具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示,具有由电子监控器、计算机控制的空气源、供氧终端,空气源2包括空气压缩机组21、气体处理器22、空气储罐23,三者依次连接,空气储罐23上设有压力表24;为一个空气源分布式连接15个供氧终端结构,所述电子监控器1通过线路分别接空气压缩机组21、空气储罐23、供氧终端3,并与计算机4电连接,所述空气储罐23输出通过调压阀25分布式连接至少2个供氧终端3,计算机4与供氧终端3的控制单元39电连接;
如图2所示,所述供氧终端3数量为至少2个,本实施例为15个供氧终端3,其中一个供氧终端3由过滤器33、氮氧分离装置37、储氧罐38、控制单元39组成,来自空气源2的空气通过快速接头、通断阀32与过滤器33相连,所述氮氧分离装置37一端通过控制阀34与过滤器33连接,另一端至储氧罐38,储氧罐38输出端经减压阀31、流量计35、恒温湿化装置36至用户端,氧浓度传感器30串联在流量计35和恒温湿化装置36之间,并与控制单元39电连接;从氮氧分离装置37分离出的氮气至排气管排出室外,控制单元39控制通断阀32、控制阀34,并与计算机4电连接;
如图1、2所示,本发明所述空气压缩机组21为两台无油空气压缩机组成,其输出端分别与电子监控器1电连接;所述气体处理器22为滤布式过滤装置、氧化镁干燥剂干燥装置串联结构,空气压缩机组21依次与过滤装置、干燥装置相连,其输出至空气储罐23;本实施例控制阀34采用电磁阀,所述氮氧分离装置37为两个分子筛罐交替工作连接结构,通过控制阀34控制氮氧分离装置37交替工作,当一个氮氧分离装置37为进气状态时,另一个氮氧分离装置37为排气状态。
如图3所示,所述过滤器33为外壳332中设有滤布331结构,滤布332由支撑件333支撑,在支撑件333上设有小孔334,外壳332两端分别设有用于空气进出的孔;
如图4所示,所述恒温湿化装置36为恒温器361内置于湿化装置362结构,在湿化装置上有氧气入口和出口;
如图5A、5B所示,所述氮氧分离装置37由带气孔的上下封头371、378、筛板376、分子筛374、罐体373及弹簧372组成,所述上下封头371、378通过封头钉379与罐体373安装在一起,带有过滤布375的筛板376位于分子筛374两端,于罐体373内,弹簧372设在上封头371与一筛板376之间,所述上下封头371、378侧壁与罐体373安装处通过密封圈377紧密配合,所述分子筛374采用市购VP800-2型产品,其工作原理是:来自空气储罐23的空气经过氮氧分离装置37通过所述罐体373形成一定的压力,分子筛374吸附空气中的氮气,分离出氧气,至储氧罐38的上封头371。
如图6A、6B所示,所述储氧罐38包括带气孔的上下封头371、378,罐体386单向阀382,所述上下封头371、378通过封头钉389与罐体386安装在一起,在上下封头371、378侧壁与罐体386两端处设有密封圈377,单向阀382安装在上封头371上,其特征在于在罐体386内设有一盛有过滤用活性碳384的芯管385,在活性碳384与单向阀382之间设有过滤布383,其中过滤布383为无纺布,单向阀382为一胶皮垫,为用位于其中部的支撑件支撑结构,置于上封头371入口处;储氧罐38功能是:将来自氮氧分离装置37的氧气通过单向阀382进入罐体386储存;
如图7A、7B所示,所述供氧终端3的控制单元39包括电源、数据采集、CPU、CAN总线通信、电磁阀驱动五大部分,其中:电源部分主要由第1~2整流桥B1、B2和第1~2三端稳压器U16、U17组成,第1整流桥B1、第1三端稳压器U16以及第2整流桥B2、第2三端稳压器U17分别构成单独的两路电源;其原理是:将经过变压器整流的交流电源接至第1整流桥B1的1、3脚,通过其2、4脚输出直流电,经过第1三端稳压器U16稳压后输出稳定的直流5V电压VCC,作为其他部分的电源;同理,第2整流桥B2和第2三端稳压器U17输出另一路电源(+5)以供CAN总线通信部分的需要;
