CN113390960A - 一种多功能集成式氧传感器 - Google Patents

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Abstract

一种多功能集成式氧传感器，包括一直通管、两超声波探头及控制模块，超声波探头设置于直通管上，超声波探头与控制模块电性连接；控制模块包括主控电路、压力采集模块、温湿度检测模块、微压检测模块及无线蓝牙数据传输模块；主控电路与压力采集模块、温湿度检测模块、微压检测模块、无线蓝牙数据传输模块电性连接，主控电路、压力采集模块、温湿度检测模块、微压检测模块及无线蓝牙数据传输模块集成于同一电路板上。多功能集成式氧传感器同时兼具检测制氧机氧气浓度、氧气浓度、温度以及储氧罐压力、温湿度、出气口的压力检测等功能，通过多功能集成式氧传感器集成多种功能，降低制作的成本。

Description

一种多功能集成式氧传感器
技术领域
本发明涉及传感器领域，特别涉及一种多功能集成式氧传感器。
背景技术
现有的氧气制造机等设备上，需要对氧气进行测量浓度等指标，需要装载一系列的如传感器等电子设备，进行实时指标的测量。
目前的氧传感器仅有氧气浓度和流量检测功能，而制氧机内的压力、温湿度等指标需要另外设置传感器进行测量，占用制氧机内部的空间，使制氧机体积增大。
发明内容
为克服目前的氧传感器仅有氧气浓度和流量检测功能，而制氧机内的压力、温湿度等指标需要另外设置传感器进行测量，占用制氧机内部的空间，使制氧机体积增大的技术问题，本发明提供了一种多功能集成式氧传感器。
本发明提供了一种多功能集成式氧传感器，其包括一直通管、超声波探头及控制模块，所述超声波探头设置于所述直通管上，所述超声波探头与所述控制模块电性连接；所述控制模块包括主控电路、压力采集模块、温湿度检测模块、微压检测模块及无线蓝牙数据传输模块；所述主控电路与所述压力采集模块、所述温湿度检测模块、所述微压检测模块、所述无线蓝牙数据传输模块电性连接，所述主控电路、所述压力采集模块、所述温湿度检测模块、所述微压检测模块及所述无线蓝牙数据传输模块集成于同一电路板上。
优选地，所述主控电路包括温度检测模块及浓度流量检测模块；所述温度检测模块与所述浓度流量检测模块电性连接；所述浓度流量检测模块包括微控制器电路、切换电路、滤波电路、运放电路及比较电路；所述微控制器电路与所述切换电路、所述比较电路电性连接，所述所述切换电路、所述滤波电路、所述运放电路及所述比较电路依次电性连接。
优选地，所述直通管包括第一通道、入气管及出气管，所述入气管与所述出气管设置于所述第一通道的同一侧，所述入气管、所述出气管分别连接管道；所述第一通道两端开口内径大小与超声波探头的外径匹配。
优选地，所述入气管与出气管分别于所述第一通道垂直设置，所述入气管与所述出气管平行设置。
优选地，所述微控制器电路包括微控制器电路U1，所述微控制器电路U1的型号为STM32F103C8T6；所述温度检测模块包括温度传感器，所述温度检测模块与微控制器电路电性连接。
优选地，所述切换电路包括芯片U5、芯片U6、芯片U8、电阻R12；所述芯片U5的A1端口接电源V4，所述芯片U5的VCC端口接电源V1，所述芯片U5的GND端口与A2端口接地，所述芯片U5的ENB端口接微控制器电路的PWM端口；所述芯片U5的B端口与所述芯片U6的B端口连接，且两端口中间串联一个电阻R12；所述芯片U6的VCC端口接电源V2，所述芯片U6的A1端口与所述芯片U8的A2端口连接，所述芯片U6的A2端口与所述芯片U8的A1端口连接，所述芯片U6的ENB端口与所述芯片U8的ENB端口连接，并与微控制器电路的ENB端口连接，所述芯片U8的VCC端口接电源V3，所述芯片U6的GND端口、所述芯片U8的GND端口接地；芯片U5、芯片U6、芯片U8型号同为BL1551；所述滤波电路包括二极管D7、二极管D8、电容C12、电阻R23、电阻R24，所述二极管D7负极、所述二极管D8正极分别与所述电阻R24电性连接，所述电阻R23一端与电容C12一端电性连接，所述二极管D7正极、所述二极管D8的负极接地；所述运放电路包括芯片U6、电阻R13、电阻R14、电阻R29、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电阻R28、电容C11、电容C13、电容C14；所述芯片U6的V-端口接地，所述芯片U6的A+端口连接滤波电路及比较电路，所述电阻R25两端分别连接所述芯片U6的A-端口与所述芯片A0端口，所述芯片A0端口与所述电阻R13一端、电容C11一端连接，所述电阻R13另一端接地，所述电容C11的另一端与所述电阻R14一端电性连接，所述芯片U6的V+端口连接电源V6,所述芯片U6的B0端口连接电阻R29一端与比较电路，所述芯片U6的B-端口分别连接电阻R26一端与电阻R28的一端，所述芯片U6的B+端口分别连接电容C13一端、电阻R27一端，所述电容C11另一端连接所