CN114082058A - 一种用于呼吸机的功能安全控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于呼吸机和呼吸机的功能安全技术领域，具体地说，涉及一种用于呼吸机的功能安全控制装置，该装置包括：主控芯片、功能安全芯片、混氧阀电源开关、呼气阀电源开关、涡轮电源开关和显示终端；所述主控芯片，用于周期性采集不同的参数，并将其输入至功能安全芯片；所述主控芯片，还用于根据接收的判断结果，向显示终端发送对应级别的报警提示；所述功能安全芯片，用于周期性采集与主控芯片发送的各个参数相对应的参数，分别对应地判断是否超出对应的预设阈值，以及对应地判断是否超出对应的参数上限值；并将判断结果发送至主控芯片；所述显示终端，用于显示主控芯片发送的对应级别的报警提示。

Description

一种用于呼吸机的功能安全控制装置及控制方法

技术领域

本发明属于呼吸机和呼吸机的功能安全技术领域，具体地说，涉及一种用于呼吸机的功能安全控制装置及控制方法。

背景技术

呼吸机是医院抢救病人的关键设备，在现有的呼吸重症加强护理病房中，往往是通过呼吸机监控系统对多台分散的呼吸机进行集中管理，以便有效提高呼吸机监护水平，以及便于医护人员及时对病人采取救治措施。特别是，针对需要长期使用呼吸机的慢性呼吸性疾病的病人，通常采取居家照护呼吸治疗，此时便需要配套进行呼吸机的远程监护，以便病人在医护人员的远程指导下更好地完成慢性呼吸疾病的治疗。

呼吸机的功能安全是指当呼吸机出现故障时，呼吸机能够及时地做出反应，避免过高的气道压力、潮气量以及氧浓度，对使用者造成伤害。传统的呼吸机的功能安全仅仅是在气道压力过高时，切断整个呼吸机的电源，使得呼吸机停止工作，这种方式虽然避免了气道压力过高对使用者造成的伤害，但是，容易造成使用者窒息，并且对于潮气量过高和氧浓度过高无法做出及时反应。

发明内容

为解决现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种用于呼吸机的功能安全控制装置，该装置包括：主控芯片、功能安全芯片、混氧阀电源开关、呼气阀电源开关、涡轮电源开关和显示终端；

主控芯片与功能安全芯片通信连接，功能安全芯片分别与混氧阀电源开关、呼气阀电源开关和涡轮电源开关通信连接；

所述主控芯片，用于周期性采集不同的参数，并将其输入至功能安全芯片；

所述主控芯片，还用于根据接收的判断结果，向显示终端发送对应级别的报警提示；

所述功能安全芯片，用于周期性采集与主控芯片发送的各个参数相对应的参数，分别对应地判断是否超出对应的预设阈值，以及对应地判断是否超出对应的参数上限值；并将判断结果发送至主控芯片；

所述显示终端，用于显示主控芯片发送的对应级别的报警提示。

作为上述技术方案的改进之一，所述主控芯片包括：压力传感器、流量传感器、氧浓度传感器和判断结果发送模块；

所述压力传感器，用于周期性采集从呼吸机涡轮出口输出的第一实际气道压力，并对应地将其输入至功能安全芯片；

所述流量传感器，用于周期性采从集呼吸机涡轮出口输出的第一实际气体流量值，并对应地将其输入至功能安全芯片；

所述氧浓度传感器，用于周期性采集从涡轮出口输出的第一实际氧浓度，并对应地将其输入至功能安全芯片；

所述判断结果发送模块，用于根据接收的判断结果，向显示终端发送对应级别的报警提示。

作为上述技术方案的改进之一，功能安全芯片包括：压力采集与接收模块，气道压力判断模块，压力上限判断模块，流量采集与接收模块，潮气量判断模块，潮气量上限判断模块，氧浓度采集与接收模块、氧浓度判断模块和氧浓度上限判断模块；

所述压力采集与接收模块，用于接收第一实际呼气末气道压力和采集从呼吸机涡轮出口输出的第二实际呼气末气道压力，并将其发送至气道压力判断模块；以及将压力上限值和第二实际呼气末气道压力发送至压力上限判断模块；

所述气道压力判断模块，用于对接收的第一实际呼气末气道压力和第二实际呼气末气道压力进行作差，得到二者的呼气末压力差值，判断该呼气末压力差值是否超出预设的压力阈值；

如果该呼气末压力差值大于预设的压力阈值，则发送压力传感器故障的低级报警提示的指令至主控芯片；

如果该呼气末压力差值小于或等于预设的压力阈值，则不进行任何操作；

所述压力上限判断模块，用于判断接收的第二实际气道压力是否大于压力上限值；

如果第二实际气道压力大于压力上限值，则功能安全芯片断开呼气阀电源开关，压力采集与接收模块再次采集第三实际气道压力值，并判断该第三实际气道压力值是否仍然大于压力上限值；

若该第三实际气道压力值仍然大于压力上限值，则功能安全芯片断开涡轮电源开关，并发送压力传感器故障的高级报警提示的指令至主控芯片；

若该第三实际气道压力值小于或等于压力上限值，则功能安全芯片不进行任何操作；

如果第二实际气道压力小于或等于压力上限值，则功能安全芯片不进行任何操作；

所述流量采集与接收模块，用于将接收的第一实际气体流量值和第二实际气体流量值发送至潮气量判断模块；以及根据周期性采集的第二实际气体流量值，计算第二实际潮气量，将第二实际潮气量与接收的潮气量上限值发送至潮气量上限判断模块；

所述潮气量判断模块，用于分别判断第一实际气体流量值是否在预设的正常范围内，和第二实际气体流量值是否在预设的正常范围内；

如果第一实际气体流量值在预设的正常范围内，且第二实际气体流量值不在预设的正常范围内，则功能安全芯片不对三个电源开关进行任何操作，并将混氧阀故障的低级报警提示的指令至主控芯片；

如果第一实际气体流量值不在预设的正常范围内，且第二实际气体流量值在预设的正常范围内，则功能安全芯片断开涡轮电源开关，并将潮气量高的低级报警信息提示的指令至主控芯片；

如果第一实际气体流量值不在预设的正常范围内，且第二实际气体流量值不在预设的正常范围内，则功能安全芯片断开涡轮电源开关，并将潮气量高的低级报警信息提示的指令至主控芯片；

