CN113633854A - 一种鞭式输液加温系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种鞭式输液加温系统和方法，包括输液加温模块、加热驱动监测模块、主处理单元以及温度处理模块；加热装置用于根据加热驱动监测模块输出的加热驱动信号加热药液；温度采集装置用于对输液加温模块的温度进行采集并输出温度采集信号；温度处理模块用于对温度采集信号进行处理并输出温度反馈信号至主处理单元；主处理单元用于根据温度反馈信号采用PID控制方法对加热驱动监测模块进行PID反馈调节控制，动态调节控制加热驱动监测模块输出的加热驱动信号。本发明可以使输液加温模块中的加热装置的温度达到动态恒定，温度调节响应速度快，且稳定性好，有效提升用户使用体验。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械的技术领域，更具体地说，涉及一种鞭式输液加温系统和方法。
背景技术
输液(如输液、输血)广泛应用于临床康复和治疗，在输液期间，大量的液体从体外(液瓶，或者液袋)经过输液管路进入患者身体，通常液体温度较低(尤其经过冷藏的血液药液)，常常导致患者肢体发凉、发麻、涨痛，严重时出现打寒颤、血管痉挛等。因此，在输液过程中需要对药液加温，从而有效防止病人体温下降，改善患者的精神状态，消除并发症。
目前，市面上实现输液加温、保温的措施较多，例如，采用金属板加热药液的方式、条式电控加热输液管等，这些方法均可自动调节温度，以达到输液加温或者保温的目的。然而，这些方法的加温器温度调控不稳定，用户使用体验效果差。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种鞭式输液加温系统和方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种鞭式输液加温系统，包括：输液加温模块、加热驱动监测模块、主处理单元以及温度处理模块；所述输液加温模块包括：加热装置和温度采集装置；
所述加热驱动监测模块的输出端与所述加热装置连接、所述加热驱动监测模块的输入端与所述主处理单元连接、所述加热驱动监测模块的监测反馈端与所述主处理单元连接，所述温度处理模块的输入端与所述温度采集装置连接，所述温度处理模块的输出端与所述主处理单元连接；
所述加热装置用于根据所述加热驱动监测模块输出的加热驱动信号加热药液；
所述温度采集装置用于对所述输液加温模块的温度进行采集并输出温度采集信号；
所述温度处理模块用于对所述温度采集信号进行处理并输出温度反馈信号至所述主处理单元；
所述主处理单元用于根据所述温度反馈信号采用PID控制方法对所述加热驱动监测模块进行PID反馈调节控制，以动态调节控制加热驱动监测模块输出的加热驱动信号、使输液加温模块动态恒定。
在本发明所述的鞭式输液加温系统中，还包括：功能安全保护模块；
所述功能安全保护模块分别与所述温度处理模块和所述加热驱动监测模块连接；
所述功能安全保护模块用于接收所述温度反馈信号，并根据所述温度反馈信号判断所述输液加温模块的实时温度是否大于阈值，若是，输出切断信号至所述加热驱动监测模块，以控制所述加热驱动监测模块关断并锁定。
在本发明所述的鞭式输液加温系统中，所述加热驱动监测模块包括：恒流驱动模块、电源控制模块以及电流控制模块；
所述电源控制模块分别与所述主处理单元、所述功能安全保护模块和所述恒流驱动模块连接，用于根据所述主处理单元输出的电源控制信号或者所述功能安全保护模块输出的切断信号切断所述恒流驱动模块的电源；
所述电流控制模块分别与所述主处理单元和所述恒流驱动模块连接，用于根据所述主处理单元输出的PID控制信号输出电流调节信号至所述恒流驱动模块；
所述恒流驱动模块与所述加热装置连接，用于根据所述电流调节信号输出恒流信号至所述加热装置、以及对所述加热装置的实时电流进行监测并根据电流监测信号和所述电流调节信号动态调节所述恒流信号。
在本发明所述的鞭式输液加温系统中，所述恒流驱动模块包括：恒流驱动芯片、第一电阻、第一电容、第一电感、第二电容、第二电阻、保险管、和三电阻、第四电阻、第三电容和第五电阻；
所述恒流驱动芯片的自举升压引脚依次通过所述第一电阻和所述第一电容连接所述恒流驱动芯片的开关输出引脚，所述恒流驱动芯片的开关输出引脚依次通过所述第一电感和所述保险管连接所述加热装置的输入端，所述第二电容的第一端连接在所述保险管与所述第一电感之间，所述第二电容的第二端接地，所述第二电阻的第一端连接在所述保险管与所述第一电感之间，所述第二电阻的第二端连接所述第三电阻的第一端并连接至所述恒流驱动芯片的过压保护引脚，所述第三电阻的第二端接地；