述电阻R14一端，是电阻R14的另一端分别连接电容C13一端、电阻R29的一端、电容C14的一端，所述电容C14的另一端分别与电阻R26的一端、电阻R27的一端连接；所述芯片U6型号为LMV358；所述比较电路包括芯片U7、电阻R16、电阻R17、电阻R15、电阻R30、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R31及电容C15；所述芯片U7的OUT端口连接微控制器电路的CH_Up端口、电阻R16的一端，所述芯片U7的1IN-端口分别连接电阻R15的一端、所述芯片U7的2IN+端口，所述芯片U7的2IN-端口连接电阻R33、电阻R34，所述芯片U7的2OUT端口连接电阻R17一端与微控制器电路的CH_Down端口；所述电阻R30、电阻R32、电阻R33、电阻R34依次连接，所述电阻R30另一端接电源V10，所述电阻R31一端连接电阻R32、电阻R33、电容C15，所述电容C15另一端接地，所述电阻R34另一端接地；所述芯片U7型号为LMV393。
优选地，所述压力采集模块包括芯片U12、芯片U13、电阻R42、电阻R41、电容C16、电容C17、电容C18、电容C19、电容C20、电容C21；所述芯片U12的VDD端口接电源V2，所述电容C20与电容C19并联，所述电容C20与电容C19一端连接电源V2，另一端接地，所述芯片的VREFP端口接电容C16、电容C17，所述电容C16、电容C17并联，所述电容C16、电容C17远离所述所述芯片的VREFP端口的一端接地，所述芯片U12的PA6/SCL端口连接芯片U1的PB1端口，并连接电阻R41的一端，所述电阻R41另一端连接电源V3，所述芯片U12的PA4/SDA端口连接芯片U1的PB0端口与电阻R42，所述芯片U12的PB0端口PAO/AN6端口分别与芯片U1的PA5端口、PA6端口连接，所述芯片U12的AN1端口、AN0端口分别与所述芯片U13的V0+端口、V0-端口连接；所述芯片U13的GND端口接地，所述芯片U13的VS+端口连接电源VDDA，所述电容C21与电容C18并联，所述电容C21与电容C18的一端接电源VDDA，另一端接地；所述芯片U12型号为BH66F5242，所述芯片U13型号为HCP160。
优选地，所述蓝牙发射电路包括芯片U6、电阻R45、二极管D9，所述芯片U6的PIO1端口连接电阻R45一端，所述电阻R45另一端连接二极管D9的正极，所述二极管D9的负极接地，所述芯片U6的GND端口接地；所述芯片U6的UART_TX端口及UART_RX端口连接芯片U1的U2RX端口与U2TX端口；所述芯片U6型号为HM-06。
优选地，所述温湿度检测模块包括芯片U5、电阻R43、电阻R44、电容C22，所述芯片U5的DATA端口连接芯片U1的PA12端口，所述芯片U5的SCK端口连接芯片U1的PA11端口，所述芯片U5的GND端口接地，所述芯片U5的VDD端口连接电容C22的一端与接电源V1,所述电容C22的另一端接地，所述所述芯片U5的SCK端口与DATA端口之间连接电阻R43、电阻R44；芯片U5的型号为HTU21D。
优选地，所述微压检测模块包括芯片U4、电阻R8、电阻R9、电容C7，所述芯片U4的VCC端口连接电容C7的一端与接电源V2,所述电容C7的另一端接地，所述芯片U4的SCL端口连接芯片U1的PA11端口，所述芯片U4的SDA端口连接芯片U1的PA12端口，所述电阻R8与电阻R9并联，所述电阻R8与电阻R9一端与所述芯片U4的SDA端口连接；所述芯片U4型号为SSCMRRN002。
与现有技术相比，本发明提供的一种多功能集成式氧传感器，具有以下优点：
1、所述主控电路、所述压力采集模块、所述温湿度检测模块、所述微压检测模块及所述无线蓝牙数据传输模块集成于同一电路板上，使所述多功能集成式氧传感器同时兼具检测制氧机氧气浓度、氧气浓度、温度以及储氧罐压力、温湿度、出气口的压力检测等功能，通过多功能集成式氧传感器集成多种功能，降低制作的成本，缩减多功能集成式氧传感器占用的空间位置，节省了制氧机内的空间，缩小制氧机的体积，大大地缩小了制氧机的占地空间。
2、所述主控电路可检测氧气的实时温度、实时浓度及实时流量，同时通过补偿计算获取真正的氧浓度值及流量值，使多功能集成式氧传感器降低由环境因素导致的误差，提高对氧气浓度、流量测量的准确度。
3、氧气依次从入气管、第一通道、出气管顺序传播，所述超声波探头在所述第一通道的两端，超声波在第一通道内传播，使超声波在氧气中进行传播，通过超声波在两超声波探头之间的距离进行传播，获取其传播的时间，从而计算其传播的速率，进而换算实时的氧气浓度与流量，简化测量的步骤，同时可提高检测的准确率，可多次使用，避免电化学类氧传感器的需要经常更换以及会产生有毒物质，节省了成本，同时还保证氧气的纯净度。
4、所述温度检测模块包括温度传感器，所述温度检测模块与微控制器电路电性连接。所述温度检测模块用于检测氧气的实时温度，以便于后续对实时氧气的浓度及流量的补偿计算，获取真实的氧气浓度与流量，提高测量的准确度。