所述潮气量上限判断模块，用于判断第二实际潮气量是否大于潮气量上限值；

如果第二实际潮气量大于潮气量上限值，且持续0.2-0.3s，则功能安全芯片断开呼气阀电源开关，潮气量采集与接收模块再次采集第三实际气体流量值，计算第三实际潮气量，并再次判断第三实际潮气量是否仍然大于潮气量上限值；

若第二实际潮气量仍然大于潮气量上限值，则功能安全芯片断开涡轮电源开关，并发送涡轮故障的高级报警提示的指令至主控芯片；

若第二实际潮气量小于或等于潮气量上限值，则功能安全芯片不对三个电源开关进行任何操作；

如果第三实际潮气量小于或等于潮气量上限值，则功能安全芯片不对三个电源开关进行任何操作；

所述氧浓度采集与接收模块，用于根据通过总流量传感器和氧气流量传感器实时采集的空气流量和氧气流量，计算出第二实际氧浓度，并将第二实际氧浓度和接收的第一实际氧浓度发送至氧浓度判断模块；

所述氧浓度判断模块，用于对接收的第一实际氧浓度和第二实际氧浓度进行作差，得到二者的氧浓度差值，判断该氧浓度差值是否超出预设的氧浓度阈值；

如果该氧浓度差值大于预设的氧浓度阈值，则发送混氧阀故障的低级报警提示的指令至主控芯片；

如果该氧浓度差值小于或等于预设的氧浓度阈值，则功能安全芯片不进行任何操作；

所述氧浓度上限判断模块，用于判断接收的第二实际氧浓度是否大于氧浓度上限值；

如果该第二实际氧浓度大于压力上限值的10％，则功能安全芯片断开呼气阀的电源开关，并利用氧浓度采集与接收模块再次采集第三实际氧浓度，再次判断该第三实际氧浓度是否仍然大于氧浓度上限值；

若该第三实际氧浓度仍然大于氧浓度上限值的10％，则功能安全芯片断开涡轮电源开关，并发送氧浓度传感器故障的高级报警提示的指令至主控芯片；

若该第三实际氧浓度小于或等于氧浓度上限值的10％，则功能安全芯片不对三个电源开关进行任何操作；

如果该第二实际氧浓度小于或等于压力上限值的10％，则功能安全芯片不对三个电源开关进行任何操作。

本发明还提供了一种用于呼吸机的功能安全控制方法，该方法包括：

主控芯片周期性采集不同的参数，并将其输入至功能安全芯片；

功能安全芯片周期性采集与主控芯片发送的各个参数相对应的参数，分别对应地判断是否超出对应的预设阈值，以及对应地判断是否超出对应的参数上限值；并将判断结果发送至主控芯片；

主控芯片根据接收的判断结果，向显示终端发送对应级别的报警提示；

显示终端显示主控芯片发送的对应级别的报警提示。

作为上述技术方案的改进之一，所述主控芯片周期性采集不同的参数和对应的参数上限值，并将其输入至功能安全芯片；其具体过程为：

压力传感器周期性采集从呼吸机涡轮出口输出的第一实际气道压力，并对应地将其输入至功能安全芯片；

流量传感器周期性采从集呼吸机涡轮出口输出的第一实际气流速值，并对应地将其输入至功能安全芯片；

氧浓度传感器周期性采集从涡轮出口输出的第一实际氧浓度，并对应地将其输入至功能安全芯片；

判断结果发送模块根据接收的判断结果，向显示终端发送对应级别的报警提示。

作为上述技术方案的改进之一，所述功能安全芯片周期性采集与主控芯片发送的各个参数相对应的参数，分别对应地判断是否超出对应的预设阈值，以及对应地判断是否超出对应的参数上限值；并将判断结果发送至主控芯片；其具体过程为：

压力采集与接收模块接收第一实际呼气末气道压力和采集从呼吸机涡轮出口输出的第二实际呼气末气道压力，并将其发送至气道压力判断模块；以及将压力上限值和第二实际呼气末气道压力发送至压力上限判断模块；

气道压力判断模块对接收的第一实际呼气末气道压力和第二实际呼气末气道压力进行作差，得到二者的呼气末压力差值，判断该呼气末压力差值是否超出预设的压力阈值；

如果该呼气末压力差值大于预设的压力阈值，则发送压力传感器故障的低级报警提示的指令至主控芯片；

如果该呼气末压力差值小于或等于预设的压力阈值，则不进行任何操作；

所述压力上限判断模块，用于判断接收的第二实际气道压力是否大于压力上限值；

如果第二实际气道压力大于压力上限值，则功能安全芯片断开呼气阀电源开关，压力采集与接收模块再次采集第三实际气道压力值，并判断该第三实际气道压力值是否仍然大于压力上限值；

若该第三实际气道压力值仍然大于压力上限值，则功能安全芯片断开涡轮电源开关，并发送压力传感器故障的高级报警提示的指令至主控芯片；

若该第三实际气道压力值小于或等于压力上限值，则功能安全芯片不进行任何操作；

如果第二实际气道压力小于或等于压力上限值，则功能安全芯片不进行任何操作；

流量采集与接收模块将接收的第一实际气体流量值和第二实际气体流量值发送至潮气量判断模块；以及根据周期性采集的第二实际气体流量值，计算第二实际潮气量，将第二实际潮气量与接收的潮气量上限值发送至潮气量上限判断模块；

潮气量判断模块分别判断第一实际气体流量值是否在预设的正常范围内，和第二实际气体流量值是否在预设的正常范围内；

如果第一实际气体流量值在预设的正常范围内，且第二实际气体流量值不在预设的正常范围内，则功能安全芯片不对三个电源开关进行任何操作，并将混氧阀故障的低级报警提示的指令至主控芯片；

如果第一实际气体流量值不在预设的正常范围内，且第二实际气体流量值在预设的正常范围内，则功能安全芯片断开涡轮电源开关，并将潮气量高的低级报警信息提示的指令至主控芯片；

如果第一实际气体流量值不在预设的正常范围内，且第二实际气体流量值不在预设的正常范围内，则功能安全芯片断开涡轮电源开关，并将潮气量高的低级报警信息提示的指令至主控芯片；