所述第四电阻的第一端连接所述加热装置的输出端和所述恒流驱动芯片的反馈端，所述第四电阻的第二端地，所述第三电容与所述第四电阻并联；所述第五电阻的第一端接地，所述第五电阻的第二端连接所述恒流驱动芯片的对地参考端；所述恒流驱动芯片的电源端连接所述电源控制模块的输出端，所述恒流驱动芯片的控制引脚连接所述电流控制模块的输出端。
在本发明所述的鞭式输液加温系统中，所述电源控制模块包括：第一MOS管、第四电容、第六电阻、第七电阻、第二三极管、第八电阻、第九电阻、第三二极管以及第一二极管；
所述第一MOS管的漏极连接所述恒流驱动芯片的电源端，所述第一MOS管的源极连接电源，所述第一MOS管的栅极通过所述第七电阻连接所述第二三极管的集电极，所述第六电阻的连接在所述第一MOS管的源极和栅极之间，所述第四电容的第一端连接所述第一MOS管的漏极，所述第四电容的第二端接地；
所述第二三极管的发射极连接所述第三二极管的阳极，所述第三二极管的阴极接地，所述第二三极管的基极通过所述第九电阻连接所述第一二极管的阳极，所述第八电阻的第一端连接VCC，所述第八电阻的第二端连接所述第一二极管的阳极，所述第一二极管的第一阴极连接所述主处理单元，所述第一二极管的第二阴极连接所述功能安全保护模块。
在本发明所述的鞭式输液加温系统中，所述电流控制模块包括：第五电容、第十电阻、第十一电阻、第二运算放大器以及第六电容；
所述第二运算放大器的正输入端连接所述主处理单元的PID控制输出端，所述第二运算放大器的负输入端与其输出端短接，所述第六电容的第一端与所述第二运算放大器正输入端连接，所述第六电容的第二端接地；
所述第二运算放大器的输出端连接所述第十电阻的第二端，所述第十电阻的第一端连接所述恒流驱动芯片的控制引脚，所述第十一电阻的第一端与所述第十电阻的第一端连接的，所述第十一电阻的第二端接地，所述第五电容与所述第十一电阻并联。
在本发明所述的鞭式输液加温系统中，所述温度处理模块包括：第六电容、第十二电阻、第三运算放大器、第十三电阻、第七电容以及第十四电阻；
所述第六电容的第一端和所述第十二电阻的第一端连接并连接至所述第三运算放大器的正输入端，所述第六电容的第二端接地，所述第十二电阻的第二端接地，所述第三运算放大器的正输入端还连接至所述温度采集装置，所述第三运算放大器的负输入端与其输出端连接，所述第三运算放大器的输出端连接所述第十三电阻的第一端，所述第十三电阻的第二端通过所述第十四电阻连接所述主处理单元，所述第七电容的第一端连接所述第十三电阻的第二端，所述第七电容的第二端接地，所述第十三电阻的第二端还连接至所述功能安全保护模块。
在本发明所述的鞭式输液加温系统中，所述功能安全保护模块包括：比较电路和锁定电路；
所述比较电路的输入端与所述温度处理电路连接，所述比较电路的输出端与所述锁定电路的输入端连接，所述锁定电路的输出端与所述电源控制模块连接。
在本发明所述的鞭式输液加温系统中，所述比较电路包括：第十五电阻、第十六电阻和第四比较器；
所述第十五电阻的第一端连接VCC，所述第十五电阻的第二端连接所述第十六电阻的第一端，所述第十六电阻的第二端接地，所述第十五电阻的第二端还连接至所述第四比较器的负输入端，所述第四比较器的正输入端连接所述第十三电阻的第二端，所述第四比较器的输出端连接所述锁定电路的输入端。
在本发明所述的鞭式输液加温系统中，所述锁定电路包括：第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第三MOS管、第二十电阻、第八电容、第二十一电阻以及第四MOS管；
所述第十七电阻的第一端连接VCC，所述第十七电阻的第二端连接所述第十八电阻的第一端，所述第十八电阻的第一端还连接所述第四比较器的输出端，所述第十八电阻的第二端连接所述第四MOS管的栅极；
所述第十九电阻的第一端连接VCC，所述第十九电阻的第二端连接所述第三MOS管的源极，所述第三MOS管的漏极连接所述第二十电阻的第一端，所述第二十电阻的第二端连接所述第四MOS管的栅极和所述第八电容的第一端，所述第八电阻的第二端接地；
所述第三MOS管的栅极连接所述第四MOS管的漏极，所述第四MOS管的源极接地，所述第二十一电阻的第一端连接VCC，所述第二十一电阻的第二端连接所述第四MOS管的漏极，所述第四MOS管的漏极还连接至所述第一二极管的第二阴极。
在本发明所述的鞭式输液加温系统中，还包括：显示模块和语音提示模块；
所述显示模块与所述主处理单元连接，用于显示所述输液加温模块的当前温度、设定温度、以及报警信息中的任意一种或者多种；
所述语音提示模块与所述主处理单元连接，用于所述输液加温模块的当前温度、设定温度、以及报警信息中的任意一种或者多种进行语音提示。
在本发明所述的鞭式输液加温系统中，还包括：储存模块和通信模块；
所述储存模块与所述主处理单元连接，用于存储信息和/或数据；
所述通信模块与所述主处理单元连接，用于供所述鞭式输液加温系统与监控终端进行通信。
本发明还提供一种鞭式输液加温方法，应用于以上所述的鞭式输液加温系统，所述方法包括以下步骤：