5、由于超声信号会受到外界电压、余波等影响，所述超声波探头接收在气体传递的超声波信号后，通过滤波及放大，使信号去除噪声及滤除杂波，并将信号放大，以便于后续处理，避免其他因素影响测量的结果，提高测量的精确度，进一步地，通过切换电路、滤波电路、运放电路及运放电路配合，获取在直通管带气体传播的情况下的超声波传播的时间，计算出超声波实时的速率，从而获知当前氧气的浓度与流量，降低测量的误差率，提高多功能集成式氧传感器测量结果的精确度。
6、所述压力采集模块将传感器设置于制氧机储氧罐，实时监测制氧机储氧罐内的压力大小，当压力过大或国小，所述压力采集模块向所述微控制器电路发送电信号，以使所述微控制器电路通过电信号进行发出报警信号，以便于用户进行调节处理，提高制氧机的使用便利性，进一步地，通过储氧罐内的压力大小数值，可通过换算获知当前使用者所处的海拔高度，增加了多功能集成式氧传感器的实用性。
7、所述微控制器电路通过与芯片U6的连接，通过电信号将当前的数据通过蓝牙连接方式发送给用户的蓝牙设备上，如实时氧气压力值、实时氧气温度值、制氧机储氧罐的实时压力温湿度值等数据，用户通过蓝牙设备可查看当前的数值，同时微控制器电路可通过蓝牙连接将报警信号发送到蓝牙设备上，用户可及时接收到此类信息，以及时做出处理，提高多功能集成式氧传感器的使用实用性。
8、所述温湿度监测模块将传感器设置于制氧机内，实时监测制氧机内的温湿度，当温湿度超过阈值，数值过大或过小时，通过电信号发送到所述微控制器电路中，所述微控制器电路发出报警信号，以使用户可及时处理，提高使用的便利性。
9、所述微压检测模块通过将传感器设置于储氧罐内实时感应出氧口的压力数据，以监测出氧口的压力波动，判断使用者是吸气或者呼气状态，进而决定是否打开出样口，从而调节制氧机的压缩机的工作频率，实现节能低功耗的目的，大大提高了机器的工作效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含本发明的保护范围之内。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的一种多功能集成式氧传感器的整体结构示意图；
图2是本发明第一实施例提供的一种多功能集成式氧传感器的控制模块的模块图；
图3是本发明第一实施例提供的一种多功能集成式氧传感器的浓度流量检测模块的模块图；
图4是本发明第一实施例提供的一种多功能集成式氧传感器的切换电路图；
图5是本发明第二实施例提供的一种多功能集成式氧传感器的滤波电路与运放电路图；
图6是本发明第二实施例提供的一种多功能集成式氧传感器的比较电路图；
图7是本发明第二实施例提供的一种多功能集成式氧传感器的压力采集模块的电路图；
图8是本发明第三实施例提供的一种多功能集成式氧传感器的无线蓝牙数据传输模块的电路图；
图9是本发明第三实施例提供的一种多功能集成式氧传感器的温湿度检测模块的电路图；
图10是本发明第三实施例提供的一种多功能集成式氧传感器的微压检测模块的电路图。
附图标记说明：
100、多功能集成式氧传感器；1、直通管；2、超声波探头；3、控制模块；
11、第一通道；12、入气管；13、出气管；
31、主控电路；32、压力采集模块；33、温湿度检测模块；34、微压检测模块；35、无线蓝牙数据传输模块；
311、温度检测模块；312、浓度流量检测模块；
3121、微控制器电路；3122、切换电路；3123、滤波电路；3124、运放电路；3125、比较电路；
具体实施方式
为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1-3，本发明第一实施例提供了一种多功能集成式氧传感器100，设置于制氧机上，检测制氧机的制造的氧气浓度、流量、温度等指标，包括一直通管1、两超声波探头2及控制模块3，所述超声波探头2设置于所述直通管1上，所述超声波探头2与所述控制模块3电性连接。
具体地，所述直通管1用于传输氧气，所述超声波探头2用于发射超声波，所述控制模块3用于控制所述超声波探头2发射超声波与计算超声波传输时间，氧气与超声波在所述直通管1内传播，通过超声波在不同氧气浓度中传播速率不同的原理以测量氧气的浓度，并测量出氧气流量，将测量氧气的浓度与流量集成于一多功能集成式氧传感器100上完成，使多功能集成式氧传感器100的实用性得到提高，同时可避免通过浓度检测与流量检测两个分设的元件进行测量，降低了多功能集成式氧传感器100的制造成本。
所述直通管1包括第一通道11、入气管12及出气管13，所述入气管12、所述出气管13分别连接管道，所述第一通道11两端开口内径大小与超声波探头2的外径匹配。
具体地，所述第一通道11用于氧气传播与超声波传播，氧气从所述入气管12进入第一通道11，自所述出气管13离开所述第一通道11，所述第一通道11两端开设开口，所述超声波探头2设置于开口处，所述超声波探头2堵塞开口，避免氧气从开口处溢出。