潮气量上限判断模块判断第二实际潮气量是否大于潮气量上限值；

如果第二实际潮气量大于潮气量上限值，且持续0.2-0.3s，则功能安全芯片断开呼气阀电源开关，潮气量采集与接收模块再次采集第三实际气体流量值，计算第三实际潮气量，并再次判断第三实际潮气量是否仍然大于潮气量上限值；

若第二实际潮气量仍然大于潮气量上限值，则功能安全芯片断开涡轮电源开关，并发送涡轮故障的高级报警提示的指令至主控芯片；

若第二实际潮气量小于或等于潮气量上限值，则功能安全芯片不对三个电源开关进行任何操作；

如果第三实际潮气量小于或等于潮气量上限值，则功能安全芯片不对三个电源开关进行任何操作；

氧浓度采集与接收模块根据通过总流量传感器和氧气流量传感器实时采集的空气流量和氧气流量，计算出第二实际氧浓度，并将第二实际氧浓度和接收的第一实际氧浓度发送至氧浓度判断模块；

氧浓度判断模块对接收的第一实际氧浓度和第二实际氧浓度进行作差，得到二者的氧浓度差值，判断该氧浓度差值是否超出预设的氧浓度阈值；

如果该氧浓度差值大于预设的氧浓度阈值，则发送混氧阀故障的低级报警提示的指令至主控芯片；

如果该氧浓度差值小于或等于预设的氧浓度阈值，则功能安全芯片不进行任何操作；

氧浓度上限判断模块判断接收的第二实际氧浓度是否大于氧浓度上限值；

如果该第二实际氧浓度大于压力上限值的10％，则功能安全芯片断开呼气阀的电源开关，并利用氧浓度采集与接收模块再次采集第三实际氧浓度，再次判断该第三实际氧浓度是否仍然大于氧浓度上限值；

若该第三实际氧浓度仍然大于氧浓度上限值的10％，则功能安全芯片断开涡轮电源开关，并发送氧浓度传感器故障的高级报警提示的指令至主控芯片；

若该第三实际氧浓度小于或等于氧浓度上限值的10％，则功能安全芯片不对三个电源开关进行任何操作；

如果该第二实际氧浓度小于或等于压力上限值的10％，则功能安全芯片不对三个电源开关进行任何操作。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

当出现故障时，采用本发明的方法通过主控芯片和功能安全芯片，对呼吸机输出的气道压力、潮气量以及氧浓度分别进行周期性比较判断，根据判断结果，对呼吸机中的呼气阀、混氧阀以及涡轮进行控制，能够在呼吸机出现故障时，能够正常的工作一段时间，使得工作人员能够更换呼吸机，从而减小呼吸机故障和直接关机给病人造成的伤害。

附图说明

图1是本发明的一种用于呼吸机的功能安全控制方法的电源自检的流程图；

图2是本发明的一种用于呼吸机的功能安全控制方法的气道压力安全控制的流程图；

图3是本发明的一种用于呼吸机的功能安全控制方法的潮气量安全控制的流程图；

图4是本发明的一种用于呼吸机的功能安全控制方法的氧浓度安全控制的流程图；

图5是本发明的一种用于呼吸机的功能安全控制方法的流程图。

具体实施方式

现结合附图和实例对本发明作进一步的描述。

本发明提供了一种用于呼吸机的功能安全控制装置，该装置包括：主控芯片、功能安全芯片、混氧阀电源开关、呼气阀电源开关、涡轮电源开关和显示终端；

主控芯片与功能安全芯片通信连接，功能安全芯片分别与混氧阀电源开关、呼气阀电源开关和涡轮电源开关通信连接；

所述主控芯片，用于周期性采集不同的参数，并且设置对应的参数上限值，并将其输入至功能安全芯片；

所述主控芯片，还用于根据接收的判断结果，向显示终端发送对应级别的报警提示；

具体地，所述主控芯片包括：压力传感器、流量传感器、氧浓度传感器和判断结果发送模块；

所述压力传感器，用于周期性采集从呼吸机涡轮出口输出的第一实际气道压力，并对应地将其输入至功能安全芯片，同时设置压力上限值；

所述流量传感器，用于周期性采从集呼吸机涡轮出口输出的第一实际气流速值，并对应地将其输入至功能安全芯片；同时设置潮气量上限值；

所述氧浓度传感器，用于周期性采集从涡轮出口输出的第一实际氧浓度，并对应地将其输入至功能安全芯片；同时设置氧浓度上限值；

所述判断结果发送模块，用于根据接收的判断结果，向显示终端发送对应级别的报警提示。

所述功能安全芯片，用于周期性采集与主控芯片发送的各个参数相对应的参数，分别对应地判断是否超出对应的预设阈值，以及对应地判断是否超出对应的参数上限值；并将判断结果发送至主控芯片；

具体地，功能安全芯片包括：压力采集与接收模块，气道压力判断模块，压力上限判断模块，流量采集与接收模块，潮气量(吸气时间乘以流速)判断模块，潮气量上限判断模块，氧浓度采集与接收模块、氧浓度判断模块和氧浓度上限判断模块；

所述压力采集与接收模块，用于接收第一实际呼气末气道压力和采集从呼吸机涡轮出口输出的第二实际呼气末气道压力，并将其发送至气道压力判断模块；以及将压力上限值和第二实际呼气末气道压力发送至压力上限判断模块；

所述气道压力判断模块，用于对接收的第一实际呼气末气道压力和第二实际呼气末气道压力进行作差，得到二者的呼气末压力差值，判断该呼气末压力差值是否超出预设的压力阈值；

如果该呼气末压力差值大于预设的压力阈值0.5cmH2O，则发送压力传感器故障的低级报警提示的指令至主控芯片；主控芯片发送压力传感器故障的低级报警提示至显示终端，显示终端显示压力传感器故障的低级报警提示；

如果该呼气末压力差值小于或等于预设的压力阈值0.5cmH2O，则不进行任何操作；

所述压力上限判断模块，用于判断接收的第二实际气道压力是否大于压力上限值；

如果第二实际气道压力大于压力上限值，则功能安全芯片断开呼气阀电源开关，压力采集与接收模块再次采集第三实际气道压力值，并判断该第三实际气道压力值是否仍然大于压力上限值；

