CN112733643A - 基于三轴加速度传感器的供氧控制方法、装置及存储介质 - Google Patents

基于三轴加速度传感器的供氧控制方法、装置及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及气体制造设备技术领域，特别涉及一种基于三轴加速度传感器的供氧控制方法、装置及存储介质，该方法包括步骤：获取三轴加速度传感器发送来的加速度信息，对加速度信息进行识别，判断用户所处的运动状态；当判断为非静止状态时，生成管路堵塞检测信号；响应于管路堵塞检测信号，进行管路堵塞检测；当管路堵塞检测结果为不堵塞时，生成供氧量调整信号；响应于供氧量调整信号，根据判断出的运动状态调节为与该状态相匹配的预设的出氧量。本发明通过三轴加速度传感器获取用户的运动状态，并根据运动状态及时进行管路堵塞的检测，在管路不堵塞情况下根据用户的运动状态匹配不同的输氧能力，大大提升了用户的使用体验。

Description

基于三轴加速度传感器的供氧控制方法、装置及存储介质
技术领域
本发明涉及气体制造设备技术领域，特别涉及一种基于三轴加速度传感器的供氧控制方法、装置及存储介质。
背景技术
便携式制氧设备已经走入人们的日常生活，给需要氧疗的人群带来便捷的安全保障。通常便携式制氧设备体积较小，能够满足人们随身携带的需求，以及满足用户在多种运动状态下使用。
为了能够兼顾户外外出时的良好供氧以及较长时间的使用，通常采用脉冲模式，即通过压力采集装置检测用户的呼吸频率，并根据用户的呼吸频率进行脉冲式的供氧，提高每一次的供氧效率。
通常制氧机都是通过较长的输氧管将产生的氧气输送给用户，用户通过将制氧机放置在包内或以其他方式随身携带，在用户随身携带的过程中，因为输氧管路较长，常常会发生管路堵塞的情况，尤其是当用户在使用中改变其运动状态时，这种情况更容易发生。
因为压力采集装置设置于输氧管路内用于检测用户的吸气动作(负压)，所以当输氧管路因为用户的动作改变而发生堵塞，制氧机仍然继续往输氧管路内输送氧气时，就会导致输氧管路内压力过高，进而损坏压力采集装置。导致其对用户吸气产生的负压不能采集或者采集不准确，进而导致脉冲模式不能正常运行。
此外，因为人体在不同的运动状态下，需氧量会有差别，如何在尽可能节省耗能的情况下，给用户提供最合适的供氧量，也是一个急需解决的问题。
发明内容
根据以上现有技术的不足，本发明一方面提供了一种基于三轴加速度传感器的供氧控制方法，包括如下步骤：
步骤1、获取三轴加速度传感器发送来的加速度信息，对加速度信息进行识别，判断用户所处的运动状态；
步骤2、当判断为非静止状态时，生成管路堵塞检测信号；
步骤3、响应于管路堵塞检测信号，进行管路堵塞检测；
步骤4、当管路堵塞检测结果为不堵塞时，生成供氧量调整信号；
步骤5、响应于供氧量调整信号，根据判断出的运动状态调节为与该状态相匹配的预设的出氧量。
进一步地，在步骤1中，对加速度信息进行识别之前，需要对加速度信息进行分类标定；具体为：
获取多个采样样本的不同运动状态下的三个轴向的加速度信息；
对样本的加速度信息进行预处理，并提取合加速度的阈值特征；
根据不同运动状态的阈值特征区间进行不同运动状态的分类标定；
所述分类标定用于实时获取的加速度信息的识别。
进一步地，所述不同运动状态包括静止状态和非静止状态，所述非静止状态具体包括走、跑、跳和爬坡。
进一步地，步骤3中的管路堵塞检测的具体步骤包括：
步骤3.1控制制氧单元产氧；
步骤3.2控制喷氧阀将制氧单元与用户需氧处之间相连通，并记录连通时间t1，所述制氧单元通过管路A连接到喷氧阀，所述喷氧阀通过外置管路连通到用户需氧处；
步骤3.3判断时间t1是否达到预设时间S1，当达到时，控制喷氧阀断开制氧单元与用户需氧处之间的连通，同时将压力采集装置与用户需氧处之间相连通，所述压力采集装置用于采集外置管路内的气压，所述喷氧阀控制压力采集装置所在空间与制氧单元之间始终不直接连通；
步骤3.4获取所述压力采集装置采集到的压力值F；
步骤3.5比较压力值F与预设压力值F1之间的关系，并根据比较结果判断管路A是否堵塞。
进一步地，在步骤3.5中的管路堵塞检测之后，还包括步骤：
当判断压力值F高于预设压力值F1时，判断为喷氧阀到用户需氧处之间的管路堵塞，生成管路堵塞信号；
响应于管路堵塞信号，控制喷氧阀持续保持压力采集装置与用户需氧处之间连通；