如图7A所示,数据采集部分以第2微处理器U2为核心,其外围接有温度信号采集部分、氧浓度信号采集部分、压力信号采集部分、IC卡数据采集部分,其中:
温度传感器输入端J9为来自恒温器361的温度信号,输出端经第3运算放大器U7A放大后至第2微处理器U2的17脚,经过第2微处理器U2处理后的信号通过其20脚经第9三极管T9至第2继电器N2,第2继电器N2输出接恒温器控制端J10,从而控制恒温器361电源的通断,以达到控制恒温器361的加热温度的目的;
氧浓度信号采集部分由第4运算放大器U7B、氧浓度传感器端口J3、第1继电器N1、第3、4三端稳压器U1、U3组成,安装在供氧终端3内的氧浓度传感器30经氧浓度传感器端口J3接第4三端稳压器U3,其氧浓度信号至第4运算放大器U7B输入端,第4运算放大器U7B输出端与第2微处理器U2相连,第1继电器N1线圈一端经第1三极管T1与如图7B所示CPU的第1微处理器U10相连,另一端连接第3三端稳压器U1和氧浓度传感器J3;工作原理是氧浓度信号经过第4运算放大器U7B放大后输入第2微处理器U2的16脚,由第2微处理器U2进行处理;由第4三端稳压器U3经氧浓度传感器端口J3为氧浓度传感器30提供工作电源,第3三端稳压器U1经氧浓度传感器端口J3为氧浓度传感器30提供加热电源,CPU控制继电器N1,从而经氧浓度传感器端口J3控制氧浓度传感器30的加热电源;
压力信号采集部分:由第1压力传感器U4、第1~2运算放大器U6A、U6B组成,第1压力传感器U4输入端为来自储氧罐38的压力信号,其输出端经相互串联的第1~2运算放大器U6A、U6B放大后至第2微处理器U2的输入端18脚,由第2微处理器U2进行处理;
IC卡数据采集部分:由IC卡通过插座J12、第5三端稳压器U9、第2、7三极管T2、T7组成,IC卡通过插座J12与第2微处理器U2连接,第5三端稳压器U9一端经第2、7三极管T2、T7接电源,另一端与插座J12连接,为IC卡提供电源,第2微处理器U2通过11脚接第2、7三级管T2、T7,以控制其导通,从而控制IC卡电源;
第2微处理器U2将采集到的温度和压力信号转化为数字信号,同IC卡数据一起送到CPU部分;
如图7B所示,CPU部分是整个电路板的核心部分,主要由第1微处理器U10构成,所述第1微处理器U10与第2微处理器U2通过端口SCL、SDA采用I2C总线连接,并分别与功能键键盘J2、主开关键盘J6、液晶显示器J16连接,通过电磁阀驱动部分中第3、5光电隔离器PHT1、PHT3和第5、10三级管T5、T10与电磁阀端口J15相连,还通过第4三极管T4与蜂鸣器S1连接;所述第1微处理器U10对第2微处理器U2传递来的各种信号进行处理,对键盘进行扫描,然后控制液晶显示器J16以及蜂鸣器S1、且经电磁阀端口J15分别控制通断阀32、控制阀34;第1微处理器U10还通过RST口与存储器U15相连,对存储器U15进行访问,读取信息并将数据及时记录在存储器U15中;第1微处理器U10通过P0口与第1CAN控制器U11连接,进行数据传递;
CAN总线通信部分由第1CAN控制器U11、第1~2光电隔离器U13、U14以及第1接口器件U12构成,所述第1CAN控制器U11通过CS/端口与第1微处理器U10 TXD端口相连,并通过TX0、RX0端口分别与第1~2光电隔离器U13、U14连接,所述第1~2光电隔离器U13、U14均与第1接口器件U12相连,然后经通讯端口J13至计算机4;第1CAN控制器U11负责对总线上的报文进行纠错、仲裁、校验,识别等处理,以及与CPU部分进行数据传递,第1接口器件U12进行物理层与CAN总线之间的电气转换,第1~2光电隔离器U13、U14用以隔离电气干扰,CAN总线通信部分完成各终端之间以及终端与上位机之间的通讯;