若该第三实际气道压力值仍然大于压力上限值，则功能安全芯片断开涡轮电源开关，并发送压力传感器故障的高级报警提示的指令至主控芯片；主控芯片发送压力传感器故障的高级报警提示至显示终端，显示终端显示压力传感器故障的高级报警提示；

若该第三实际气道压力值小于或等于压力上限值，则功能安全芯片不进行任何操作；

如果第二实际气道压力小于或等于压力上限值，则功能安全芯片不进行任何操作；

所述流量采集与接收模块，用于将接收的第一实际气体流量值和第二实际气体流量值发送至潮气量判断模块；以及根据周期性采集的第二实际气体流量值，计算第二实际潮气量，将第二实际潮气量与接收的潮气量上限值发送至潮气量上限判断模块；其中，潮气量等于吸气时间乘以气流；该气流为接收的第一实际气体流量值、第二实际气体流量值和第三实际气体流量值中的一个；

所述潮气量判断模块，用于分别判断第一实际气体流量值是否在预设的正常范围内，第二实际气体流量值是否在预设的正常范围内；

如果第一实际气体流量值在预设的正常范围内，且第二实际气体流量值不在预设的正常范围内，则功能安全芯片不对三个电源开关进行任何操作，并将混氧阀故障的低级报警提示的指令至主控芯片；主控芯片发送混氧阀故障的低级报警提示至显示终端，显示终端显示混氧阀故障的低级报警提示；

如果第一实际气体流量值不在预设的正常范围内，且第二实际气体流量值在预设的正常范围内，则功能安全芯片断开涡轮电源开关，并将潮气量高的低级报警信息提示的指令发送至主控芯片，主控芯片发送潮气量高的低级报警信息提示至显示终端，显示终端显示潮气量高的低级报警信息提示；

如果第一实际气体流量值不在预设的正常范围内，且第二实际气体流量值不在预设的正常范围内，则功能安全芯片断开涡轮电源开关，并将潮气量高的高级报警信息提示的指令发送至主控芯片，主控芯片发送潮气量高的高级报警信息提示至显示终端，显示终端显示潮气量高的高级报警信息提示；

所述潮气量上限判断模块，用于判断第二实际潮气量是否大于潮气量上限值；

如果第二实际潮气量大于潮气量上限值，且持续0.2-0.3s，则功能安全芯片断开呼气阀电源开关，潮气量采集与接收模块再次采集第三实际气体流量值，计算第三实际潮气量，并再次判断第三实际潮气量是否仍然大于潮气量上限值；

若第二实际潮气量仍然大于潮气量上限值，则功能安全芯片断开涡轮电源开关，并发送涡轮故障的高级报警提示的指令至主控芯片；主控芯片发送涡轮故障的高级报警提示至显示终端，显示终端显示涡轮故障的高级报警提示；

若第二实际潮气量小于或等于潮气量上限值，则功能安全芯片不对三个电源开关进行任何操作；

如果第三实际潮气量小于或等于潮气量上限值，则功能安全芯片不对三个电源开关进行任何操作；

所述氧浓度采集与接收模块，用于根据通过总流量传感器和氧气流量传感器实时采集的空气流量和氧气流量，计算出第二实际氧浓度，并将第二实际氧浓度和接收的第一实际氧浓度发送至氧浓度判断模块；其中，氧气流量＝总流量*(氧气浓度(即氧浓度)-21％)/(1-21％)；

所述氧浓度判断模块，用于对接收的第一实际氧浓度和第二实际氧浓度进行作差，得到二者的氧浓度差值，判断该氧浓度差值是否超出预设的氧浓度阈值；

如果该氧浓度差值大于预设的氧浓度阈值，则发送混氧阀故障的低级报警提示的指令至主控芯片；主控芯片发送混氧阀故障的低级报警提示至显示终端，显示终端显示混氧阀故障的低级报警提示；

如果该氧浓度差值小于或等于预设的氧浓度阈值，则功能安全芯片不进行任何操作；

所述氧浓度上限判断模块，用于判断接收的第二实际氧浓度是否大于氧浓度上限值；如果该第二实际氧浓度大于压力上限值的10％，则功能安全芯片断开呼气阀电源开关，并利用氧浓度采集与接收模块再次采集第三实际氧浓度，再次判断该第三实际氧浓度是否仍然大于氧浓度上限值；

若该第三实际氧浓度仍然大于氧浓度上限值，则功能安全芯片断开涡轮电源开关，并发送氧浓度传感器故障的高级报警提示的指令至主控芯片；主控芯片发送氧浓度传感器故障的高级报警提示至显示终端，显示终端显示氧浓度传感器故障的高级报警提示；

若该第三实际氧浓度小于或等于氧浓度上限值，则功能安全芯片不对三个电源开关进行任何操作；

如果该第二实际氧浓度小于或等于压力上限值的10％，则功能安全芯片不对三个电源开关进行任何操作。

所述显示终端，用于显示主控芯片发送的对应级别的报警提示。

实施例1.

如图5所示，本发明提供了一种用于呼吸机的功能安全控制方法，该方法包括：

主控芯片周期性采集不同的参数，并且设置对应的参数上限值(包括压力上限值、潮气量上限值和氧浓度上限值)，并将其输入至功能安全芯片；

压力传感器周期性采集从呼吸机涡轮出口输出的第一实际气道压力，并对应地将其输入至功能安全芯片；

流量传感器周期性采从集呼吸机涡轮出口输出的第一实际气流速值，并对应地将其输入至功能安全芯片；

氧浓度传感器周期性采集从涡轮出口输出的第一实际氧浓度，并对应地将其输入至功能安全芯片；

判断结果发送模块根据接收的判断结果，向显示终端发送对应级别的报警提示。功能安全芯片周期性采集与主控芯片发送的各个参数相对应的参数，分别对应地判断是否超出对应的预设阈值，以及对应地判断是否超出对应的参数上限值；并将判断结果发送至主控芯片；

具体地，压力采集与接收模块接收第一实际呼气末气道压力和采集从呼吸机涡轮出口输出的第二实际呼气末气道压力，并将其发送至气道压力判断模块；以及将压力上限值和第二实际呼气末气道压力发送至压力上限判断模块；