或者，响应于管路堵塞信号，控制喷氧阀持续保持压力采集装置与用户需氧处之间连通，并同时生成堵塞警告信号。
进一步地，所述喷氧阀为两位三通电磁阀，包括第一进气口、第二进气口和一个出气口；所述管路A的一端连接制氧单元的出氧端口，另一端连接喷氧阀的第一进气口；所述外置管路的一端连接到喷氧阀的出气口，另一端悬空设置于用户的需氧处；所述压力采集装置设置于管路B中，所述管路B的一端与喷氧阀的第二进气口相连通，另一端封闭；所述管路A和管路B不同时连通。
进一步地，在步骤5中，“响应于供氧量调整信号，根据识别出的运动状态调节为与之相匹配的预设的出氧量”的具体步骤包括：
当识别为“走”时，控制喷氧阀每次持续连通管路A和外置管路的时间为T1，其中T1＝T0*(1+a％)，同时控制压缩机的输出功率M走＝M0静止*(1+a％)，其中，8≤a≤12，所述压缩机设置于制氧单元中用于压缩空气，所述T0为静止状态时喷氧阀每次持续连通管路A和外置管路的时间，所述M0静止为用户处于静止状态时，能够满足用户供氧需要的压缩机的输出功率；
当识别为“跑”时，控制喷氧阀每次持续连通管路A和外置管路的时间为T1，其中T1＝T0*(1+b％)，同时控制压缩机的输出功率M跑＝M0静止*(1+b％)，其中，12≤b≤20；
当识别为“跳”时，控制喷氧阀每次持续连通管路A和外置管路的时间为T3，其中T3＝T0*(1+c％)，同时控制压缩机的输出功率M跳＝M0静止*(1+c％)，其中，21≤c≤25；
当识别为“爬坡”时，控制喷氧阀每次持续连通制氧单元和用户需氧处之间的时间为T4，其中T4＝T0*(1+d％)，同时控制压缩机的输出功率M爬坡＝M0静止*(1+d％)，其中，25≤d≤30；
时间T4小于给用户供氧的单个周期的时间。
进一步地，步骤4中，在生成供氧量调整信号之前，还包括根据大气压调整压缩机的功率，具体步骤为：
获取用户所处位置的大气压值p大气压和储气罐内的气压p罐，利用拟合方程(1)计算保证出氧浓度和出氧流量为预设的浓度H和流量L时对应的储气罐压力P罐，并利用拟合方程(2)求出达到某储气罐压力P罐时压缩机输出的功率M0静止，功率M0静止为用户静止状态下满足用氧需求的压缩机功率；
其中，拟合方程(1)为：
Figure BDA0002872934030000041
P罐为储气罐内需要达到的压力；
P标准大气压为标准大气压；
p大气压为实时测得的大气压；
T实时温度为温度采集装置实时采集到的温度值，单位为摄氏度；
T开尔文为开尔文温度，大小为T实时温度+273.15；
k、a、b均为拟合方程的常数系数；
M0静止＝m*P罐+n (2)；
m和n为拟合方程的常数系数。
另一方面，本发明还提供了一种基于三轴加速度传感器的供氧控制装置，所述装置包括：
第一信号获取模块，用于获取三轴加速度传感器发送来的加速度信息；
第一识别模块，用于对加速度信息进行识别；
第一判断模块，用于判断用户的运动状态；
第一信号生成模块，用于当判断为非静止状态时，生成管路堵塞检测信号；
第一执行模块，用于响应于管路堵塞检测信号，进行管路堵塞检测；
第二判断模块，用于判断管路是否堵塞；
第二信号生成模块，用于当管路堵塞检测结果为不堵塞时，生成供氧量调整信号；
第二执行模块，用于响应于供氧量调整信号，根据识别出的运动状态调节为与该状态相匹配的预设的出氧量。
进一步地，所述装置还包括：
第二信息获取模块，用于获取多个采样样本的不同运动状态下的三个轴向的加速度信息；
预处理模块，用于对样本的加速度信息进行预处理，并提取合加速度的阈值特征；
第二识别模块，用于根据不同运动状态的阈值特征区间进行不同运动状态的分类标定，所述分类标定用于实时获取的加速度信息的识别。
进一步地，还包括制氧启动模块，用于控制制氧单元产氧；
喷氧阀控制模块，用于喷氧阀将制氧单元与需氧处之间相连通，所述制氧单元通过管路A连接到喷氧阀，所述喷氧阀通过外置管路连通到用户需氧处；
第一计时模块，用于记录制氧单元与用户需氧处之间的连通时间t1；
第三判断模块，用于判断时间t1是否达到预设时间S1；
喷氧阀控制模块，用于当时间t1达到预设时间S1时，控制喷氧阀断开制氧单元与用户需氧处之间的连通，同时将压力采集装置与用户需氧处之间相连通，所述压力采集装置用于采集外置管路内的气压，所述喷氧阀控制压力采集装置所在空间与制氧单元之间始终不直接连通；