主处理单元获取目标温度，并根据所述目标温度设定PID调节参数；
温度采集装置实时监测输入加温模块的温度并输出温度采集信号；
温度处理模块对所述温度采集信号进行处理并输出温度反馈信号至所述主处理单元；
所述主处理单元根据所述PID调节参数和所述温度反馈信号，利用PID控制方法确定PID控制信号，并通过所述PID控制信号对加热驱动监测模块进行PID反馈调节控制，以动态调节控制加热驱动监测模块输出的加热驱动信号、使输液加温模块动态恒定。
在本发明所述的鞭式输液加温方法中，所述PID控制方法包括：位置型PID方法或者增量型PID方法。
在本发明所述的鞭式输液加温方法中，所述位置型PID方法可通过以下式子确定所述PID控制信号：
其中，D(t)为当前采样时刻输出的控制变量；e(t)为目标温度与测量温度值的偏差；Kp为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数；t为从开始进行调节到输出当前控制量所经过的时间间隔；D0为PID控制信号的初始分量值。
在本发明所述的鞭式输液加温方法中，所述方法还包括：
在所述鞭式输液加温系统启动后，进行自检；
根据自检结果判断是否可进入加温控制模式；
若是，进入加温控制模式；
若否，输出报警信号。
实施本发明的鞭式输液加温系统和方法，具有以下有益效果：包括输液加温模块、加热驱动监测模块、主处理单元以及温度处理模块；加热装置用于根据加热驱动监测模块输出的加热驱动信号加热药液；温度采集装置用于对输液加温模块的温度进行采集并输出温度采集信号；温度处理模块用于对温度采集信号进行处理并输出温度反馈信号至主处理单元；主处理单元用于根据温度反馈信号采用PID控制方法对加热驱动监测模块进行PID反馈调节控制，动态调节控制加热驱动监测模块输出的加热驱动信号。本发明可以使输液加温模块中的加热装置的温度达到动态恒定，温度调节响应速度快，且稳定性好，有效提升用户使用体验。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例提供的鞭式输液加温系统的原理框图；
图2和图3是本发明实施例提供的鞭式输液加温系统的电路图；
图4是本发明实施例提供的恒温PID控制原理图；
图5是本发明实施例提供的鞭式输液加温方法的流程示意图；
图6是本发明恒温PID控制的温度曲线图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
参考图1，为本发明提供的鞭式输液加温系统一可选实施例的原理框图。该鞭式输液加温系统可应用于输液、输血中，其可利用PID控制方法使输液加温模块110中的加热装置快速达到恒定温度，避免温度调控不稳定，温度过高等问题。
具体的，如图1所示，该鞭式输液加温系统包括：输液加温模块110、加热驱动监测模块120、主处理单元150以及温度处理模块140；输液加温模块110包括：加热装置和温度采集装置。
加热驱动监测模块120的输出端与加热装置连接、加热驱动监测模块120的输入端与主处理单元150连接、加热驱动监测模块120的监测反馈端与主处理单元150连接，温度处理模块140的输入端与温度采集装置连接，温度处理模块140的输出端与主处理单元150连接。
加热装置用于根据加热驱动监测模块120输出的加热驱动信号加热药液。可选的，本发明实施例的加热装置可包括但不限于金属发热丝、碳纤维发热丝等，优选碳纤维发热丝。其中，碳纤维发热丝柔韧性好、发热效果好。
温度采集装置用于对输液加温模块110的温度进行采集并输出温度采集信号。可选的，本发明实施例的温度采集装置可包括但不限于NTC、PTC、热电偶、或者红外传感器等。
温度处理模块140用于对温度采集信号进行处理并输出温度反馈信号至主处理单元150。
主处理单元150用于根据温度反馈信号采用PID控制方法对加热驱动监测模块120进行PID反馈调节控制，以动态调节控制加热驱动监测模块120输出的加热驱动信号、使输液加温模块110动态恒定。具体的，本发明实施例的主处理单元150在获取到目标温度后，先根据目标温度设定相应的PID控制参数，然后，基于所设定的PID控制参数输出相应的加热驱动信号至加热驱动监测模块120，由加热驱动监测模块120根据所接收的加热驱动信号动态调节加热装置的加热电流，从而达到动态调节加热装置的温度的目的，同时，在动态调节过程中，主处理单元150还根据温度处理模块140返回的温度反馈信号动态调整PID控制参数，从而对加热装置的温度实现PID闭环控制，达到快速恒温，且采用PID控制温度稳定性好、响应速度快。进一步地，该主处理单元150还可以根据加热驱动监测模块120返回的电流监测信号实现对加热驱动模块的加热电源控制。例如，当加热驱动模块的电流过高时，可直接切断加热驱动监测模块120的电源。