特别地，所述入气管12与所述出气管13设置于所述第一通道11的同一侧，可以理解，所述入气管12与出气管13分别于所述第一通道11垂直设置，所述入气管12与所述出气管13平行设置。
可以理解，氧气依次从入气管12、第一通道11、出气管13顺序传播，所述超声波探头2在所述第一通道11的两端，超声波在第一通道11内传播，使超声波在氧气中进行传播，通过超声波在两超声波探头2之间的距离进行传播，获取其传播的时间，从而计算其传播的速率，进而换算实时的氧气浓度与流量，简化测量的步骤，同时可提高检测的准确率，可多次使用，避免电化学类氧传感器的需要经常更换以及会产生有毒物质，节省了成本，同时还保证氧气的纯净度。
所述控制模块3包括主控电路31、压力采集模块32、温湿度检测模块33、微压检测模块34及无线蓝牙数据传输模块35；
所述主控电路31与所述压力采集模块32、所述温湿度检测模块33、所述微压检测模块34、所述无线蓝牙数据传输模块35电性连接，所述主控电路31、所述压力采集模块32、所述温湿度检测模块33、所述微压检测模块34及所述无线蓝牙数据传输模块35集成于同一电路板上。
具体地，所述主控电路31用于控制与调节其他电路模块，所述温湿度检测模块33用于测量制氧机内的温度与湿度，所述压力采集模块32用于检测制氧机储气罐的压力，所述微压检测模块34用于检测制氧机的出氧口的压力波动，所述无线蓝牙数据传输模块35用于传输当前检测到的数据，以便于用户通过蓝牙设备进行查看。所述主控电路31、所述压力采集模块32、所述温湿度检测模块33、所述微压检测模块34及所述无线蓝牙数据传输模块35集成于同一电路板上，所述直通管1固定于该电路板上，所述超声波探头2与所述主控电路31电性连接。
可以理解，所述多功能集成式氧传感器100同时兼具检测制氧机氧气浓度、氧气浓度、温度以及储氧罐压力、温湿度、出气口的压力检测等功能，通过多功能集成式氧传感器100集成多种功能，降低制作的成本，缩减多功能集成式氧传感器100占用的空间位置，节省了制氧机内的空间，大大地缩小了制氧机的占地空间。
请参阅图1，所述主控电路31包括温度检测模块311及浓度流量检测模块312；所述温度检测模块311与所述浓度流量检测模块312电性连接；
所述浓度流量检测模块312包括微控制器电路3121、切换电路3122、滤波电路3123、运放电路3124及比较电路3125；所述微控制器电路3121与所述切换电路3122、所述比较电路3125电性连接，所述切换电路3122、所述滤波电路3123、所述运放电路3124及所述比较电路3125依次电性连接；
具体地，所述微控制器电路3121用于控制控制模块3的各个模块电路，通过电信号控制与调节电路，所述微控制器电路3121包括微控制器U1，所述微控制器U1的型号为STM32F103C8T6。
具体地，所述温度检测模块311包括温度传感器，所述温度检测模块311与微控制器电路3121电性连接。所述温度检测模块311用于检测氧气的实时温度，以便于后续对实时氧气的浓度及流量的补偿计算，获取真实的氧气浓度与流量，提高测量的准确度。
具体地，所述浓度流量检测模块312用于测量实时氧气浓度与流量，通过所述温度检测模块311、所述浓度流量检测模块312获取的实时氧气温度、浓度、流量，并通过温度补偿，获取真正的实时氧气浓度与流量，降低由环境因素导致的误差，提高对氧气浓度、流量测量的准确度。
可以理解，所述主控电路31可检测氧气的实时温度、实时浓度及实时流量，同时通过补偿计算获取真正的氧浓度值及流量值，使多功能集成式氧传感器100降低由环境因素导致的误差，提高对氧气浓度、流量测量的准确度。
请参阅图4-6，所述切换电路3122包括芯片U5、芯片U6、芯片U8、电阻R12；
所述芯片U5的A1端口接电源V4，所述芯片U5的VCC端口接电源V1，所述芯片U5的GND端口与A2端口接地，所述芯片U5的ENB端口接微控制器电路3121的PWM端口；所述芯片U5的B端口与所述芯片U6的B端口连接，且两端口中间串联一个电阻R12；所述芯片U6的VCC端口接电源V2，所述芯片U6的A1端口与所述芯片U8的A2端口连接，所述芯片U6的A2端口与所述芯片U8的A1端口连接，所述芯片U6的ENB端口与所述芯片U8的ENB端口连接，并与微控制器电路3121的ENB端口连接，所述芯片U8的VCC端口接电源V3，所述芯片U6的GND端口、所述芯片U8的GND端口接地；芯片U5、芯片U6、芯片U8型号同为BL1551；
所述滤波电路3123包括二极管D7、二极管D8、电容C12、电阻R23、电阻R24，所述二极管D7负极、所述二极管D8正极分别与所述电阻R24电性连接，所述电阻R23一端与电容C12一端电性连接，所述二极管D7正极、所述二极管D8的负极接地；