电磁阀驱动部分根据CPU的控制信号决定电磁阀的通断,它主要由第3、5光电隔离器PHT1、PHT3和第5、10三级管T5、T10以及第1、3双向可控硅Q1、Q3构成,其中:第5三级管T5输入信号为第1微处理器U10的P10、P12端口信号,输出依次与第3光电隔离器PHT1和第1双向可控硅Q1串联后至电磁阀端口J15,然后到通断阀32;第10三级管T10输入信号为第1微处理器U10的P10、P12端口信号,输出依次与第3光电隔离器PHT3和第3双向可控硅Q3串联后至电磁阀端口J15,然后到控制阀34;当CPU将控制引脚置为高电平时第5、10三级管T5、T10导通,光电隔离器PHT1、PHT3导通,可控硅Q1、Q3获得触发电平而导通,通断阀32、控制阀34带电,反之断电;
如图8所示,所述电子监控器1由电源、压力信号采集、空气压缩机组状态检测、空气压缩机组控制、通讯、CPU六部分组成,主要完成空气压缩机压力、状态检测,双机自动控制,与上位机通讯等功能;其中:
电源部分主要由变压器、第3~4整流桥B101、B102、第6~8三端稳压器U106、U107、U108组成,第3整流桥B101与第6、8三端稳压器U106、U108串联构成一路电源,第4整流桥B102与第7三端稳压器U107串联构成另一路电源;分别把380交流电转换成稳定的+5V,+12V直流电;将经过变压器整流的交流电源接至第3整流桥B101的1、3脚,通过其2、4脚输出直流电,经过第6三端稳压器U106稳压后输出稳定的直流12V电压(+12),再将直流12V作为第8三端稳压器U108的输入,输出稳定的5V电源作为其他部分的电源,同理,第4整流桥B102和第7三端稳压器U107输出另一路电源(+5)以供通信部分的需要;
压力采集部分由第2~3压力传感器U112、U113、第5~10运算放大器U109A、U109B、U110A、U110B、U111A、U111B、A/D转换器U114组成,第2压力传感器U112、第5、7运算放大器U109A、U109B、U111B组成一组压力信号输出电路,第7运算放大器U111B为压力传感器U112提供恒流电源,第5~6运算放大器U109A、U109B串联于第2压力传感器U112和A/D转换器U114之间组成两极放大电路,把出口压力模拟信号放大后输入至A/D转换器U114,转换成数字信号经DIDO输入到第3微处理器U101,第2压力传感器U112输入端P接至空气压缩机组21;
同理,第3压力传感器U113、第8~10运算放大器U110A、U110B、U111A组成另一组压力信号输出电路;
空气压缩机组状态检测部分由第1~2排电阻P101、P102、第5~11二极管D105~D111组成,均与第3微处理器U101相连,另一端至空气压缩机组21,通过第1~2排电阻P101、P102检测空气压缩机组21输入信号的电平完成空气压缩机状态检测功能,第5~11二极管D105~D111起保护作用;
空气压缩机组控制部分由第3~6继电器N101~N104、第1~4二极管D101~D104、第11~14三极管T101~104组成,第3~4继电器N102、N103一端分别接空气压缩机组21,另一端分别接第11~12三极管T102~103,另在第3~4继电器N102、N103上分别跨接第1~2二极管D102~103,第11~12三极管T102~103通过其基极分别与第3微处理器U101相连;主要完成空气压缩机自动控制(固定式、时间式,转换式、循环式,远程控制等功能,基本原理是通过P10、P11以第3微处理器U101控制信号控制三极管的导通以控制继电器线圈的通断电;同理,第5~6继电器N101、N104、第13~14三极管T101、T104和第3~4二极管D101、D104以同样连接方式组成另一套控制部分;
通讯部分由第2CAN控制器U102、第2接口器件U103、第3~4光电隔离器U104、U105组成,第2CAN控制器U102分别与第3~4光电隔离器U104~U105连接后,至第2接口器件U103,然后经通讯端口J101至计算机4,主要完成CPU与上位机之间的通讯;