进一步地，一些实施例中，如图1所示，该鞭式输液加温系统还包括：功能安全保护模块130。该功能安全保护模块130分别与温度处理模块140和加热驱动监测模块120连接；该功能安全保护模块130用于接收温度反馈信号，并根据温度反馈信号判断输液加温模块110的实时温度是否大于阈值，若是，输出切断信号至加热驱动监测模块120，以控制加热驱动监测模块120关断并锁定。
具体的，该功能安全保护模块130可以根据温度处理模块140输出的温度反馈信号对输液加温模块110的温度进行监测，并在输液加温模块110的实时温度大于阈值时，立即切断加热驱动监测模块120的电源，以实现加温的功能安全保护，同时，将电源锁定，只有当重新启动系统时才可恢复，进一步达到稳定关断的目的。
参考图4，为本发明提供的恒温PID控制的原理图。
具体的，如图4所示，温度采集模块实时监测加热装置的实时温度经过温度处理模块140处理后并经过采样开关传送给主处理单元150，主处理单元150将温度处理模块140输出的温度反馈信号的实时温度与目标温度进行比较，当实时温度小于目标温度时，主处理单元150基于PID控制方法计算出当前时刻的PID控制信号，以调节PWM信号的脉宽增加(增大占空比)，进而使加热装置的温度快速提升，提高输液加温模块110的温度，以使输液加温模块110可达到目标温度；当实时温度大于目标温度时，主处理单元150即切断驱动监测模块的电源，停止对加热装置加热。当停止加热后，加热装置的温度随之降低，加热装置的实时温度逐渐下降至目标温度甚至低于目标温度，此时，主处理单元150再次采用PID控制方法进行温度调节，以使加热装置的实时温度可达到目标温度，实现加热装置的温度动态恒定。其中，图4中的整定开关可用于实现单个整定周期的开启和关闭，当整定开关开启时，实时温度与目标温度比较后的比较信号才会传输至PID控制器，由PID控制器基于比较信号计算出PID控制参数，进而根据所得到的PID控制参数输出相应的PID控制信号至加热驱动监测模块120，以控制加热驱动监测模块120对加热装置进行驱动，实现恒流加热。
进一步地，如图1所示，该鞭式输液加温系统还包括：显示模块160和语音提示模块170。
显示模块160与主处理单元150连接，用于显示输液加温模块110的当前温度、设定温度、以及报警信息中的任意一种或者多种。该显示模块160还可以提供人机接口，以供用户进行相关操作，如修改目标温度、控制系统启停等。可选的，该显示模块160可包括但不限于LC显示模块160、LED显示模块160、OLED显示模块160等。
语音提示模块170与主处理单元150连接，用于输液加温模块110的当前温度、设定温度、以及报警信息中的任意一种或者多种进行语音提示。
进一步地，如图1所示，该鞭式输液加温系统还包括：储存模块180和通信模块190。
储存模块180与主处理单元150连接，用于存储信息和/或数据。如设置数据、运行数据等。
通信模块190与主处理单元150连接，用于供鞭式输液加温系统与监控终端进行通信。可选的，监控终端可以为本地监控终端，也可以为远程监控终端。
一些实施例中，加热驱动监测模块120包括：恒流驱动模块1201、电源控制模块1202以及电流控制模块1203。
电源控制模块1202分别与主处理单元150、功能安全保护模块130和恒流驱动模块1201连接，用于根据主处理单元150输出的电源控制信号或者功能安全保护模块130输出的切断信号切断恒流驱动模块1201的电源；电流控制模块1203分别与主处理单元150和恒流驱动模块1201连接，用于根据主处理单元150输出的PID控制信号输出电流调节信号至恒流驱动模块1201；恒流驱动模块1201与加热装置连接，用于根据电流调节信号输出恒流信号至加热装置、以及对加热装置的实时电流进行监测并根据电流监测信号和电流调节信号动态调节恒流信号。
可选的，在一个具体实施例中，如图2所示，该恒流驱动模块1201包括：恒流驱动芯片U1、第一电阻R1、第一电容C1、第一电感L1、第二电容C2、第二电阻R2、保险管F1、和三电阻、第四电阻R4、第三电容C3和第五电阻R5。其中，图2中，RT1表示温度采集装置。
恒流驱动芯片U1的自举升压引脚(BST)依次通过第一电阻R1和第一电容C1连接恒流驱动芯片U1的开关输出引脚(SW)，恒流驱动芯片U1的开关输出引脚依次通过第一电感L1和保险管F1连接加热装置的输入端，第二电容C2的第一端连接在保险管F1与第一电感L1之间，第二电容C2的第二端接地，第二电阻R2的第一端连接在保险管F1与第一电感L1之间，第二电阻R2的第二端连接第三电阻R3的第一端并连接至恒流驱动芯片U1的过压保护引脚(OVP)，第三电阻R3的第二端接地。