气道压力判断模块对接收的第一实际呼气末气道压力和第二实际呼气末气道压力进行作差，得到二者的呼气末压力差值，判断该呼气末压力差值是否超出预设的压力阈值；

如果该呼气末压力差值大于预设的压力阈值，则发送压力传感器故障的低级报警提示的指令至主控芯片；

如果该呼气末压力差值小于或等于预设的压力阈值，则不进行任何操作；

所述压力上限判断模块，用于判断接收的第二实际气道压力是否大于压力上限值；

如果第二实际气道压力大于压力上限值，则功能安全芯片断开呼气阀电源开关，压力采集与接收模块再次采集第三实际气道压力值，并判断该第三实际气道压力值是否仍然大于压力上限值；

若该第三实际气道压力值仍然大于压力上限值，则功能安全芯片断开涡轮电源开关，并发送压力传感器故障的高级报警提示的指令至主控芯片；

若该第三实际气道压力值小于或等于压力上限值，则功能安全芯片不进行任何操作；

如果第二实际气道压力小于或等于压力上限值，则功能安全芯片不进行任何操作；

流量采集与接收模块将接收的第一实际气体流量值和第二实际气体流量值发送至潮气量判断模块；以及根据周期性采集的第二实际气体流量值，计算第二实际潮气量，将第二实际潮气量与接收的潮气量上限值发送至潮气量上限判断模块；

潮气量判断模块分别判断第一实际气体流量值是否在预设的正常范围内，和第二实际气体流量值是否在预设的正常范围内；

如果第一实际气体流量值在预设的正常范围内，且第二实际气体流量值不在预设的正常范围内，则功能安全芯片不对三个电源开关进行任何操作，并将混氧阀故障的低级报警提示的指令至主控芯片；

如果第一实际气体流量值不在预设的正常范围内，且第二实际气体流量值在预设的正常范围内，则功能安全芯片断开涡轮电源开关，并将潮气量高的低级报警信息提示的指令至主控芯片；

如果第一实际气体流量值不在预设的正常范围内，且第二实际气体流量值不在预设的正常范围内，则功能安全芯片断开涡轮电源开关，并将潮气量高的低级报警信息提示的指令至主控芯片；

潮气量上限判断模块判断第二实际潮气量是否大于潮气量上限值；

如果第二实际潮气量大于潮气量上限值，且持续0.2-0.3s，则功能安全芯片断开呼气阀电源开关，潮气量采集与接收模块再次采集第三实际气体流量值，计算第三实际潮气量，并再次判断第三实际潮气量是否仍然大于潮气量上限值；

若第二实际潮气量仍然大于潮气量上限值，则功能安全芯片断开涡轮电源开关，并发送涡轮故障的高级报警提示的指令至主控芯片；

若第二实际潮气量小于或等于潮气量上限值，则功能安全芯片不对三个电源开关进行任何操作；

如果第三实际潮气量小于或等于潮气量上限值，则功能安全芯片不对三个电源开关进行任何操作；

氧浓度采集与接收模块根据通过总流量传感器和氧气流量传感器实时采集的空气流量和氧气流量，计算出第二实际氧浓度，并将第二实际氧浓度和接收的第一实际氧浓度发送至氧浓度判断模块；

氧浓度判断模块对接收的第一实际氧浓度和第二实际氧浓度进行作差，得到二者的氧浓度差值，判断该氧浓度差值是否超出预设的氧浓度阈值；

如果该氧浓度差值大于预设的氧浓度阈值，则发送混氧阀故障的低级报警提示的指令至主控芯片；

如果该氧浓度差值小于或等于预设的氧浓度阈值，则功能安全芯片不进行任何操作；

氧浓度上限判断模块判断接收的第二实际氧浓度是否大于氧浓度上限值；

如果该第二实际氧浓度大于压力上限值的10％，则功能安全芯片断开呼气阀的电源开关，并利用氧浓度采集与接收模块再次采集第三实际氧浓度，再次判断该第三实际氧浓度是否仍然大于氧浓度上限值；

若该第三实际氧浓度仍然大于氧浓度上限值的10％，则功能安全芯片断开涡轮电源开关，并发送氧浓度传感器故障的高级报警提示的指令至主控芯片；

若该第三实际氧浓度小于或等于氧浓度上限值的10％，则功能安全芯片不对三个电源开关进行任何操作；

如果该第二实际氧浓度小于或等于压力上限值的10％，则功能安全芯片不对三个电源开关进行任何操作。

主控芯片根据接收的判断结果，向显示终端发送对应级别的报警提示；

显示终端显示主控芯片发送的对应级别的报警提示。

如图1所示，该方法还包括：使用主控芯片和功能安全芯片，对混氧阀的电源开关、呼气阀的电源开关以及涡轮的电源开关进行电源进行自检；具体过程如下：

主控芯片开机自检完成后，向功能安全芯片发送自检完成的标志；功能安全芯片收到主控芯片发送的自检完成标志后，关闭混氧阀电源开关、呼气阀电源开关以及涡轮电源开关，并且向功能安全芯片发送关闭电源标志；主控芯片收到功能安全芯片的关闭电源标志后，进行对混氧阀、呼气阀以及涡轮的反馈值进行监测，将监测完成的标志发送给功能安全芯片，并将监测结果发送给UI界面(即显示终端)；功能安全芯片收到主控芯片的电源关闭监测完成标志后，打开混氧阀电源开关、呼气阀电源开关以及涡轮电源开关，并且向功能安全芯片发送打开电源标志；主控芯片收到功能安全芯片发送的打开电源标志后，进行对混氧阀、呼气阀以及涡轮的反馈值进行监测，然后将监测完成标志发送给功能安全芯片，并将监测的结果发送给UI界面，并且退出开机自检；功能安全芯片收到监测完成的标志，对压力传感器、流量传感器进行监测，将监测的结果发送给主控芯片，然后退出开机自检；主控芯片收到功能安全芯片中的各个传感器的检测结果后，将检测结果发送给UI界面。

在本实施例中，所述主控芯片为MCU芯片，具体型号为STM32F407；功能安全芯片为MCU芯片，具体型号为STM32F103；在完成电源自检后，需要对气道压力、潮气量以及氧浓度进行监测，并且判断呼吸机的功能安全控制过程，具体操作如下：

A、呼吸机的气道压力安全

(1)呼吸机工作过程中

如图2所示，功能安全芯片检测呼吸机内的气道压力值，并且将检测的气道压力值与压力上限值110cmH2O进行比较；

如果功能安全芯片检测的气道压力值大于压力上限值110cmH2O，并且持续0.2-0.3s，则功能安全芯片断开呼气阀电源开关，然后功能安全芯片再次检测新的气道压力的值，将检测的新的气道压力的值与压力上限值110cmH2O进行比较；