第三信息获取模块，用于获取所述压力采集装置采集到的压力值F；
比较模块，用于比较压力值F与预设压力值F1之间的关系；
第四判断模块，用于根据比较模块的比较结果判断管路A是否堵塞。
再一方面，本发明还提供了一种存储介质，所述存储介质存储有多条指令，所述指令适于处理器进行加载，以执行上述任一项所述的基于三轴加速度传感器的供氧控制方法中的步骤
本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过在制氧机内设置三轴加速度传感器对用户的运动状态进行采集并识别，在检测到用户处于非静止状态即较易发生管道弯折时，对管路及时进行堵塞检测，能够及时发现问题，保证用户使用的安全；
2、本发明通过在脉冲模式下，识别到用户的不同运动状态，并根据不同运动状态在尽可能节省耗能的情况下，匹配恰好的供氧时间和压缩机功率，满足用户任何运动状态下对氧气的需求，同时尽可能的节省耗能；
3、本发明能够根据用户所在的大气压环境，将压缩机的输出功率调整为该气压下用户静止状态时，最合适的参数，并以此为基础做不同运动状态的输出功率的改变，使得制氧机给用户的供氧更加符合用户的需求，海拔不同时，也能得到最合适的氧量，大大提高了用户的使用体验；
4、本发明为了进一步保护采集用户呼吸频率的压力采集装置，将压力采集装置所在的空间不与制氧单元同时连通，通过喷氧阀控制压力采集装置所在空间与外置管路之间的连通、制氧单元分别与外置管路之间的连通交替进行，相对于现有技术中直接将压力采集装置设置在制氧单元和外置管路形成的通路中容易在管路堵塞时发生压力采集装置被损坏的情况，有效保护了压力采集装置，因为外置管路发生堵塞其内有高压，从制氧单元和外置管路之间连通切换到压力采集装置和外置管路连通之后，压力采集装置能够检测到外置管路内的高压，得到管路堵塞信号，制氧单元的高压气体不会持续充向压力采集装置所在空间内。
附图说明
图1是本发明所提供方法的流程示意图；
图2是本发明所提供实施例中管路堵塞检测的方法流程示意图；
图3是本发明所提供实施例中当检测到管路堵塞之后的方法流程示意图；
图4是本发明所提供实施例中喷氧阀、制氧单元、压力采集装置和用户之间的组合关系示意图；
图中：100、喷氧阀 200、管路A 300、外置管路 400、用户 500、制氧单元 600、管路B 601、压力采集装置 700、控制器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
实施例：
如图1所示，本发明的一种基于三轴加速度传感器的供氧控制方法，能够对用户的运动状态进行识别，并根据运动状态进行管路是否堵塞的检测，同时能针对用户的运动状态，调节制氧机的供氧性能，满足在尽可能低耗能、延长电池使用时间的情况下，最好的保护制氧机并且用户得到最好的供氧体验。本发明的使用基础是便携式制氧机，三轴加速度传感器设置在制氧机机器内部，当用户随身携带制氧机时，用于采集用户的运动状态，制氧单元中包括控制器，控制器中设置有程序，程序即运行下述方法。
如图1所示，本实施例方法包括如下步骤：
步骤1、获取三轴加速度传感器发送来的加速度信息，对加速度信息进行识别，判断用户所处的运动状态；
在该方法直接用于用户的运动状态识别之前，需要在系统内对不同的运动状态进行划分，即分类标定，具体的做法可以是：
选择10个人作为样本，对其运动状态进行分类采集，获取10个采样样本的在静止、走、跑、跳和爬坡这5种运动状态下的三个轴向的加速度信息，三个轴向加速度信息可以包括X、Y、Z轴三个轴向分量；
对样本的加速度信息进行预处理，可以设置采集的时间间隔为0.2s，采集每个动作的时间为25s，同时排除动作刚开始和马上结束时的不稳定状态的样本数据，以获得体现稳定特性的数值，然后对数据进行去噪，归一化以调整加速度信号的幅度，加窗处理，然后从加速度信号中提取表征人体行为的特征向量，可以是选择样本的加速度的阈值作为识别不同动作的主要特征。为了不用考虑三个轴向的分量情况，故以合加速度的阈值作为用于主要分析的特征能够较好的进行分类标定，同时可以对合加速度以1g(即9.8m/s2)进行归一化处理后，合加速度为相对于9.8的相对值，以更便于阈值的划分。
系统内做好分类标定，具体的范围为：静止状态为阈值低于0.9；走的状态为阈值在0.9～1.4；跑的状态为阈值在1.4～2.1，跳的状态为阈值在2.1～2.9，爬坡的状态为阈值大于2.9。