第四电阻R4的第一端连接加热装置的输出端和恒流驱动芯片U1的反馈端(FB)，第四电阻R4的第二端地，第三电容C3与第四电阻R4并联；第五电阻R5的第一端接地，第五电阻R5的第二端连接恒流驱动芯片U1的对地参考端(INGND)；恒流驱动芯片U1的电源端(VDD)连接电源控制模块1202的输出端，恒流驱动芯片U1的控制引脚连接电流控制模块1203的输出端。
如图2所示，该电源控制模块1202包括：第一MOS管Q1、第四电容C4、第六电阻R6、第七电阻R7、第二三极管Q2、第八电阻R8、第九电阻R9、第三二极管D3以及第一二极管D1。
第一MOS管Q1的漏极连接恒流驱动芯片U1的电源端(VDD)，第一MOS管Q1的源极连接电源(POWER)，第一MOS管Q1的栅极通过第七电阻R7连接第二三极管Q2的集电极，第六电阻R6的连接在第一MOS管Q1的源极和栅极之间，第四电容C4的第一端连接第一MOS管Q1的漏极，第四电容C4的第二端接地。
第二三极管Q2的发射极连接第三二极管D3的阳极，第三二极管D3的阴极接地，第二三极管Q2的基极通过第九电阻R9连接第一二极管D1的阳极，第八电阻R8的第一端连接VCC，第八电阻R8的第二端连接第一二极管D1的阳极，第一二极管D1的第一阴极连接主处理单元150(POWER_CTL)，第一二极管D1的第二阴极(TEMP_CTL)连接功能安全保护模块130。
如图2所示，电流控制模块1203包括：第五电容C5、第十电阻R10、第十一电阻R11、第二运算放大器U2以及第六电容C6。
第二运算放大器U2的正输入端连接主处理单元150的PID控制输出端(DAC_DIM)，第二运算放大器U2的负输入端与其输出端短接，第六电容C6的第一端与第二运算放大器U2正输入端连接，第六电容C6的第二端接地。
第二运算放大器U2的输出端连接第十电阻R10的第二端，第十电阻R10的第一端连接恒流驱动芯片U1的控制引脚(EN/DIM)，第十一电阻R11的第一端与第十电阻R10的第一端连接的，第十一电阻R11的第二端接地，第五电容C5与第十一电阻R11并联。
如图3所示，温度处理模块140包括：第六电容C6、第十二电阻R12、第三运算放大器U3、第十三电阻R13、第七电容C7以及第十四电阻R14。
第六电容C6的第一端和第十二电阻R12的第一端连接并连接至第三运算放大器U3的正输入端，第六电容C6的第二端接地，第十二电阻R12的第二端接地，第三运算放大器U3的正输入端还连接至温度采集装置，第三运算放大器U3的负输入端与其输出端连接，第三运算放大器U3的输出端连接第十三电阻R13的第一端，第十三电阻R13的第二端通过第十四电阻R14连接主处理单元150(TEMP_ADC)，第七电容C7的第一端连接第十三电阻R13的第二端，第七电容C7的第二端接地，第十三电阻R13的第二端还连接至功能安全保护模块130。
一些实施例中，功能安全保护模块130包括：比较电路1301和锁定电路1302。
比较电路1301的输入端与温度处理电路连接，比较电路1301的输出端与锁定电路1302的输入端连接，锁定电路1302的输出端与电源控制模块1202连接。
如图3所示，比较电路1301包括：第十五电阻R15、第十六电阻R16和第四比较器U4。
第十五电阻R15的第一端连接VCC，第十五电阻R15的第二端连接第十六电阻R16的第一端，第十六电阻R16的第二端接地，第十五电阻R15的第二端还连接至第四比较器U4的负输入端，第四比较器U4的正输入端连接第十三电阻R13的第二端，第四比较器U4的输出端连接锁定电路1302的输入端。
如图3所示，锁定电路1302包括：第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第三MOS管Q3、第二十电阻R20、第八电容C8、第二十一电阻R21以及第四MOS管Q4。
第十七电阻R17的第一端连接VCC，第十七电阻R17的第二端连接第十八电阻R18的第一端，第十八电阻R18的第一端还连接第四比较器U4的输出端，第十八电阻R18的第二端连接第四MOS管Q4的栅极；第十九电阻R19的第一端连接VCC，第十九电阻R19的第二端连接第三MOS管Q3的源极，第三MOS管Q3的漏极连接第二十电阻R20的第一端，第二十电阻R20的第二端连接第四MOS管Q4的栅极和第八电容C8的第一端，第八电阻R8的第二端接地；第三MOS管Q3的栅极连接第四MOS管Q4的漏极，第四MOS管Q4的源极接地，第二十一电阻R21的第一端连接VCC，第二十一电阻R21的第二端连接第四MOS管Q4的漏极，第四MOS管Q4的漏极还连接至第一二极管D1的第二阴极。
参考图5，为本发明提供的鞭式输液加温方法一可选实施例的流程示意图。该鞭式输液加温方法可应用于本发明实施例公开的鞭式输液加温系统。
具体的，如图5所示，该鞭式输液加温方法包括以下步骤：
步骤S501、主处理单元150获取目标温度，并根据目标温度设定PID调节参数。
