CN203280874U - 基于pid控制的呼吸机加温湿化控制系统 - Google Patents

基于pid控制的呼吸机加温湿化控制系统 Download PDF

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刘华珠
洪协洲
陈雪芳
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Abstract

基于PID控制的呼吸机加温湿化控制系统，涉及一种呼吸机加温湿化控制系统，其包括电源电路、PID控制电路、加温电路和过零检测电路，加温电路包括加温装置，PID控制电路包括处理器和温度传感器，过零检测电路从交流电中获得过零点信号，再将所述过零点信号传输到PID控制电路，温度传感器采集加温装置的实时温度并将所述实时温度转换为实时温度信号后传输到处理器，PID控制电路依据所述实时温度信号产生加热触发信号后将所述加热触发信号传输到加温电路。本实用新型的控制系统控温反应灵敏、控温稳定、安全可靠、操作简单，同时成本低廉，可根据不同的呼吸机加温湿化系统的控制芯片移植。

Description

基于PID控制的呼吸机加温湿化控制系统
技术领域
本实用新型涉及一种呼吸机加温湿化控制系统，具体涉及一种基于PID控制的呼吸机加温湿化控制系统。
背景技术
PID（Proportion Integration Differentiation）控制已有约70年的历史，如今依然广泛地应用于工业控制中，传统的PID控制是根据某个变量的设定值r(t)与实际输出值y(t)构成控制偏差e(t)，即e(t)=r(t)-y(t)，对偏差e(t)分别进行比例、积分和微分运算，然后将运算的结果相加，就得到PID控制器的控制输出u(t)，控制系统依据u(t)对该变量进行调整使其往设定值r(t)靠拢。PID控制原理简单易懂，应用广泛。
为了给病人提供舒适的呼吸环境，避免干燥寒冷的气体对呼吸道和肺脏的损伤，在使用呼吸机治疗时必须对吸入气体进行湿化、温化。如今常用的两种加温湿化的方法有：一是雾化加湿；一是蒸汽加湿。其中蒸汽加湿是将水加温后产生蒸汽，混进吸入气中，从而达到加湿、加温的双重目的。现有的采用蒸汽加湿的呼吸机加温湿化系统，控温反应迟钝，同时由于加热的温度会受到室温、气道长度和控温系统失调等因素的影响，容易导致温度偏高或偏低，控温不稳定，温度不稳定对患者产生很大的不良影响，甚至烧伤呼吸道。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术中的上述不足，提供一种控温反应灵敏，控温稳定的基于PID控制的呼吸机加温湿化控制系统。
本实用新型的目的通过以下技术方案实现：
基于PID控制的呼吸机加温湿化控制系统，包括电源电路、PID控制电路、加温电路和过零检测电路，加温电路包括加温装置，PID控制电路包括处理器和温度传感器，过零检测电路从交流电中获得过零点信号，再将所述过零点信号传输到PID控制电路，温度传感器采集加温装置的实时温度并将所述实时温度转换为实时温度信号后传输到处理器，PID控制电路依据所述实时温度信号产生加热触发信号后将所述加热触发信号传输到加温电路。
其中，该呼吸机加温湿化控制系统还包括地址译码电路，地址译码电路与PID控制电路、电源电路连接。
其中，该呼吸机加温湿化控制系统还包括显示接口电路，所述显示接口电路与PID控制电路、地址译码电路连接。
其中，该呼吸机加温湿化控制系统还包括串口电路，串口电路与PID控制电路、电源电路连接。
其中，该呼吸机加温湿化控制系统还包括JTAG调试接口电路，JTAG调试接口电路与PID控制电路、电源电路连接。
其中，该呼吸机加温湿化控制系统还包括五向遥杆电路，五向遥杆电路与PID控制电路、电源电路连接。
本实用新型的有益效果：本实用新型的控制系统由于采用了PID控制电路，控温反应灵敏、控温稳定、安全可靠、操作简单，同时成本低廉，可根据不同的呼吸机加温湿化系统的控制芯片移植。
附图说明
图1是本实用新型的控制系统的电路框图。
图2是本实用新型的控制系统的PID控制电路的电路原理图。
图3是本实用新型的控制系统的电源电路的电路原理图。
图4是本实用新型的控制系统的过零检测电路的电路原理图。
图5是本实用新型的控制系统的加温电路的电路原理图。
图6是本实用新型的控制系统的显示接口电路的电路原理图。
图7是本实用新型的控制系统的串口电路的电路原理图。
图8是本实用新型的控制系统的五向遥杆电路的电路原理图。
图9是本实用新型的控制系统的JTAG调试接口电路的电路原理图。
图10是本实用新型的控制系统的地址译码电路的电路原理图。
具体实施方式
以下结合实施例对本实用新型进行详细说明。