第2CAN控制器U102负责对总线上的报文进行纠错、仲裁、校验、识别等处理,以及与微处理器部分进行数据传递;第2接口器件U103进行物理层与CAN总线之间的电气转换;光电隔离器U104~U105隔离电气干扰;
CPU部分由第3微处理器U101构成,分别与电源、压力采集、通讯部分相连接,协调各部分工作完成检测、自动控制、通讯等功能。
本发明工作过程如下:
如图1、2所示,本发明以一个空气源2带多个供氧终端3,变氧气传输为空气传输,具体为:在电子监控器1控制下由空气压缩机组21泵出空气,经气体处理器22进行过滤、净化、干燥后送入空气储罐23,压力表24用于观察空气储罐23压力,然后根据用户需要经过调压阀25将气体分送到供氧终端3;所述供氧终端3通过快速接头与所述空气源2相连,通过一个常闭二通断阀32用控制单元39来控制空气源2的接通,经过滤器33二次过滤后的气体进入分子筛罐氮氧分离装置37,经过氧氮分离的氮气,排气时通过一个单向阀与排气管道连接至室外,由于排气集中于同一管道,这样管道中的气体如有利用价值也可收集利用;分离后的氧气在计算机4控制下,从储氧罐38经流量计35、恒温湿化装置36至用户。
如图1~8所示,本发明气体处理器22具有过滤、净化、干燥、调压功能;恒温湿化器36能使用氧达到一定的恒定温度,使吸氧更有利于健康;其传输管道符合医用标准的空气管道;电子监控器1可本地监控也可远程监控,同时对压缩机组21的四种运行状态(固定式、时间式、循环式、转换式)进行控制,电子监控器1通过计算机4对开、关机进行控制,显示开机时间,定时开机时间,总运行时间;计算机4完成自动计费、也可配合IC卡计费,自动计入病人住院费用;本发明通过计算机4对供氧终端3进行管理;
本发明所述第1微处理器U10采用89C58,第2微处理器U2采用P87LPC767,第3微处理器U101采用89C51,第1~2CAN控制器U11、U102采用SJA1000,第1~2接口器件U12、U103采用PCF82C250,存储器U15采用CAT24C021,第1~4光电隔离器U13、U14、U104、U105采用6N137,第1、3双向可控硅Q1、Q3采用BT137,第1~3压力传感器U4,U112,U113采用22PC。
本发明所述氧浓度传感器30采用CY-16N;减压阀31采用AR2000;2位5通电磁阀32采用SVX2003;2位5通电磁阀34采用SVX3130;空气压缩机组21采用SA-220A;气体处理器22包括:冷冻式干燥机JS-20;Q、P、S、C四级过滤器;空气储罐23容积为0.5立方米,压力为0.88MPa;调压阀25为SAR5000-10。
本发明所述控制阀34也可采用气阀;供氧终端3也可在快速接头后通过AR2000减压阀31减压再与空气源2相连;本发明也可在供氧终端3的储氧罐38输出端另加设一雾化器至用户,进行药物的雾化处理,更有利于人体的健康。
比较例
就目前集中供氧系统而言,其结构主要为氧源端、氧气输出端。液态氧和高压氧的氧源端是外购氧,大型PSA集中供氧系统的氧源端是大型供氧机,以通过空气分离的高压氧气作为氧源,传输管道是铜管或不锈钢管,氧气输出端是氧气(压力为0.05~0.2Mpa)的快接接头,通过外接湿化瓶和吸氧管,病人就可以吸氧了。集中供氧系统的特点是氧源集中,氧气高压输送,供氧终端功能简单。
本发明分布式供氧的特点是气源集中,空气高压输送,终端供氧,功能强大。
二者的差别如下:
|
集中供氧 |
本发明 |
气源 |
氧气 |
空气 |
传输管道 |
符合卫生要求铜管或不锈钢管 |
符合卫生要求的各种管 |
供氧终端 |
快接接头 |
供氧终端 |
安全要求 |
高 |
低 |
计量功能 |
无 |
有 |
自动计费功能 |
无 |
有 |
计算机管理 |
无 |
有 |
可靠性 |
低(风险集中) |
高(风险分散) |
故障率 |
高 |
低 |
氧气恒温功能 |
无 |
有 |
药物雾化功能 |
无 |
有 |
自动控制功能 |
无 |
有 |
通讯功能 |
无 |
有 |