可选的，目标温度可以通过用户在显示模块160上输入，由显示模块160传送给主处理单元150。
其中，PID调节参数包括：Kp为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数。
步骤S502、温度采集装置实时监测输入加温模块的温度并输出温度采集信号。
步骤S503、温度处理模块140对温度采集信号进行处理并输出温度反馈信号至主处理单元150。
步骤S504、主处理单元150根据PID调节参数和温度反馈信号，利用PID控制方法确定PID控制信号，并通过PID控制信号对加热驱动监测模块120进行PID反馈调节控制，以动态调节控制加热驱动监测模块120输出的加热驱动信号、使输液加温模块110动态恒定。
可选的，本发明实施例中，PID控制方法包括：位置型PID方法或者增量型PID方法。
一些实施例中，位置型PID方法可通过以下式子确定PID控制信号：
其中，D(t)为当前采样时刻输出的控制变量；e(t)为目标温度与测量温度值的偏差；Kp为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数；t为从开始进行调节到输出当前控制量所经过的时间间隔；D0为PID控制信号的初始分量值。
具体的，对(1)式进行一阶后向差分离散化，可得到：
D(n)＝DP(n)+DI(n)+DD(n)+D0 (2)。
其中，比例项调节部分：DP(n)＝Kpe(n)；积分项调节部分：
微分项调节部分：
其中，e(n)为当前采样时刻目标值与测量值的偏差；T为PID控制采样周期，也就是获取e(n)和e(n-1)的时间间隔。
其中，比例调节部分：比例作用大，可以加快调节。
积分调节部分：可以消除稳态误差，将目标值与测量反馈值的偏差不断进行积累，使控制器的输出控制信号不断增强，直到偏差为0，从而消除系统的稳态误差。积分作用的强弱取决与积分时间常数TI，当TI增大时，积分作用减弱，消除偏差所需的时间较长，但可以减小超调，提高动态响应的平稳性。当TI减小时，积分作用加强，消除偏差所需的时间也较短，由于积分环节输出的控制信号总是滞后于偏差的变化，因此可以减小超调，提高动态响应的平稳性。
微分调节部分：可以根据偏差的变化趋势输出控制量，并能在偏差值发生较大变化之前输出超前校正信号。微分环节可以使系统的超调量下降，同时改善系统的动态调节速度。当微分时间常数TD过大时，会使响应过程提前制动，从而延长调节时间并出现余差。此外过强的微分作用还会使系统对高频噪声干扰过于敏感，削弱系统的抗干扰能力。此外，微分反应的是变化率，而当输入没有变化时，微分作用输出为零。微分作用一般与另外两种调节项相结合，组成PD或PID控制器。
其中，采用位置型PID方法动态控制温度的曲线示意图如图6所示。
设加热装置的目标温度为40℃(设置范围可以为：0～42℃)，根据设置的目标温度，通过实验调试，取比例系数Kp＝84.5，采样周期为T＝1秒，积分时间TI＝41秒，微分时间TD＝12.3秒，初始值D0＝0，则从25℃调节到42℃需要的时间约84秒，也就是说需要84个调节周期，加温系统达到稳定可接受状态。
进一步地，该鞭式输液加温方法还包括：在鞭式输液加温系统启动后，进行自检；根据自检结果判断是否可进入加温控制模式；若是，进入加温控制模式；若否，输出报警信号。
具体的，系统上电后即进入系统初始化，并在初始化完成后进入故障异常自检模式进行自检，若系统有故障异常，则给出故障异常报警信号，若没有故障异常，则进入设定目标温度步骤，并在设置完成后进入加温控制模式，其中，加温控制模式即为主处理单元150根据目标温度、温度反馈信号，并采用PID控制方法进行恒温控制。
本发明实施例的鞭式输液加温系统，可实现输液加温或者保温的效果，能实现输液温度的可控性和安全性。该鞭式输液加温方法，通过控制驱动电源的电流，通过控制电流的大小，来控制加热装置的加热效率，进一步使加热装置达到温度保持的效果；通过温度传感器监测实时温度，采用PID控制算法，实现驱动电流的动态调节，使加温鞭的温度动态调节，并维持相对稳定平衡，以达到输液加温目的。
进一步地，本发明实施可采用PID控制算法调温，不限于P控制、PI控制、PID控制控制算法，该调温的控制方法有效、可靠。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
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。
以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。
Claims (16)
1.一种鞭式输液加温系统，其特征在于，包括：输液加温模块、加热驱动监测模块、主处理单元以及温度处理模块；所述输液加温模块包括：加热装置和温度采集装置；