若此时新的气道压力的值仍然大于该压力上限值10cmH2O，则功能安全芯片断开涡轮电源开关，并且主控芯片向UI界面(显示终端)发送压力传感器故障高级报警。

若此时新的气道压力的值小于或等于该压力上限值10cmH2O，则不进行任何操作；

如果功能安全芯片检测的气道压力值小于或等于压力上限值10cmH2O，则不进行任何操作；

其中，主控MCU芯片采集呼吸机内的气道压力值，将采集的气道压力值周期性发送给功能安全芯片；其中，以0.2s为周期，每0.2s发送一次，功能安全芯片收到主控芯片发送的气道压力后，与功能安全芯片自身采集的气道压力值进行比较：

如果主控芯片检测的压力传感器采集的气道压力值在正常的范围内，且功能安全芯片检测的压力传感器采集的气道压力值不在正常范围内，则功能安全芯片不动作，主控芯片进行低级报警提示；其中，气道压力值

其中，U为电压值；

如果功能安全芯片检测的压力传感器采集的气道压力值在正常范围内，主控芯片检测的压力传感器采集的气道压力值不在正常范围内，则功能安全芯片动作，功能安全芯片断开涡轮电源开关，发送压力传感器故障低级报警提示的指令至主控芯片；主控芯片发送压力传感器故障低级报警报警信息提示；

如果主控芯片检测的压力传感器采集的气道压力值和功能安全芯片检测的压力传感器采集的气道压力值都不在正常范围内，则功能安全芯片动作，功能安全芯片断开涡轮电源开关，发送压力传感器故障低级报警提示的指令至主控芯片；主控芯片进行报警信息提示。

(2)呼吸机的通气过程中

在呼吸机的通气过程中，主控芯片将呼气末正压发送给功能安全芯片，每个周期发送一次，即每0.2s发送一次；功能安全芯片将自身采集的呼气末正压与接收到的主控芯片的呼气末正压进行比较：

如果主控芯片检测的呼气末正压与功能安全芯片检测的呼气末正压的差值大于0.5cmH2O，则主控芯片向UI界面发送压力传感器故障的低级报警；

如果主控芯片检测的呼气末正压与功能安全芯片检测的呼气末正压的差值小于或等于0.5cmH2O，则功能安全芯片不对三个电源开关进行任何操作；

主控芯片将压力上限值发给功能安全芯片，功能安全芯片根据新采集的压力与接收的压力上限值进行比较：

如果功能安全芯片新采集的压力大于主控芯片发送的压力上限值，则功能安全芯片断开呼气阀的电源开关，然后功能安全芯片再次检测气道压力的值，比较气道压力的值与压力上限值；

若此时的气道压力的值仍然大于主控芯片发送的压力上限值，则功能安全芯片断开涡轮电源开关，并且主控芯片向UI界面发送高级报警提示；

若此时的气道压力的值仍然小于或等于主控芯片发送的压力上限值，则功能安全芯片不对三个电源开关进行任何操作。

B、潮气量安全

如图3所示，功能安全芯片检测气体流速的值，并且利用检测的气体流速的值计算潮气量的值，将得到的潮气量与潮气量上限值进行比较：

如果功能安全芯片检测的潮气量大于潮气量上限值10L/min，并且持续0.2-0.3s，则功能安全芯片断开呼气阀电源开关，然后功能安全芯片再次监测新的气体流速值，并计算新的潮气量，比较新的潮气量与潮气量上限值：

若此时新的潮气量的值仍然大于潮气量上限值，则功能安全芯片断开涡轮电源开关，并且主控芯片向UI界面发送高级报警；

若此时新的潮气量的值小于或等于潮气量上限值，则功能安全芯片不对三个电源开关进行任何操作。

主控MCU芯片再次采集气体流速值，将气体流速值发送给功能安全芯片，每0.2s发送一次，功能安全芯片收到主控芯片发送的气体流速值后，与功能安全芯片自身采集的气体流速值进行比较：

如果主控芯片的气体流速值在正常的范围内，且功能安全芯片检测的气体流速值不在正常范围内，则功能安全芯片不动作，主控芯片进行流量传感器故障的低级报警提示；

如果功能安全芯片的气体流速值在正常范围内，且主控芯片检测的气体流速值不在正常范围内，则功能安全芯片动作，功能安全芯片关闭呼气阀开关，发送流量传感器故障低级报警提示的指令至主控芯片，主控芯片进行报警信息提示；

如果主控芯片的气体流速值和功能安全芯片的气体流速值都不在正常范围内，则功能安全芯片动作，功能安全芯片关闭呼气阀开关，发送流量传感器故障低级报警提示的指令至主控芯片，主控芯片进行报警信息提示。

C、氧浓度安全

如图4所示，主控芯片使用氧浓度传感器检测氧浓度，并且将检测的氧浓度的值发送给功能安全芯片，功能安全芯片通过总流量传感器和氧气流量传感器的比例计算出的氧浓度，将计算的氧浓度的值与接收到的氧浓度进行比较：

如果两者的差值大于氧浓度阈值10，则主控芯片发送氧浓度传感器故障的低级报警；

如果两者的差值小于或等于氧浓度阈值10，则功能安全芯片不对三个电源开关进行任何操作；

如果功能安全芯片计算的氧浓度的值大于氧浓度上限值的10％，则功能安全芯片断开呼气阀电源开关，然后功能安全芯片再次检测新的氧浓度的值，比较新的氧浓度的值和氧浓度上限值的10％：

若此时新的氧浓度的值仍然大于氧浓度上限值的10％，则功能安全芯片断开涡轮电源开关，并且主控芯片向UI界面发送高级报警。其中，呼吸机在工作时，一般情况下不能关闭混氧阀，需要持续供氧。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种用于呼吸机的功能安全控制装置，其特征在于，该装置包括：主控芯片、功能安全芯片、混氧阀电源开关、呼气阀电源开关、涡轮电源开关和显示终端；

