制模块4与所述加热控制模块2电连接，与所述比较器6信号连接；所述比较器6与所述温度传感器3连接。

相应的，请参阅图2，本发明还提供一种适用于所述的湿化器温度输出控制系统的湿化器温度输出控制方法，包括步骤：

S1、获取湿化器的实时温度；所述实时温度通过所述温度传感器检测得到，输入到所述处理器中；

S2、根据所述实时温度控制加热控制模块2对湿化器进行加热。

一般情况下，在本实施例中，所述温度传感器3将检测到的温度信号传送到所述处理器1中，所述处理器1按照既定的加热策略，使呼吸支持设备的输出气体的温度稳定在一定范围内。在正常工作时，处理器1根据所述温度传感器3检测到的气流温度，控制湿化器输出的气体温度不能高于人体体温，所以湿化器可设定的最大温度为37℃，一般情况下输出气体的温度均小于37℃，同时还应当保证在故障情况下最高不能超过40℃或42℃。当然，在正常情况下，使用处理器1软件进行软控，硬件控制电路不工作。相应加热策略为本领域的常用加热策略，例如输气温度过低，则使用大功率加热，若是输气温度接近人体，就降低加热功率，或停止加热。

作为优选方案，本实施例中，所述加热控制模块2为MOS管，与所述处理器1通过PWM控制连接。具体的，所述处理器1向所述MOS管发送PWM信号，控制MOS管的通断占空比，从而实现MOS管能够通过的额定电流以内的输出电流，进而控制湿化器中加热板的加热功率。进一步的，本发明提供的温度输出控制方法中，正常工作中，也是通过处理器1控制MOS管的占空比，得到不同的输出电流，实现控制湿化器加热的快慢。

作为优选方案，本实施例中，所述温度传感器3为热敏电阻。一般的，热敏电阻检查输出气体温度，输出信号是电压信号，采集到的温度越高，输出模拟量电压越高，输出模拟电压量输入处理器1检查出气口温度，软件闭环控制输出温度；同时输出的电压信号输入到比较器6，做硬件保护。

作为优选方案，本实施例中，还包括报警模块7，与所述处理器1连接，用于对外发出警报。一般的，所述报警模块7优选为LED灯显示，或者其他的能够显示信息的装置，本发明不做限定。

作为优选方案，本实施例中，还包括步骤：

S3、当出现控制系统故障或湿化器温度过高/过低，对外发出告警信息。

请参阅图3，作为优选方案，本实施例中，当处理器1中程序跑飞时，还包括硬件加热控制过程；所述硬件加热控制过程具体包括：

比较器6获取温度传感器3的温采输出值；

比较器6根据所述温采输出值控制电源控制模块4的通断控制湿化器的温度。

具体的，当处理器1内部的软件失效时，处理器1对所述加热控制模块2可能输出两种信号：一种是全功率输出信号，即控制MOS管以100％占空比输出电流的PWM信号；另一种是零功率输出信号，即控制MOS管以0％占空比输出电流的PWM信号。在零功率输出信号的情况下，设备会自动报警故障，同时将不会进行加热，因此没有其他可能对用户有害的风险；但是，当处理器1内部程序跑飞后，对所述MOS管输出100％全功率输出信号后，就会对加湿器进行大功率加热，产生对人体有害的危害。此时处理器1控制加热控制模块2以最大功率工作，只能依靠硬件电路进行温控，具体为：在输出气体温度高于40℃时，所述温度传感器3输入到比较器6的信号温度值大于设定值，比较器6输出低电平信号，关闭电源控制模块4，加热控制模块2的电源关闭，湿化器停止加热，防止出气口温度高于42℃。

作为优选方案，本实施例中，当加热控制模块2控制功能失效时，使用所述硬件加热控制过程控制湿化器的温度。

具体的，加热控制模块2出现故障的情况包括两种情况：一是无法导通，即不能实现控制湿化器内的加热板进行加热，此种情况不会产生较大故障；另一中是一直导通，即不会受到处理器1PWM信号的控制，以100％占空比进行导通，此时加热功率不受处理器1控制，以最大功率工作，输出气体温度一直升高，当升高到40℃时，温度传感器3输出值输入比较器6反向端信号大于比较器6同向端的设定值信号，比较器6输出开关信号低电平，低电平开关信号关闭电源控制模块4，关闭加热控制模块2电源，停止加热输出气体。保护输出气体温度低于42℃。