所述加热驱动监测模块的输出端与所述加热装置连接、所述加热驱动监测模块的输入端与所述主处理单元连接、所述加热驱动监测模块的监测反馈端与所述主处理单元连接，所述温度处理模块的输入端与所述温度采集装置连接，所述温度处理模块的输出端与所述主处理单元连接；
所述加热装置用于根据所述加热驱动监测模块输出的加热驱动信号加热药液；
所述温度采集装置用于对所述输液加温模块的温度进行采集并输出温度采集信号；
所述温度处理模块用于对所述温度采集信号进行处理并输出温度反馈信号至所述主处理单元；
所述主处理单元用于根据所述温度反馈信号采用PID控制方法对所述加热驱动监测模块进行PID反馈调节控制，以动态调节控制加热驱动监测模块输出的加热驱动信号、使输液加温模块动态恒定。
2.根据权利要求1所述的鞭式输液加温系统，其特征在于，还包括：功能安全保护模块；
所述功能安全保护模块分别与所述温度处理模块和所述加热驱动监测模块连接；
所述功能安全保护模块用于接收所述温度反馈信号，并根据所述温度反馈信号判断所述输液加温模块的实时温度是否大于阈值，若是，输出切断信号至所述加热驱动监测模块，以控制所述加热驱动监测模块关断并锁定。
3.根据权利要求2所述的鞭式输液加温系统，其特征在于，所述加热驱动监测模块包括：恒流驱动模块、电源控制模块以及电流控制模块；
所述电源控制模块分别与所述主处理单元、所述功能安全保护模块和所述恒流驱动模块连接，用于根据所述主处理单元输出的电源控制信号或者所述功能安全保护模块输出的切断信号切断所述恒流驱动模块的电源；
所述电流控制模块分别与所述主处理单元和所述恒流驱动模块连接，用于根据所述主处理单元输出的PID控制信号输出电流调节信号至所述恒流驱动模块；
所述恒流驱动模块与所述加热装置连接，用于根据所述电流调节信号输出恒流信号至所述加热装置、以及对所述加热装置的实时电流进行监测并根据电流监测信号和所述电流调节信号动态调节所述恒流信号。
4.根据权利要求3所述的鞭式输液加温系统，其特征在于，所述恒流驱动模块包括：恒流驱动芯片、第一电阻、第一电容、第一电感、第二电容、第二电阻、保险管、和三电阻、第四电阻、第三电容和第五电阻；
所述恒流驱动芯片的自举升压引脚依次通过所述第一电阻和所述第一电容连接所述恒流驱动芯片的开关输出引脚，所述恒流驱动芯片的开关输出引脚依次通过所述第一电感和所述保险管连接所述加热装置的输入端，所述第二电容的第一端连接在所述保险管与所述第一电感之间，所述第二电容的第二端接地，所述第二电阻的第一端连接在所述保险管与所述第一电感之间，所述第二电阻的第二端连接所述第三电阻的第一端并连接至所述恒流驱动芯片的过压保护引脚，所述第三电阻的第二端接地；
所述第四电阻的第一端连接所述加热装置的输出端和所述恒流驱动芯片的反馈端，所述第四电阻的第二端地，所述第三电容与所述第四电阻并联；所述第五电阻的第一端接地，所述第五电阻的第二端连接所述恒流驱动芯片的对地参考端；所述恒流驱动芯片的电源端连接所述电源控制模块的输出端，所述恒流驱动芯片的控制引脚连接所述电流控制模块的输出端。
5.根据权利要求4所述的鞭式输液加温系统，其特征在于，所述电源控制模块包括：第一MOS管、第四电容、第六电阻、第七电阻、第二三极管、第八电阻、第九电阻、第三二极管以及第一二极管；
所述第一MOS管的漏极连接所述恒流驱动芯片的电源端，所述第一MOS管的源极连接电源，所述第一MOS管的栅极通过所述第七电阻连接所述第二三极管的集电极，所述第六电阻的连接在所述第一MOS管的源极和栅极之间，所述第四电容的第一端连接所述第一MOS管的漏极，所述第四电容的第二端接地；
所述第二三极管的发射极连接所述第三二极管的阳极，所述第三二极管的阴极接地，所述第二三极管的基极通过所述第九电阻连接所述第一二极管的阳极，所述第八电阻的第一端连接VCC，所述第八电阻的第二端连接所述第一二极管的阳极，所述第一二极管的第一阴极连接所述主处理单元，所述第一二极管的第二阴极连接所述功能安全保护模块。
6.根据权利要求5所述的鞭式输液加温系统，其特征在于，所述电流控制模块包括：第五电容、第十电阻、第十一电阻、第二运算放大器以及第六电容；
所述第二运算放大器的正输入端连接所述主处理单元的PID控制输出端，所述第二运算放大器的负输入端与其输出端短接，所述第六电容的第一端与所述第二运算放大器正输入端连接，所述第六电容的第二端接地；
所述第二运算放大器的输出端连接所述第十电阻的第二端，所述第十电阻的第一端连接所述恒流驱动芯片的控制引脚，所述第十一电阻的第一端与所述第十电阻的第一端连接的，所述第十一电阻的第二端接地，所述第五电容与所述第十一电阻并联。
7.根据权利要求6所述的鞭式输液加温系统，其特征在于，所述温度处理模块包括：第六电容、第十二电阻、第三运算放大器、第十三电阻、第七电容以及第十四电阻；