利用支持向量机对不同运动状态的信息进行识别，识别准确率较高。
完成好分类标定之后，系统即可完成采集用户的加速度信息并对其进行识别。
所用户的运动状态包括静止状态和非静止状态，非静止状态包括走、跑、跳和爬坡；当用户处于非静止状态时，因为其体态的变化，很容易导致给用户供氧的输氧管路堵塞，所以检测管路是否堵塞就成为了必要，如果检测出来管路堵塞，可以及时采取应对措施，防止因为堵塞的高压损坏压力采集装置。
步骤2、当判断为非静止状态时，生成管路堵塞检测信号；
步骤3、响应于管路堵塞检测信号，进行管路堵塞检测；在管路堵塞检测过程中，本实施例在结构设置和方法上相对于现有技术均做了改进，如图2所示，具体的检测步骤包括：
步骤3.1、控制制氧单元产氧，此时如果还没有产氧，则要控制压缩机开始运行，制氧单元用于产生氧气，其产生氧气的方式可以是多种，例如深冷法(低温精馏法)、变压吸附法、膜分离法等，在本实施例中，可以是便携的制氧设备，通过分子筛变压吸附产氧，制氧单元通常都包括储气罐，产生的氧气储存在储气罐中。需要先给整个系统提供氧气，才能进行管路堵塞的判断。
步骤3.2、控制喷氧阀100将制氧单元与用户需氧处之间相连通，并记录连通时间t1，制氧单元通过管路A200连接到喷氧阀100，喷氧阀100通过外置管路300连通到用户400需氧处；喷氧阀100可以是电磁阀。
步骤3.3判断时间t1是否达到预设时间S1，当达到时，控制喷氧阀100断开制氧单元500与用户400需氧处之间的连通，同时将压力采集装置601与用户400需氧处之间相连通。
步骤3.4获取压力采集装置600采集到的压力值F；
步骤3.5比较压力值F与预设压力值F1之间的关系，并根据比较结果判断管路A是否堵塞，预设压力值F1为判断是否堵塞的阈值，是出厂前已经设置好的数据。
压力采集装置601用于采集外置管路300内的气压，通过喷氧阀100控制外置管路300与制氧单元500连通还是与压力采集装置601连通，实现了压力采集装置601所在空间与制氧单元500之间始终不直接连通；因为打结的地方会发生在设置于制氧机外部的外置管路300上，所以当外置管路300堵塞，其内充入氧气时，一定是高压，当由制氧单元500与外置管路300连通转为压力采集装置601所在空间与外置管路300连通时，外置管路300内的高压也会传给压力采集装置601，即压力值F会高于预设压力值F1。
喷氧阀100将压力采集装置601和制氧单元500不直接相连通，所以外置管路300堵塞时，压力采集装置601不需承受制氧单元500内一直供应的高压氧气的冲击，最大可能的受到保护。
现有技术中，这种因为管路堵塞给压力采集装置601带来高压冲击的现象经常发生，所以使用中对压力采集装置601的性能要求较高，而本实施例中，通过喷氧阀100结合控制器700的控制程序，将压力采集装置601与制氧单元500“隔离”，所以对压力采集装置601的冲击减小，同样对其性能的要求也就降低，成本降低。
同时，脉冲模式下，仅仅为用户一个呼吸周期中对氧气最有效使用的阶段给用户供氧，故制氧单元500与外置管路300连通的时间为给用户供氧的时间，之后转为压力采集装置601与外置管路300连通，以随时检测用户呼吸状态，即检测用户的吸气动作(吸气时在外置管路300内产生负压，压力采集装置601与外置管路300相连通以检测该负压)，跟踪用户的呼吸频率，并随时调整用户的供氧频率。
在步骤3.5中的管路堵塞检测之后，如图3所示，还包括步骤：
当判断压力值F高于预设压力值F1时，判断为喷氧阀100到用户400需氧处之间的管路堵塞，生成管路堵塞信号；
响应于管路堵塞信号，控制喷氧阀100持续保持压力采集装置601与用户400需氧处之间连通，这样可以继续保持压力采集装置601与制氧单元500隔离，也防止外置管路300内再一次被高压气体灌满，进而在下一次与压力采集装置601相连通时再一次冲击压力采集装置601。
或者，同时生成堵塞警告信号，及时提醒用户400进行管路检查。
如图4所示，在一个实施例中喷氧阀100、制氧单元500、压力采集装置601和用户400之间的具体结构可以如下：
喷氧阀100为两位三通电磁阀，包括第一进气口、第二进气口和一个出气口；控制器700控制第一进气口与出气口之间连通时，第二进气口和出气口之间不相连通，第一、二进气口不会相互连通，但两个进气口共用一个出气口。