主控芯片与功能安全芯片通信连接，功能安全芯片分别与混氧阀电源开关、呼气阀电源开关和涡轮电源开关通信连接；

所述主控芯片，用于周期性采集不同的参数，并将其输入至功能安全芯片；

所述主控芯片，还用于根据接收的判断结果，向显示终端发送对应级别的报警提示；

所述功能安全芯片，用于周期性采集与主控芯片发送的各个参数相对应的参数，分别对应地判断是否超出对应的预设阈值，以及对应地判断是否超出对应的参数上限值；并将判断结果发送至主控芯片；

所述显示终端，用于显示主控芯片发送的对应级别的报警提示。

2.根据权利要求1所述的用于呼吸机的功能安全控制装置，其特征在于，所述主控芯片包括：压力传感器、流量传感器、氧浓度传感器和判断结果发送模块；

所述压力传感器，用于周期性采集从呼吸机涡轮出口输出的第一实际气道压力，并对应地将其输入至功能安全芯片；

所述流量传感器，用于周期性采集从呼吸机涡轮出口输出的第一实际气体流量值，并对应地将其输入至功能安全芯片；

所述氧浓度传感器，用于周期性采集从涡轮出口输出的第一实际氧浓度，并对应地将其输入至功能安全芯片；

所述判断结果发送模块，用于根据接收的判断结果，向显示终端发送对应级别的报警提示。

3.根据权利要求1所述的用于呼吸机的功能安全控制装置，其特征在于，功能安全芯片包括：压力采集与接收模块，气道压力判断模块，压力上限判断模块，流量采集与接收模块，潮气量判断模块，潮气量上限判断模块，氧浓度采集与接收模块、氧浓度判断模块和氧浓度上限判断模块；

所述压力采集与接收模块，用于接收第一实际呼气末气道压力和采集从呼吸机涡轮出口输出的第二实际呼气末气道压力，并将其发送至气道压力判断模块；以及将压力上限值和第二实际呼气末气道压力发送至压力上限判断模块；

所述气道压力判断模块，用于对接收的第一实际呼气末气道压力和第二实际呼气末气道压力进行作差，得到二者的呼气末压力差值，判断该呼气末压力差值是否超出预设的压力阈值；

如果该呼气末压力差值大于预设的压力阈值，则发送压力传感器故障的低级报警提示的指令至主控芯片；

如果该呼气末压力差值小于或等于预设的压力阈值，则不进行任何操作；

所述压力上限判断模块，用于判断接收的第二实际气道压力是否大于压力上限值；

如果第二实际气道压力大于压力上限值，则功能安全芯片断开呼气阀电源开关，压力采集与接收模块再次采集第三实际气道压力值，并判断该第三实际气道压力值是否仍然大于压力上限值；

若该第三实际气道压力值仍然大于压力上限值，则功能安全芯片断开涡轮电源开关，并发送压力传感器故障的高级报警提示的指令至主控芯片；

若该第三实际气道压力值小于或等于压力上限值，则功能安全芯片不进行任何操作；

如果第二实际气道压力小于或等于压力上限值，则功能安全芯片不进行任何操作；

所述流量采集与接收模块，用于将接收的第一实际气体流量值和第二实际气体流量值发送至潮气量判断模块；以及根据周期性采集的第二实际气体流量值，计算第二实际潮气量，将第二实际潮气量与接收的潮气量上限值发送至潮气量上限判断模块；

所述潮气量判断模块，用于分别判断第一实际气体流量值是否在预设的正常范围内，和第二实际气体流量值是否在预设的正常范围内；

如果第一实际气体流量值在预设的正常范围内，且第二实际气体流量值不在预设的正常范围内，则功能安全芯片不对三个电源开关进行任何操作，并发送混氧阀故障的低级报警提示的指令至主控芯片；

如果第一实际气体流量值不在预设的正常范围内，且第二实际气体流量值在预设的正常范围内，则功能安全芯片断开涡轮电源开关，并发送潮气量高的低级报警信息提示的指令至主控芯片；

如果第一实际气体流量值不在预设的正常范围内，且第二实际气体流量值不在预设的正常范围内，则功能安全芯片断开涡轮电源开关，并发送潮气量高的低级报警信息提示的指令至主控芯片；

所述潮气量上限判断模块，用于判断第二实际潮气量是否大于潮气量上限值；

如果第二实际潮气量大于潮气量上限值，且持续0.2-0.3s，则功能安全芯片断开呼气阀电源开关，潮气量采集与接收模块再次采集第三实际气体流量值，计算第三实际潮气量，并再次判断第三实际潮气量是否仍然大于潮气量上限值；

若第二实际潮气量仍然大于潮气量上限值，则功能安全芯片断开涡轮电源开关，并发送涡轮故障的高级报警提示的指令至主控芯片；

若第二实际潮气量小于或等于潮气量上限值，则功能安全芯片不对三个电源开关进行任何操作；

如果第三实际潮气量小于或等于潮气量上限值，则功能安全芯片不对三个电源开关进行任何操作；

所述氧浓度采集与接收模块，用于根据通过总流量传感器和氧气流量传感器实时采集的空气流量和氧气流量，计算出第二实际氧浓度，并将第二实际氧浓度和接收的第一实际氧浓度发送至氧浓度判断模块；

所述氧浓度判断模块，用于对接收的第一实际氧浓度和第二实际氧浓度进行作差，得到二者的氧浓度差值，判断该氧浓度差值是否超出预设的氧浓度阈值；

如果该氧浓度差值大于预设的氧浓度阈值，则发送混氧阀故障的低级报警提示的指令至主控芯片；

如果该氧浓度差值小于或等于预设的氧浓度阈值，则功能安全芯片不进行任何操作；

所述氧浓度上限判断模块，用于判断接收的第二实际氧浓度是否大于氧浓度上限值；

如果该第二实际氧浓度大于压力上限值的10％，则功能安全芯片断开呼气阀的电源开关，并利用氧浓度采集与接收模块再次采集第三实际氧浓度，再次判断该第三实际氧浓度是否仍然大于氧浓度上限值；