请参阅图4，作为优选方案，本实施例中，所述加热控制模块2为MOS管，当温度传感器3故障时，还包括流量温控过程；所述流量温控过程具体包括：

获取当前呼吸支持设备的实时流量输出；此处，所述实时流量的检测是通过所述流量传感器5检测得到，输送到所述处理器中，作为处理参数；

根据预定温度下，MOS管的占空比与实时流量的对应关系，对MOS管以相应占空比进行控制。

具体的，在温度传感器3失效的情况下，无法准确检测到输出气流的温度，那么就无法使用硬件温控过程控制湿化器的输出温度。在加热过程中，处理器1检查输出气体的温度和用户设定的温度，当二者之间一直处于同一状态，或者检测到的输出温度值均相同时，就需要采用流量温控过程才能更好的控制输气温度，具体的原理为：当输出气体的温度低于用户设定的温度时，处理器1控制加热控制模块2输出占空比为第一占空比D1；再根据处理器1得到的输出气流的流量值，根据D＝F(f)计算得出预设温度所需要的加热控制模块2的第二占空比D2，如果D1大于D2，则通过处理器1调节加热控制模块2PWM占空比为第二占空比D2，这样就保证输出气体的温度不能高于40℃，防止出气口温度高于42℃。

进一步的，作为优选方案，在呼吸支持设备出厂时，需要对其进行测试，得到占空比-流量关系，其具体内容为：在不同温度下不同流量下，保持稳定输出温度需要控制所述加热控制模块2的占空比值。

作为优选方案，本实施例中，在比较器6中设定参考阈值。设定参考阈值的技术是本领域中使用比较器6的常用技术手段，本发明不做赘述。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种湿化器温度输出控制系统，其特征在于，包括处理器、加热控制模块、温度传感器、比较器、电源控制模块、流量传感器；

所述加热控制模块、所述温度传感器、所述流量传感器分别与所述处理器连接；所述电源控制模块与所述加热控制模块电连接，与所述比较器信号连接；所述比较器与所述温度传感器连接。

2.根据权利要求1所述的湿化器温度输出控制系统，其特征在于，所述加热控制模块为MOS管，与所述处理器通过PWM控制连接。

3.根据权利要求1所述的湿化器温度输出控制系统，其特征在于，所述温度传感器为热敏电阻。

4.根据权利要求1所述的湿化器温度输出控制系统，其特征在于，还包括报警模块，与所述处理器连接，用于对外发出警报。

5.一种适用于权利要求1-4任一所述的湿化器温度输出控制系统的湿化器温度输出控制方法，其特征在于，包括步骤：

S1、获取湿化器的实时温度；

S2、根据所述实时温度控制加热控制模块对湿化器进行加热。

6.根据权利要求5所述的湿化器温度输出控制方法，其特征在于，当处理器中程序跑飞时，还包括硬件加热控制过程；所述硬件加热控制过程具体包括：

比较器获取温度传感器的温采输出值；

比较器根据所述温采输出值控制电源控制模块的通断控制湿化器的温度。

7.根据权利要求6所述的湿化器温度输出控制方法，其特征在于，当加热控制模块控制功能失效时，使用所述硬件加热控制过程控制湿化器的温度。

8.根据权利要求5所述的湿化器温度输出控制方法，其特征在于，所述加热控制模块为MOS管，当温度传感器故障时，还包括流量温控过程；所述流量温控过程具体包括：

获取当前呼吸支持设备的实时流量输出；

根据预定温度下，MOS管的占空比与实时流量的对应关系，对MOS管以相应占空比进行控制。

9.根据权利要求5所述的湿化器温度输出控制方法，其特征在于，还包括步骤：

S3、当出现控制系统故障或湿化器温度过高/过低，对外发出告警信息。

10.根据权利要求5所述的湿化器温度输出控制方法，其特征在于，在比较器中设定参考阈值。

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