管路A200的一端连接制氧单元500的出氧端口，另一端连接喷氧阀100的第一进气口；
外置管路300的一端连接到喷氧阀100的出气口，另一端悬空设置于用户400的需氧处；
压力采集装置601设置于管路B600中，管路B600的一端与喷氧阀100的第二进气口相连通，另一端封闭，通常管路B600设置的较短，以满足能够放置压力采集装置601即可，在压力采集装置601所在的空间内可以设置泄压阀，以进一步保证当外置管路300堵塞时，外置管路300与管路B600相连通时，如果压力过高，可以通过泄压阀泄掉，当然，泄压阀的泄压阈值要高于预设压力值F1；
通过喷氧阀100的进气口和出气口的关系，可以确定，管路A200和管路B300不同时连通。
步骤4、当管路堵塞检测结果为不堵塞时，生成供氧量调整信号。
如果检测结果管路不堵塞，则根据用户的运动状态，提供不同的供氧量，考虑到用户携带制氧机外出，要尽可能节约用电，延长电池的使用时间。但考虑到用户的活动量不同，呼吸频率和吸氧量也会有所差别。
步骤5、响应于供氧量调整信号，根据判断出的运动状态调节制氧单元为与该状态相匹配的预设的出氧量，即脉冲模式下，用户的呼吸的单个周期中，给用户供氧的时间和供氧的浓度，这决定于单个周期中制氧单元向用户输出氧气的时间，以及制氧机中压缩机的输出功率，当压缩机的输出功率变大时，输出的氧气量变多，分子筛输出的单位时间内的氧气流量和浓度都会增多。
控制器实时检测三轴加速度传感器的信息，当运动状态做出改变时，系统会对运动状态重新进行判断，并确定是否需要进行管路检测，以及针对新的运动状态匹配适合用户的需氧量，即会重新进行步骤1～4的循环。
在本实施例中，采集了用户跑步时的加速度传感器的信息，控制器内部对信息进行去噪、归一化、加窗等处理之后，做特征提取，并根据其阈值进行类别划定(支持向量机可以实现，对信息处理部分为本领域技术人员知晓的现有技术，此处不再赘述)。
当识别为“走”时，控制喷氧阀100每次持续连通管路A200和外置管路300的时间为T1，其中T1＝T0*(1+a％)，同时控制压缩机的输出功率M走＝M0静止*(1+a％)，其中，8≤a≤12，压缩机设置于制氧单元500中用于压缩空气，T0为静止状态时喷氧阀100每次持续连通管路A200和外置管路300的时间，M0静止为用户处于静止状态时，能够满足用户供氧需要的压缩机的输出功率；
当识别为“跑”时，控制喷氧阀每次持续连通管路A和外置管路的时间为T1，其中T1＝T0*(1+b％)，同时控制压缩机的输出功率M跑＝M0静止*(1+b％)，其中，12≤b≤18；
当识别为“跳”时，控制喷氧阀每次持续连通管路A和外置管路的时间为T3，其中T3＝T0*(1+c％)，同时控制压缩机的输出功率M跳＝M0静止*(1+c％)，其中，19≤c≤22；
当识别为“爬坡”时，控制喷氧阀每次持续连通制氧单元和用户需氧处之间的时间为T4，其中T4＝T0*(1+d％)，同时控制压缩机的输出功率M爬坡＝M0静止*(1+d％)，其中，22≤d≤25；
时间T4小于给用户供氧的单个周期的时间T。
这里的a、b、c、d可以是用户自己设定，也可以是出厂时设置的一个默认的值，在一个实施例中出厂时设置为a＝8，b＝12，c＝21，d＝22。
因为在用户供氧的单个周期中，随着用户呼吸状态的不同，用户每次肺部扩张程度不同，呼吸深度不同，吸入的气体体积会有差别，吸入的有效利用的氧气也不同，所以给其供氧的时间(即单次周期中喷氧阀连通管路A和外置管路给用户输送氧气的时间)需要及时调节。
同样随着用户运动状态的不同，其呼吸频率也会变化，需要脉冲式供氧及时根据用户的呼吸频率变化随时更新呼吸频率。
压力采集装置定期采集用户的呼吸频率，供氧频率可以根据一段时间内的用户呼吸频率的平均值进行调整，也可以根据实时收集用户的呼吸频率进行实时调整。但喷氧阀连通管路A和外置管路的时间增加的上限，不会超过用户的一个完整的呼吸周期。当用户呼吸单周期小于1s时，制氧系统将维持1s的周期不再缩小周期，当用户的呼吸单周期大于8s时，制氧系统也会维持8s的周期不再增大供氧周期。