本实用新型的基于PID控制的呼吸机加温湿化控制系统，应用于蒸汽加湿的呼吸机中，使加温装置的温度能快速地稳定在设定温度。
如图1所示为所述控制系统的电路框图，所述控制系统包括电源电路、PID控制电路、过零检测电路和加温电路，加温电路包括加温装置，PID控制电路包括处理器和温度传感器，过零检测电路从交流电中获得过零点信号，再将所述过零点信号传输到PID控制电路，温度传感器采集加温装置的实时温度并将所述实时温度转换为实时温度信号后传输到处理器，PID控制电路依据所述实时温度信号进行PID运算，PID控制电路依据所述PID运算结果产生加热触发信号后将所述加热触发信号传输给加温电路。电源电路的电路原理如图3所示，采用AMS1117为电源芯片，将5V直流电压转换为3.3V，电容C27和电阻R11构成的电路为AD转换提供基准电压VREF+；PID控制电路的电路原理如图2所示，处理器为STM32F103ZET6芯片，PID控制电路的主要作用为采集加温装置的实时温度并进行PID运算产生加热触发信号控制加温电路工作；过零检测电路的电路原理如图4所示，过零检测电路的作用是从交流电中获取过零点信号；加温电路的电路原理如图5所示，加温电路的作用是从PID控制电路获得加热触发信号后进行加热。
如图1所示，本实用新型的控制系统还包括地址译码电路、显示接口电路、串口电路、JTAG调试接口电路和五向遥杆电路，地址译码电路、串口电路、JTAG调试接口电路和五向遥杆电路分别与电源电路、PID控制电路连接，显示接口电路与地址译码电路、PID控制电路连接。地址译码电路的电路原理如图10所示，地址译码的作用是拓展处理器的I/O口；显示接口电路的电路原理如图6所示，显示接口电路的作用是连接显示屏，以显示实时温度与设定温度；串口电路的电路原理如图7所示，串口电路的作用是使所述控制系统可以和上位机进行通信；JTAG调试接口电路的电路原理如图9所示，JTAG调试接口电路用于ARM仿真器烧写固件和下载调试程序；五向遥杆电路的电路原理如图8所示，五向遥杆电路用于设定温度、手动调节PID参数和切换显示界面。
本实用新型的基于PID控制的呼吸机加温湿化控制系统的工作过程如下：
第一步，通过五向遥杆电路设定加温装置的设定温度值和PID运算参数，启动所述加温湿化控制系统；
第二步，温度传感器采集加温装置的实时温度，并将所述实时温度转换为实时温度信号，然后将所述实时温度信号传输到处理器；
第三步，PID控制电路将所述实时温度信号转换为实时温度值，并将加温装置的设定温度值减去所述实时温度值得出温度偏差值，接着对所述温度偏差值进行PID运算，PID控制电路依据PID运算结果产生加热触发信号并将所述加热触发信号传输到加温电路，加温电路收到加热触发信号后加温装置工作，加温电路进行加温。
其中，第二步和第三步循环运行。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.基于PID控制的呼吸机加温湿化控制系统，其特征在于：包括电源电路、PID控制电路、加温电路和过零检测电路，加温电路包括加温装置，PID控制电路包括处理器和温度传感器，过零检测电路从交流电中获得过零点信号，再将所述过零点信号传输到PID控制电路，温度传感器采集加温装置的实时温度并将所述实时温度转换为实时温度信号后传输到处理器，PID控制电路依据所述实时温度信号产生加热触发信号后将所述加热触发信号传输到加温电路。
2.根据权利要求1所述的基于PID控制的呼吸机加温湿化控制系统，其特征在于：该呼吸机加温湿化控制系统还包括地址译码电路，地址译码电路与PID控制电路、电源电路连接。
3.根据权利要求2所述的基于PID控制的呼吸机加温湿化控制系统，其特征在于：该呼吸机加温湿化控制系统还包括显示接口电路，所述显示接口电路与PID控制电路、地址译码电路连接。
4.根据权利要求1所述的基于PID控制的呼吸机加温湿化控制系统，其特征在于：该呼吸机加温湿化控制系统还包括串口电路，串口电路与PID控制电路、电源电路连接。
5.根据权利要求1所述的基于PID控制的呼吸机加温湿化控制系统，其特征在于：该呼吸机加温湿化控制系统还包括JTAG调试接口电路，JTAG调试接口电路与PID控制电路、电源电路连接。
6.根据权利要求1所述的基于PID控制的呼吸机加温湿化控制系统，其特征在于：该呼吸机加温湿化控制系统还包括五向遥杆电路，五向遥杆电路与PID控制电路、电源电路连接。
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CN110464444A (zh) * 2019-08-14 2019-11-19 心诺普医疗技术（北京）有限公司 一种温度可控的冷冻消融系统

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