所述第六电容的第一端和所述第十二电阻的第一端连接并连接至所述第三运算放大器的正输入端，所述第六电容的第二端接地，所述第十二电阻的第二端接地，所述第三运算放大器的正输入端还连接至所述温度采集装置，所述第三运算放大器的负输入端与其输出端连接，所述第三运算放大器的输出端连接所述第十三电阻的第一端，所述第十三电阻的第二端通过所述第十四电阻连接所述主处理单元，所述第七电容的第一端连接所述第十三电阻的第二端，所述第七电容的第二端接地，所述第十三电阻的第二端还连接至所述功能安全保护模块。
8.根据权利要求7所述的鞭式输液加温系统，其特征在于，所述功能安全保护模块包括：比较电路和锁定电路；
所述比较电路的输入端与所述温度处理电路连接，所述比较电路的输出端与所述锁定电路的输入端连接，所述锁定电路的输出端与所述电源控制模块连接。
9.根据权利要求8所述的鞭式输液加温系统，其特征在于，所述比较电路包括：第十五电阻、第十六电阻和第四比较器；
所述第十五电阻的第一端连接VCC，所述第十五电阻的第二端连接所述第十六电阻的第一端，所述第十六电阻的第二端接地，所述第十五电阻的第二端还连接至所述第四比较器的负输入端，所述第四比较器的正输入端连接所述第十三电阻的第二端，所述第四比较器的输出端连接所述锁定电路的输入端。
10.根据权利要求9所述的鞭式输液加温系统，其特征在于，所述锁定电路包括：第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第三MOS管、第二十电阻、第八电容、第二十一电阻以及第四MOS管；
所述第十七电阻的第一端连接VCC，所述第十七电阻的第二端连接所述第十八电阻的第一端，所述第十八电阻的第一端还连接所述第四比较器的输出端，所述第十八电阻的第二端连接所述第四MOS管的栅极；
所述第十九电阻的第一端连接VCC，所述第十九电阻的第二端连接所述第三MOS管的源极，所述第三MOS管的漏极连接所述第二十电阻的第一端，所述第二十电阻的第二端连接所述第四MOS管的栅极和所述第八电容的第一端，所述第八电阻的第二端接地；
所述第三MOS管的栅极连接所述第四MOS管的漏极，所述第四MOS管的源极接地，所述第二十一电阻的第一端连接VCC，所述第二十一电阻的第二端连接所述第四MOS管的漏极，所述第四MOS管的漏极还连接至所述第一二极管的第二阴极。
11.根据权利要求1-10任一项所述的鞭式输液加温系统，其特征在于，还包括：显示模块和语音提示模块；
所述显示模块与所述主处理单元连接，用于显示所述输液加温模块的当前温度、设定温度、以及报警信息中的任意一种或者多种；
所述语音提示模块与所述主处理单元连接，用于所述输液加温模块的当前温度、设定温度、以及报警信息中的任意一种或者多种进行语音提示。
12.根据权利要求11所述的鞭式输液加温系统，其特征在于，还包括：储存模块和通信模块；
所述储存模块与所述主处理单元连接，用于存储信息和/或数据；
所述通信模块与所述主处理单元连接，用于供所述鞭式输液加温系统与监控终端进行通信。
13.一种鞭式输液加温方法，应用于权利要求1-12任一项所述的鞭式输液加温系统，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
主处理单元获取目标温度，并根据所述目标温度设定PID调节参数；
温度采集装置实时监测输入加温模块的温度并输出温度采集信号；
温度处理模块对所述温度采集信号进行处理并输出温度反馈信号至所述主处理单元；
所述主处理单元根据所述PID调节参数和所述温度反馈信号，利用PID控制方法确定PID控制信号，并通过所述PID控制信号对加热驱动监测模块进行PID反馈调节控制，以动态调节控制加热驱动监测模块输出的加热驱动信号、使输液加温模块动态恒定。
14.根据权利要求13所述的鞭式输液加温方法，其特征在于，所述PID控制方法包括：位置型PID方法或者增量型PID方法。
15.根据权利要求14所述的鞭式输液加温方法，其特征在于，所述位置型PID方法可通过以下式子确定所述PID控制信号：
其中，D(t)为当前采样时刻输出的控制变量；e(t)为目标温度与测量温度值的偏差；Kp为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数；t为从开始进行调节到输出当前控制量所经过的时间间隔；D0为PID控制信号的初始分量值。
16.根据权利要求13-15任一项所述的鞭式输液加温方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述鞭式输液加温系统启动后，进行自检；
根据自检结果判断是否可进入加温控制模式；
若是，进入加温控制模式；
若否，输出报警信号。
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