在步骤4中，生成供氧量调整信号之前，还需要确定用户静止状态时能够正好满足用户需氧量的状态下，制氧机的压缩机输出功率，这样，才能以此为基础，根据用户不同的运动状态进行压缩机和供氧时间(即管路A和外置管路相连通时间)的调整。用户静止时，使制氧机输出预设的稳定的氧气流量和浓度，所需要的压缩机功率和机器所处的大气压和温度直接相关，故先根据大气压情况确定压缩机的功率，具体步骤为：
获取用户所处位置的大气压值p大气压和储气罐内的气压p罐，利用拟合方程(1)计算保证出氧浓度和出氧流量为预设的浓度H和流量L时对应的储气罐压力P罐，浓度H可以取90％，流量L可以有多个不同的档位，包括1L、1.5L等，用户可以自己选择，并利用拟合方程(2)求出达到某储气罐压力P罐时压缩机输出的功率M0静止，功率M0静止为用户静止状态下满足用氧需求的压缩机功率；
其中，拟合方程(1)为：
Figure BDA0002872934030000141
P罐为储气罐内需要达到的压力；
P标准大气压为标准大气压；
p大气压为实时测得的大气压；
T实时温度为温度采集装置实时采集到的温度值，单位为摄氏度；
T开尔文为开尔文温度，大小为T实时温度+273.15；
k、a、b均为拟合方程的常数系数；
M0静止＝m*P罐+n (2)；
m和n为拟合方程的常数系数；
当制氧机从低海拔到高海拔的过程中，在制氧机内部实时采集制氧机所处环境的大气压和温度，并计算得到压缩机应该输出的用户静止状态时的功率M0静止，用户在任何海拔下处于非静止状态时，制氧机调整压缩机的功率都以该大气压环境下能满足用户静止状态的正常使用为基础。
这样，无论用户在任何气压环境(海拔)中使用制氧机，制氧机都会先调整到用户静止时能够正常呼吸的输出功率，然后根据用户的运动状态做出维持静止还是依据走、跑、跳、爬坡做进一步地提升压缩机的功率和供氧时间。使得用户无论在任何环境中进行处于何种的运动状态，制氧机都可以结合三轴加速度传感器的加速度信息给用户提供最合适的氧量。
以下为本方法在某个场景下的具体应用：
随着海拔升高，为了保持稳定的流量和浓度，控制压缩机的功率以达到满足需求的流量和浓度。在不同的海拔下，取了固定流量为1L/min，浓度为94％，并不断调整压缩机的功率并记录，最后得到拟合方程。并用拟合方程设置在控制器的算法中，再次在不同海拔下测试多组数据，以验证方法的可行性，数据如下表1：
表1.在不同海拔下的制氧机性能检测
Figure BDA0002872934030000161
可见，使用本方法，根据海拔的不同调整压缩机的功率，可以保证在不同的海拔下，都达到了要求的流量和浓度。这里流量为1L/min(范围在0.95～1.05之间都可以)，浓度在90％以上(这里取94％，实际上数值在93.5以上都是被允许的)，都是可以满足用户在静止状态的需求的，实际中，系统会根据海拔的不同更新为该海拔下压缩机应该提供的功率M0静止。
在473m海拔时用户跑步状态下，调取制氧机压缩机的功率数值可见为70W。静止状态下，用户呼吸单周期内的通气时间是200ms(根据临床经验，用户的单周期内，真正呼吸到肺部能够被利用的气体被吸入的时间)，在此跑步状态下，调取制氧机内数据--单周期内的通氧时间更新为244ms，增加了单周期内持续喷氧的时间，即喷氧量，能够很好的满足用户在跑步状态的用氧需求，可见，本方法的有效性。
此外，本申请还提供了一种基于三轴加速度传感器的供氧控制装置，装置与上述方法相对应，包括：
第一信号获取模块，用于获取三轴加速度传感器发送来的加速度信息；
第一识别模块，用于对加速度信息进行识别；
第一判断模块，用于判断用户的运动状态；
第一信号生成模块，用于当判断为非静止状态时，生成管路堵塞检测信号；
第一执行模块，用于响应于管路堵塞检测信号，进行管路堵塞检测；
第二判断模块，用于判断管路是否堵塞；
第二信号生成模块，用于当管路堵塞检测结果为不堵塞时，生成供氧量调整信号；
第二执行模块，用于响应于供氧量调整信号，根据识别出的运动状态调节为与该状态相匹配的预设的出氧量。
与上述方法相对应，对加速度信息进行识别之前，需要对加速度信息进行分类标定，所以该装置还包括：
第二信息获取模块，用于获取多个采样样本的不同运动状态下的三个轴向的加速度信息；
预处理模块，用于对样本的加速度信息进行预处理，并提取合加速度的阈值特征；
第二识别模块，用于根据不同运动状态的阈值特征区间进行不同运动状态的分类标定，分类标定用于实时获取的加速度信息的识别。
与上述方法相对应，管路堵塞检测的过程中，还涉及到如下装置：