所述运放电路3124包括芯片U6、电阻R13、电阻R14、电阻R29、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电阻R28、电容C11、电容C13、电容C14；所述芯片U6的V-端口接地，所述芯片U6的A+端口连接滤波电路3123及比较电路3125，所述电阻R25两端分别连接所述芯片U6的A-端口与所述芯片A0端口，所述芯片A0端口与所述电阻R13一端、电容C11一端连接，所述电阻R13另一端接地，所述电容C11的另一端与所述电阻R14一端电性连接，所述芯片U6的V+端口连接电源V6,所述芯片U6的B0端口连接电阻R29一端与比较电路3125，所述芯片U6的B-端口分别连接电阻R26一端与电阻R28的一端，所述芯片U6的B+端口分别连接电容C13一端、电阻R27一端，所述电容C11另一端连接所述电阻R14一端，是电阻R14的另一端分别连接电容C13一端、电阻R29的一端、电容C14的一端，所述电容C14的另一端分别与电阻R26的一端、电阻R27的一端连接；所述芯片U6型号为LMV358；
所述比较电路3125包括芯片U7、电阻R16、电阻R17、电阻R15、电阻R30、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R31及电容C15；所述芯片U7的OUT端口连接微控制器电路3121的CH_Up端口、电阻R16的一端，所述芯片U7的1IN-端口分别连接电阻R15的一端、所述芯片U7的2IN+端口，所述芯片U7的2IN-端口连接电阻R33、电阻R34，所述芯片U7的2OUT端口连接电阻R17一端与微控制器电路3121的CH_Down端口；所述电阻R30、电阻R32、电阻R33、电阻R34依次连接，所述电阻R30另一端接电源V10，所述电阻R31一端连接电阻R32、电阻R33、电容C15，所述电容C15另一端接地，所述电阻R34另一端接地；所述芯片U7型号为LMV393。
具体地，两超声波探头2收发一体，两超声波探头2可分别作为接收端或发射端，超声波传播的路径为两条方向不同的路径，所述切换电路3122通过对通道进行控制，切换信号传递方向，确保超声波信号传播路径相同，保证任意的超声波传送方向上，超声波传送高度一致，路径一致，减少传递的误差。
具体地，所述滤波电路3123通过电容与电阻组成RC滤波电路3123，计算电容电阻的阻值，所述滤波电路3123用于滤除由输入端引入的干扰噪声，消除因外接输入点动作时产生的抖动引起的不良影响。
可以理解，由于超声信号会受到外界电压、余波等影响，所述超声波探头2接收在气体传递的超声波信号后，通过滤波及放大，使信号去除噪声及滤除杂波，并将信号放大，以便于后续处理，避免其他因素影响测量的结果，提高测量的精确度。
具体地，所述运放电路3124通过采集捕获运放过后的有效信号，将滤波放大后的信号进行比较，获知当前的信号的传递方向，微控制器电路3121通过获知当前的传递方向后，以便于定义其传送时间的方向，以利于后续的计算，提高多功能集成式氧传感器100的精确度。
可以理解，通过切换电路3122、滤波电路3123、运放电路3124及运放电路3124配合，获取在直通管1带气体传播的情况下的超声波传播的时间，计算出超声波实时的速率，从而获知当前氧气的浓度与流量，降低测量的误差率，提高多功能集成式氧传感器100测量结果的精确度。
请参阅图7，所述压力采集模块32包括芯片U12、芯片U13、电阻R42、电阻R41、电容C16、电容C17、电容C18、电容C19、电容C20、电容C21；所述芯片U12的VDD端口接电源V2，所述电容C20与电容C19并联，所述电容C20与电容C19一端连接电源V2，另一端接地，所述芯片的VREFP端口接电容C16、电容C17，所述电容C16、电容C17并联，所述电容C16、电容C17远离所述所述芯片的VREFP端口的一端接地，所述芯片U12的PA6/SCL端口连接芯片U1的PB1端口，并连接电阻R41的一端，所述电阻R41另一端连接电源V3，所述芯片U12的PA4/SDA端口连接芯片U1的PB0端口与电阻R42，所述芯片U12的PB0端口PAO/AN6端口分别与芯片U1的PA5端口、PA6端口连接，所述芯片U12的AN1端口、AN0端口分别与所述芯片U13的V0+端口、V0-端口连接；所述芯片U13的GND端口接地，所述芯片U13的VS+端口连接电源VDDA，所述电容C21与电容C18并联，所述电容C21与电容C18的一端接电源VDDA，另一端接地；所述芯片U12型号为BH66F5242，所述芯片U13型号为HCP160。
具体地，所述芯片U12为压力传感器，所述压力采集模块32将传感器设置于制氧机储氧罐，实时监测制氧机储氧罐内的压力大小，当压力过大或国小，所述压力采集模块32向所述微控制器电路3121发送电信号，以使所述微控制器电路3121通过电信号进行发出报警信号，以便于用户进行调节处理，提高制氧机的使用便利性，进一步地，通过储氧罐内的压力大小数值，可通过换算获知当前使用者所处的海拔高度，增加了多功能集成式氧传感器100的实用性。