若该第三实际氧浓度仍然大于氧浓度上限值的10％，则功能安全芯片断开涡轮电源开关，并发送氧浓度传感器故障的高级报警提示的指令至主控芯片；

若该第三实际氧浓度小于或等于氧浓度上限值的10％，则功能安全芯片不对三个电源开关进行任何操作；

如果该第二实际氧浓度小于或等于压力上限值的10％，则功能安全芯片不对三个电源开关进行任何操作。

4.一种用于呼吸机的功能安全控制方法，该方法包括：

主控芯片周期性采集不同的参数，并将其输入至功能安全芯片；

功能安全芯片周期性采集与主控芯片发送的各个参数相对应的参数，分别对应地判断是否超出对应的预设阈值，以及对应地判断是否超出对应的参数上限值；并将判断结果发送至主控芯片；

主控芯片根据接收的判断结果，向显示终端发送对应级别的报警提示；

显示终端显示主控芯片发送的对应级别的报警提示。

5.根据权利要求4所述的用于呼吸机的功能安全控制方法，其特征在于，所述主控芯片周期性采集不同的参数和对应的参数上限值，并将其输入至功能安全芯片；其具体过程为：

压力传感器周期性采集从呼吸机涡轮出口输出的第一实际气道压力，并对应地将其输入至功能安全芯片；

流量传感器周期性采集从呼吸机涡轮出口输出的第一实际气流速值，并对应地将其输入至功能安全芯片；

氧浓度传感器周期性采集从涡轮出口输出的第一实际氧浓度，并对应地将其输入至功能安全芯片；

判断结果发送模块根据接收的判断结果，向显示终端发送对应级别的报警提示。

6.根据权利要求4所述的用于呼吸机的功能安全控制方法，其特征在于，所述功能安全芯片周期性采集与主控芯片发送的各个参数相对应的参数，分别对应地判断是否超出对应的预设阈值，以及对应地判断是否超出对应的参数上限值；并将判断结果发送至主控芯片；其具体过程为：

压力采集与接收模块接收第一实际呼气末气道压力和采集从呼吸机涡轮出口输出的第二实际呼气末气道压力，并将其发送至气道压力判断模块；以及将压力上限值和第二实际呼气末气道压力发送至压力上限判断模块；

气道压力判断模块对接收的第一实际呼气末气道压力和第二实际呼气末气道压力进行作差，得到二者的呼气末压力差值，判断该呼气末压力差值是否超出预设的压力阈值；

如果该呼气末压力差值大于预设的压力阈值，则发送压力传感器故障的低级报警提示的指令至主控芯片；

如果该呼气末压力差值小于或等于预设的压力阈值，则不进行任何操作；

所述压力上限判断模块，用于判断接收的第二实际气道压力是否大于压力上限值；

如果第二实际气道压力大于压力上限值，则功能安全芯片断开呼气阀电源开关，压力采集与接收模块再次采集第三实际气道压力值，并判断该第三实际气道压力值是否仍然大于压力上限值；

若该第三实际气道压力值仍然大于压力上限值，则功能安全芯片断开涡轮电源开关，并发送压力传感器故障的高级报警提示的指令至主控芯片；

若该第三实际气道压力值小于或等于压力上限值，则功能安全芯片不进行任何操作；

如果第二实际气道压力小于或等于压力上限值，则功能安全芯片不进行任何操作；

流量采集与接收模块将接收的第一实际气体流量值和第二实际气体流量值发送至潮气量判断模块；以及根据周期性采集的第二实际气体流量值，计算第二实际潮气量，将第二实际潮气量与接收的潮气量上限值发送至潮气量上限判断模块；

潮气量判断模块分别判断第一实际气体流量值是否在预设的正常范围内，和第二实际气体流量值是否在预设的正常范围内；

如果第一实际气体流量值在预设的正常范围内，且第二实际气体流量值不在预设的正常范围内，则功能安全芯片不对三个电源开关进行任何操作，并放混氧阀故障的低级报警提示的指令至主控芯片；

如果第一实际气体流量值不在预设的正常范围内，且第二实际气体流量值在预设的正常范围内，则功能安全芯片断开涡轮电源开关，并发送潮气量高的低级报警信息提示的指令至主控芯片；

如果第一实际气体流量值不在预设的正常范围内，且第二实际气体流量值不在预设的正常范围内，则功能安全芯片断开涡轮电源开关，并发送潮气量高的低级报警信息提示的指令至主控芯片；

潮气量上限判断模块判断第二实际潮气量是否大于潮气量上限值；

如果第二实际潮气量大于潮气量上限值，且持续0.2-0.3s，则功能安全芯片断开呼气阀电源开关，潮气量采集与接收模块再次采集第三实际气体流量值，计算第三实际潮气量，并再次判断第三实际潮气量是否仍然大于潮气量上限值；

若第二实际潮气量仍然大于潮气量上限值，则功能安全芯片断开涡轮电源开关，并发送涡轮故障的高级报警提示的指令至主控芯片；

若第二实际潮气量小于或等于潮气量上限值，则功能安全芯片不对三个电源开关进行任何操作；

如果第三实际潮气量小于或等于潮气量上限值，则功能安全芯片不对三个电源开关进行任何操作；

氧浓度采集与接收模块根据通过总流量传感器和氧气流量传感器实时采集的空气流量和氧气流量，计算出第二实际氧浓度，并将第二实际氧浓度和接收的第一实际氧浓度发送至氧浓度判断模块；

氧浓度判断模块对接收的第一实际氧浓度和第二实际氧浓度进行作差，得到二者的氧浓度差值，判断该氧浓度差值是否超出预设的氧浓度阈值；

如果该氧浓度差值大于预设的氧浓度阈值，则发送混氧阀故障的低级报警提示的指令至主控芯片；

如果该氧浓度差值小于或等于预设的氧浓度阈值，则功能安全芯片不进行任何操作；

氧浓度上限判断模块判断接收的第二实际氧浓度是否大于氧浓度上限值；

如果该第二实际氧浓度大于压力上限值的10％，则功能安全芯片断开呼气阀的电源开关，并利用氧浓度采集与接收模块再次采集第三实际氧浓度，再次判断该第三实际氧浓度是否仍然大于氧浓度上限值；

若该第三实际氧浓度仍然大于氧浓度上限值的10％，则功能安全芯片断开涡轮电源开关，并发送氧浓度传感器故障的高级报警提示的指令至主控芯片；

若该第三实际氧浓度小于或等于氧浓度上限值的10％，则功能安全芯片不对三个电源开关进行任何操作；

如果该第二实际氧浓度小于或等于压力上限值的10％，则功能安全芯片不对三个电源开关进行任何操作。

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