制氧启动模块，用于控制制氧单元产氧；
喷氧阀控制模块，用于喷氧阀将制氧单元与需氧处之间相连通，制氧单元通过管路A连接到喷氧阀，喷氧阀通过外置管路连通到用户需氧处；
第一计时模块，用于记录制氧单元与用户需氧处之间的连通时间t1；
第三判断模块，用于判断时间t1是否达到预设时间S1；
喷氧阀控制模块，用于当时间t1达到预设时间S1时，控制喷氧阀断开制氧单元与用户需氧处之间的连通，同时将压力采集装置与用户需氧处之间相连通，压力采集装置用于采集外置管路内的气压，喷氧阀控制压力采集装置所在空间与制氧单元之间始终不直接连通；
第三信息获取模块，用于获取压力采集装置采集到的压力值F；
比较模块，用于比较压力值F与预设压力值F1之间的关系；
第四判断模块，用于根据比较模块的比较结果判断管路A是否堵塞。
此外，本申请还公开了一种存储介质，存储介质存储有多条指令，指令适于处理器进行加载，以执行上述任一项实施例中的基于三轴加速度传感器的供氧控制方法中的步骤。
在本公开的上下文中，存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器存储介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
需要说明的是，本公开上述的计算机存储介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本公开中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机存储介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。
上述计算机存储介质可以为存储介质可以是上述电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。
特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在非暂态计算机存储介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信装置从网络上被下载和安装，或者从存储装置被安装，或者从ROM被安装。在该计算机程序被处理装置执行时，执行本公开实施例的方法中限定的上述功能。
为了描述的方便，描述以上系统时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.基于三轴加速度传感器的供氧控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、获取三轴加速度传感器发送来的加速度信息，对加速度信息进行识别，判断用户所处的运动状态；
步骤2、当判断为非静止状态时，生成管路堵塞检测信号；
步骤3、响应于管路堵塞检测信号，进行管路堵塞检测；
步骤4、当管路堵塞检测结果为不堵塞时，生成供氧量调整信号；
步骤5、响应于供氧量调整信号，根据判断出的运动状态调节为与该状态相匹配的预设的出氧量。
2.根据权利要求1所述的基于三轴加速度传感器的供氧控制方法，其特征在于，在步骤1中，对加速度信息进行识别之前，需要对加速度信息进行分类标定；
具体为：
获取多个采样样本的不同运动状态下的三个轴向的加速度信息；
对样本的加速度信息进行预处理，并提取合加速度的阈值特征；
根据不同运动状态的阈值特征区间进行不同运动状态的分类标定；
所述分类标定用于实时获取的加速度信息的识别。
3.根据权利要求2所述的基于三轴加速度传感器的供氧控制方法，其特征在于，所述不同运动状态包括静止状态和非静止状态，所述非静止状态具体包括走、跑、跳和爬坡。
4.根据权利要求1所述的基于三轴加速度传感器的供氧控制方法，其特征在于，步骤3中的管路堵塞检测的具体步骤包括：
步骤3.1控制制氧单元产氧；
步骤3.2控制喷氧阀将制氧单元与用户需氧处之间相连通，并记录连通时间t1，所述制氧单元通过管路A连接到喷氧阀，所述喷氧阀通过外置管路连通到用户需氧处；
步骤3.3判断时间t1是否达到预设时间S1，当达到时，控制喷氧阀断开制氧单元与用户需氧处之间的连通，同时将压力采集装置与用户需氧处之间相连通，所述压力采集装置用于采集外置管路内的气压，所述喷氧阀控制压力采集装置所在空间与制氧单元之间始终不直接连通；