请参阅图8，所述蓝牙发射电路包括芯片U6、电阻R45、二极管D9，所述芯片U6的PIO1端口连接电阻R45一端，所述电阻R45另一端连接二极管D9的正极，所述二极管D9的负极接地，所述芯片U6的GND端口接地；所述芯片U6的UART_TX端口及UART_RX端口连接芯片U1的U2RX端口与U2TX端口；所述芯片U6型号为HM-06。
具体地，所述微控制器电路3121通过与芯片U6的连接，通过电信号将当前的数据通过蓝牙连接方式发送给用户的蓝牙设备上，如实时氧气压力值、实时氧气温度值、制氧机储氧罐的实时压力温湿度值等数据，用户通过蓝牙设备可查看当前的数值，同时微控制器电路3121可通过蓝牙连接将报警信号发送到蓝牙设备上，用户可及时接收到此类信息，以及时做出处理，提高多功能集成式氧传感器100的使用实用性。
请参阅图9，所述温湿度检测模块33包括芯片U5、电阻R43、电阻R44、电容C22，所述芯片U5的DATA端口连接芯片U1的PA12端口，所述芯片U5的SCK端口连接芯片U1的PA11端口，所述芯片U5的GND端口接地，所述芯片U5的VDD端口连接电容C22的一端与接电源V1,所述电容C22的另一端接地，所述所述芯片U5的SCK端口与DATA端口之间连接电阻R43、电阻R44；芯片U5的型号为HTU21D。
具体地，所述芯片U5为温湿度传感器，所述温湿度监测模块将传感器设置于制氧机内，实时监测制氧机内的温湿度，当温湿度超过阈值，数值过大或过小时，通过电信号发送到所述微控制器电路3121中，所述微控制器电路3121发出报警信号，以使用户可及时处理，提高使用的便利性。
请参阅图10，所述微压检测模块34包括芯片U4、电阻R8、电阻R9、电容C7，所述芯片U4的VCC端口连接电容C7的一端与接电源V2,所述电容C7的另一端接地，所述芯片U4的SCL端口连接芯片U1的PA11端口，所述芯片U4的SDA端口连接芯片U1的PA12端口，所述电阻R8与电阻R9并联，所述电阻R8与电阻R9一端与所述芯片U4的SDA端口连接；所述芯片U4型号为SSCMRRN002。
具体地，实时芯片U4为压力传感器，所述微压检测模块34通过将传感器设置于储氧罐内实时感应出氧口的压力数据，以监测出氧口的压力波动，判断使用者是吸气或者呼气状态，进而决定是否打开出样口，从而调节制氧机的压缩机的工作频率，实现节能低功耗的目的，大大提高了机器的工作效率。
工作原理：
微控制器电路3121选择激励其中一端超声波探头2发出超声波信号，另一个探头接收发出的信号。此过程中微控制器电路3121通过发射电路发出固定频率的脉冲波激励一端A超声波探头2发出发射波信号，通过开关电路，打开另一端B超声波探头2接收通道，A超声波探头2发出的信号经过开放式空腔到达B超声波探头2，此时B超声波探头2收到一个接收信号。
由于超声信号会受到外界电压、余波等影响，所以收到的信号会经过滤波电路3123以滤除杂波，然后经过运放电路3124放大，得到一段较好的可用信号，然后再经过比较电路3125捕获第一通道11传播信号，此时得到一个从A超声波探头2发出到B超声波探头2收到信号的时间值，我们称之为正向时间；然后微控制器电路3121再反向控制B超声波探头2发射超声波，A超声波探头2接收信号，同上我们得到一个从A超声波探头2发出到B超声波探头2收到信号的时间值，我们称之为反向时间，微控制器电路3121控制电路以一定频率重复上述过程，就可得到超声的实时传输时间，从而换算出氧气浓度及流量。此过程中电路中的压力采集模块31、温湿度检测模块33可分别实时监测制氧机储氧灌内的压力大小和机内的温湿度，用于压力和温湿度的过大或过小报警处理；电路中的微压检测模块34可实时检测出氧口的压力波动来判断此时使用者是吸气或者呼气状态，来决定是否打开出氧口，从而调节压缩机的工作频率。
与现有技术相比，本发明提供的一种多功能集成式氧传感器，具有以下优点：
1、所述主控电路、所述压力采集模块、所述温湿度检测模块、所述微压检测模块及所述无线蓝牙数据传输模块集成于同一电路板上，使所述多功能集成式氧传感器同时兼具检测制氧机氧气浓度、氧气浓度、温度以及储氧罐压力、温湿度、出气口的压力检测等功能，通过多功能集成式氧传感器集成多种功能，降低制作的成本，缩减多功能集成式氧传感器占用的空间位置，节省了制氧机内的空间，大大地缩小了制氧机的占地空间。
2、所述主控电路可检测氧气的实时温度、实时浓度及实时流量，同时通过补偿计算获取真正的氧浓度值及流量值，使多功能集成式氧传感器降低由环境因素导致的误差，提高对氧气浓度、流量测量的准确度。
3、氧气依次从入气管、第一通道、出气管顺序传播，所述超声波探头在所述第一通道的两端，超声波在第一通道内传播，使超声波在氧气中进行传播，通过超声波在两超声波探头之间的距离进行传播，获取其传播的时间，从而计算其传播的速率，进而换算实时的氧气浓度与流量，简化测量的步骤，同时可提高检测的准确率，可多次使用，避免电化学类氧传感器的需要经常更换以及会产生有毒物质，节省了成本，同时还保证氧气的纯净度。
4、所述温度检测模块包括温度传感器，所述温度检测模块与微控制器电路电性连接。所述温度检测模块用于检测氧气的实时温度，以便于后续对实时氧气的浓度及流量的补偿计算，获取真实的氧气浓度与流量，提高测量的准确度。
5、由于超声信号会受到外界电压、余波等影响，所述超声波探头接收在气体传递的超声波信号后，通过滤波及放大，使信号去除噪声及滤除杂波，并将信号放大，以便于后续处理，避免其他因素影响测量的结果，提高测量的精确度，进一步地，通过切换电路、滤波电路、运放电路及运放电路配合，获取在直通管带气体传播的情况下的超声波传播的时间，计算出超声波实时的速率，从而获知当前氧气的浓度与流量，降低测量的误差率，提高多功能集成式氧传感器测量结果的精确度。
6、所述压力采集模块将传感器设置于制氧机储氧罐，实时监测制氧机储氧罐内的压力大小，当压力过大或国小，所述压力采集模块向所述微控制器电路发送电信号，以使所述微控制器电路通过电信号进行发出报警信号，以便于用户进行调节处理，提高制氧机的使用便利性，进一步地，通过储氧罐内的压力大小数值，可通过换算获知当前使用者所处的海拔高度，增加了多功能集成式氧传感器的实用性。
7、所述微控制器电路通过与芯片U6的连接，通过电信号将当前的数据通过蓝牙连接方式发送给用户的蓝牙设备上，如实时氧气压力值、实时氧气温度值、制氧机储氧罐的实时压力温湿度值等数据，用户通过蓝牙设备可查看当前的数值，同时微控制器电路可通过蓝牙连接将报警信号发送到蓝牙设备上，用户可及时接收到此类信息，以及时做出处理，提高多功能集成式氧传感器的使用实用性。
8、所述温湿度监测模块将传感器设置于制氧机内，实时监测制氧机内的温湿度，当温湿度超过阈值，数值过大或过小时，通过电信号发送到所述微控制器电路中，所述微控制器电路发出报警信号，以使用户可及时处理，提高使用的便利性。
9、所述微压检测模块通过将传感器设置于储氧罐内实时感应出氧口的压力数据，以监测出氧口的压力波动，判断使用者是吸气或者呼气状态，进而决定是否打开出样口，从而调节制氧机的压缩机的工作频率，实现节能低功耗的目的，大大提高了机器的工作效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多功能集成式氧传感器，其特征在于：包括一直通管、两超声波探头及控制模块，所述超声波探头设置于所述直通管上，所述超声波探头与所述控制模块电性连接；
所述控制模块包括主控电路、压力采集模块、温湿度检测模块、微压检测模块及无线蓝牙数据传输模块；
所述主控电路与所述压力采集模块、所述温湿度检测模块、所述微压检测模块、所述无线蓝牙数据传输模块电性连接，所述主控电路、所述压力采集模块、所述温湿度检测模块、所述微压检测模块及所述无线蓝牙数据传输模块集成于同一电路板上。
2.如权利要求1所述一种多功能集成式氧传感器，其特征在于：所述主控电路包括温度检测模块及浓度流量检测模块；所述温度检测模块与所述浓度流量检测模块电性连接；
所述浓度流量检测模块包括微控制器电路、切换电路、滤波电路、运放电路及比较电路；
所述微控制器电路与所述切换电路、所述比较电路电性连接，所述所述切换电路、所述滤波电路、所述运放电路及所述比较电路依次电性连接。
3.如权利要求1所述一种多功能集成式氧传感器，其特征在于：所述直通管包括第一通道、入气管及出气管，所述入气管与所述出气管设置于所述第一通道的同一侧，所述入气管、所述出气管分别连接管道；
所述第一通道两端开口内径大小与超声波探头的外径匹配。
4.如权利要求3所述一种多功能集成式氧传感器，其特征在于：所述入气管与出气管分别于所述第一通道垂直设置，所述入气管与所述出气管平行设置。
5.如权利要求2所述一种多功能集成式氧传感器，其特征在于：
所述微控制器电路包括微控制器电路U1，所述微控制器电路U1的型号为STM32F103C8T6；
所述温度检测模块包括温度传感器，所述温度检测模块与微控制器电路电性连接。
6.如权利要求2所述一种多功能集成式氧传感器，其特征在于：
所述切换电路包括芯片U5、芯片U6、芯片U8、电阻R12；
所述芯片U5的A1端口接电源V4，所述芯片U5的VCC端口接电源V1，所述芯片U5的GND端口与A2端口接地，所述芯片U5的ENB端口接微控制器电路的PWM端口；所述芯片U5的B端口与所述芯片U6的B端口连接，且两端口中间串联一个电阻R12；所述芯片U6的VCC端口接电源V2，所述芯片U6的A1端口与所述芯片U8的A2端口连接，所述芯片U6的A2端口与所述芯片U8的A1端口连接，所述芯片U6的ENB端口与所述芯片U8的ENB端口连接，并与微控制器电路的ENB端口连接，所述芯片U8的VCC端口接电源V3，所述芯片U6的GND端口、所述芯片U8的GND端口接地；芯片U5、芯片U6、芯片U8型号同为BL1551；
所述滤波电路包括二极管D7、二极管D8、电容C12、电阻R23、电阻R24，所述二极管D7负极、所述二极管D8正极分别与所述电阻R24电性连接，所述电阻R23一端与电容C12一端电性连接，所述二极管D7正极、所述二极管D8的负极接地；