步骤3.4获取所述压力采集装置采集到的压力值F；
步骤3.5比较压力值F与预设压力值F1之间的关系，并根据比较结果判断管路A是否堵塞。
5.根据权利要求4所述的基于三轴加速度传感器的供氧控制方法，其特征在于，在步骤3.5中的管路堵塞检测之后，还包括步骤：
当判断压力值F高于预设压力值F1时，判断为喷氧阀到用户需氧处之间的管路堵塞，生成管路堵塞信号；
响应于管路堵塞信号，控制喷氧阀持续保持压力采集装置与用户需氧处之间连通；
或者，响应于管路堵塞信号，控制喷氧阀持续保持压力采集装置与用户需氧处之间连通，并同时生成堵塞警告信号。
6.根据权利要求4所述的基于三轴加速度传感器的供氧控制方法，其特征在于，所述喷氧阀为两位三通电磁阀，包括第一进气口、第二进气口和一个出气口；
所述管路A的一端连接制氧单元的出氧端口，另一端连接喷氧阀的第一进气口；
所述外置管路的一端连接到喷氧阀的出气口，另一端悬空设置于用户的需氧处；
所述压力采集装置设置于管路B中，所述管路B的一端与喷氧阀的第二进气口相连通，另一端封闭；
所述管路A和管路B不同时连通。
7.根据权利要求6所述的基于三轴加速度传感器的供氧控制方法，其特征在于，在步骤5中，“响应于供氧量调整信号，根据识别出的运动状态调节为与之相匹配的预设的出氧量”的具体步骤包括：
当识别为“走”时，控制喷氧阀每次持续连通管路A和外置管路的时间为T1，其中T1＝T0*(1+a％)，同时控制压缩机的输出功率M走＝M0静止*(1+a％)，其中，8≤a≤12，所述压缩机设置于制氧单元中用于压缩空气，所述T0为静止状态时喷氧阀每次持续连通管路A和外置管路的时间，所述M0静止为用户处于静止状态时，能够满足用户供氧需要的压缩机的输出功率；
当识别为“跑”时，控制喷氧阀每次持续连通管路A和外置管路的时间为T1，其中T1＝T0*(1+b％)，同时控制压缩机的输出功率M跑＝M0静止*(1+b％)，其中，12≤b≤20；
当识别为“跳”时，控制喷氧阀每次持续连通管路A和外置管路的时间为T3，其中T3＝T0*(1+c％)，同时控制压缩机的输出功率M跳＝M0静止*(1+c％)，其中，21≤c≤25；
当识别为“爬坡”时，控制喷氧阀每次持续连通制氧单元和用户需氧处之间的时间为T4，其中T4＝T0*(1+d％)，同时控制压缩机的输出功率M爬坡＝M0静止*(1+d％)，其中，25≤d≤30；
时间T4小于给用户供氧的单个周期的时间。
8.根据权利要求1或7所述的基于三轴加速度传感器的供氧控制方法，其特征在于，步骤4中，在生成供氧量调整信号之前，还包括根据大气压调整压缩机的功率，具体步骤为：
获取用户所处位置的大气压值p大气压和储气罐内的气压p罐，利用拟合方程(1)计算保证出氧浓度和出氧流量为预设的浓度H和流量L时对应的储气罐压力P罐，并利用拟合方程(2)求出达到某储气罐压力P罐时压缩机输出的功率M0静止，功率M0静止为用户静止状态下满足用氧需求的压缩机功率；
其中，拟合方程(1)为：
Figure FDA0002872934020000041
P罐为储气罐内需要达到的压力；
P标准大气压为标准大气压；
p大气压为实时测得的大气压；
T实时温度为温度采集装置实时采集到的温度值，单位为摄氏度；
T开尔文为开尔文温度，大小为T实时温度+273.15；
k、a、b均为拟合方程的常数系数；
M0静止＝m*P罐+n (2)；
m和n为拟合方程的常数系数。
9.基于三轴加速度传感器的供氧控制装置，其特征在于，所述装置包括：
第一信号获取模块，用于获取三轴加速度传感器发送来的加速度信息；
第一识别模块，用于对加速度信息进行识别；
第一判断模块，用于判断用户的运动状态；
第一信号生成模块，用于当判断为非静止状态时，生成管路堵塞检测信号；
第一执行模块，用于响应于管路堵塞检测信号，进行管路堵塞检测；
第二判断模块，用于判断管路是否堵塞；
第二信号生成模块，用于当管路堵塞检测结果为不堵塞时，生成供氧量调整信号；
第二执行模块，用于响应于供氧量调整信号，根据识别出的运动状态调节为与该状态相匹配的预设的出氧量。
10.存储介质，其特征在于：所述存储介质存储有多条指令，所述指令适于处理器进行加载，以执行权利要求1至8任一项所述的基于三轴加速度传感器的供氧控制方法中的步骤。
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