所述运放电路包括芯片U6、电阻R13、电阻R14、电阻R29、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电阻R28、电容C11、电容C13、电容C14；所述芯片U6的V-端口接地，所述芯片U6的A+端口连接滤波电路及比较电路，所述电阻R25两端分别连接所述芯片U6的A-端口与所述芯片A0端口，所述芯片A0端口与所述电阻R13一端、电容C11一端连接，所述电阻R13另一端接地，所述电容C11的另一端与所述电阻R14一端电性连接，所述芯片U6的V+端口连接电源V6,所述芯片U6的B0端口连接电阻R29一端与比较电路，所述芯片U6的B-端口分别连接电阻R26一端与电阻R28的一端，所述芯片U6的B+端口分别连接电容C13一端、电阻R27一端，所述电容C11另一端连接所述电阻R14一端，是电阻R14的另一端分别连接电容C13一端、电阻R29的一端、电容C14的一端，所述电容C14的另一端分别与电阻R26的一端、电阻R27的一端连接；所述芯片U6型号为LMV358；
所述比较电路包括芯片U7、电阻R16、电阻R17、电阻R15、电阻R30、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R31及电容C15；所述芯片U7的OUT端口连接微控制器电路的CH_Up端口、电阻R16的一端，所述芯片U7的1IN-端口分别连接电阻R15的一端、所述芯片U7的2IN+端口，所述芯片U7的2IN-端口连接电阻R33、电阻R34，所述芯片U7的2OUT端口连接电阻R17一端与微控制器电路的CH_Down端口；所述电阻R30、电阻R32、电阻R33、电阻R34依次连接，所述电阻R30另一端接电源V10，所述电阻R31一端连接电阻R32、电阻R33、电容C15，所述电容C15另一端接地，所述电阻R34另一端接地；所述芯片U7型号为LMV393。
7.如权利要求2所述一种多功能集成式氧传感器，其特征在于：
所述压力采集模块包括芯片U12、芯片U13、电阻R42、电阻R41、电容C16、电容C17、电容C18、电容C19、电容C20、电容C21；
所述芯片U12的VDD端口接电源V2，所述电容C20与电容C19并联，所述电容C20与电容C19一端连接电源V2，另一端接地，所述芯片的VREFP端口接电容C16、电容C17，所述电容C16、电容C17并联，所述电容C16、电容C17远离所述所述芯片的VREFP端口的一端接地，所述芯片U12的PA6/SCL端口连接芯片U1的PB1端口，并连接电阻R41的一端，所述电阻R41另一端连接电源V3，所述芯片U12的PA4/SDA端口连接芯片U1的PB0端口与电阻R42，所述芯片U12的PB0端口PAO/AN6端口分别与芯片U1的PA5端口、PA6端口连接，所述芯片U12的AN1端口、AN0端口分别与所述芯片U13的V0+端口、V0-端口连接；
所述芯片U13的GND端口接地，所述芯片U13的VS+端口连接电源VDDA，所述电容C21与电容C18并联，所述电容C21与电容C18的一端接电源VDDA，另一端接地；
所述芯片U12型号为BH66F5242，所述芯片U13型号为HCP160。
8.如权利要求2所述一种多功能集成式氧传感器，其特征在于：
所述蓝牙发射电路包括芯片U6、电阻R45、二极管D9，所述芯片U6的PIO1端口连接电阻R45一端，所述电阻R45另一端连接二极管D9的正极，所述二极管D9的负极接地，所述芯片U6的GND端口接地；所述芯片U6的UART_TX端口及UART_RX端口连接芯片U1的U2RX端口与U2TX端口；
所述芯片U6型号为HM-06。
9.如权利要求2所述一种多功能集成式氧传感器，其特征在于：
所述温湿度检测模块包括芯片U5、电阻R43、电阻R44、电容C22，所述芯片U5的DATA端口连接芯片U1的PA12端口，所述芯片U5的SCK端口连接芯片U1的PA11端口，所述芯片U5的GND端口接地，所述芯片U5的VDD端口连接电容C22的一端与接电源V1,所述电容C22的另一端接地，所述所述芯片U5的SCK端口与DATA端口之间连接电阻R43、电阻R44；
芯片U5的型号为HTU21D。
10.如权利要求2所述一种多功能集成式氧传感器，其特征在于：
所述微压检测模块包括芯片U4、电阻R8、电阻R9、电容C7，所述芯片U4的VCC端口连接电容C7的一端与接电源V2,所述电容C7的另一端接地，所述芯片U4的SCL端口连接芯片U1的PA11端口，所述芯片U4的SDA端口连接芯片U1的PA12端口，所述电阻R8与电阻R9并联，所述电阻R8与电阻R9一端与所述芯片U4的SDA端口连接；
所述芯片U4型号为SSCMRRN002。
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