一次性空气过滤呼吸机的控制系统
技术领域
本发明涉及一次性呼吸机设备领域，具体涉及一次性空气过滤呼吸机的控制系统。
背景技术
社会工业化和城市化进度使得雾霾较为普遍，以及社会紧急传染性疾病的发生，此时就需要对面部采取防护措施，面部防护措施主要以佩戴口罩等方式进行，通过口罩对PM2.5以上颗粒的污染物以及他人携带病菌的飞沫进行隔离，目前，隔离效果最好的口罩产品是N95型口罩。
N95型口罩能够隔离更小的微粒，其对空气动力学直径0.075μm±0.02μm的颗粒的过滤效率达到95％以上，空气细菌和真菌孢子的空气动力学直径在0.7-10μm之间变化，这种空气细菌和真菌孢子也在N95型口罩的防护范围内，而且N95型口罩与面部贴合更紧密，不容易从周边漏气，但是，N95型口罩佩戴时间较长后容易因良好的隔离性能导致用户呼吸困难，甚至会因缺氧产生头晕的症状，尤其是针对体质较弱一点的老人和小孩，因此，能够对用户进行面部防护且呼吸顺畅的面部防护装置应运而生。
现有的面部防护装置包括呼吸面罩和对空气进行过滤呼吸机，呼吸机通过风机导入空气再由过滤介质过滤后传导至呼吸面罩处供用户呼吸，呼吸机内风机的导气量通过使用按键区分不同的档位进行控制，由于用户在工作时的防护要求，如在面部防护装置配合防护服在戴上之后需要连续使用较长一段时间后才能取下，但是，当用户在不同的工作状态下空气的呼入量会产生不同，如走路时呼入量就较大，若以恒定功率泵入空气容易造成呼吸面罩内的新鲜空气少，引起用户不适，且部分装置因供应缺乏而需要反复使用，反复使用装置时的防护效果下降，增大了防护的风险性。
发明内容
本发明意在提供一种一次性空气过滤呼吸机的控制系统，以防止反复使用呼吸防护装置。
本方案中的一次性空气过滤呼吸机的控制系统，包括导风模块、测速模块、气压传感模块、控制模块和电源模块，导风模块用于一次性地向一次性空气呼吸机的呼吸面罩导入空气，所述测速模块用于测量导风模块导入空气时的转速值，所述气压传感模块用于持续检测导风模块导入空气后在呼吸处的气压值，所述控制模块获取气压值和转速值，所述控制模块根据气压值和转速值控制导风模块的转速增加或者降低，所述电源模块为导风模块、测速模块、气压传感模块和控制模块供电。
本方案的有益效果是：
通过导风模块向一次性呼吸机的呼吸面罩导入供呼吸的空气，并由气压传感模块检测呼吸处的气压值，即气压传感模块检测呼吸面罩内的气压值，同时由测速模块测量导风模块的转速值，让控制模块获取气压值和转速值，由控制模块根据气压值和转速值控制导风模块的转速值增加或降低，例如在气压值小于一定阈值时根据当前800r/min的转速值控制导风模块转速值增加至1000r/min(气压值较小时，控制导风模块的转速增加)，气压值较大时，控制导风模块的转速降低，根据气压值改变导风模块的转速值，让用户能够持续性地呼吸到空气，减少用户使用呼吸机过程中的不适感，并且通过多节干电池对各个模块的工作进行供电，干电池的成本低廉，且无需外接导线进行供电，便于医务人员的使用，让医务人员在使用过程中的活动范围不受导线的限制。
进一步，还包括检测模块，所述检测模块对电源模块的电量和使用寿命进行检测。
有益效果是：对电源模块的电量和使用寿命进行检测，便于用户直接了解到呼吸机的使用状态，避免在使用过程中电源模块没电造成不方便更换的问题。
进一步，还包括报警模块，所述控制模块获取电量和使用寿命，所述控制模块在电量小于剩余阈值时控制报警模块进行电量报警，所述控制模块在使用寿命小于寿命阈值时控制报警模块进行寿命报警。
有益效果是：在检测到电源模块的电量和使用寿命不足时，通过报警模块分别进行报警，让用户及时注意到电源模块的状态，分别进行报警便于区分电源模块的不同状态。
进一步，所述控制模块在转速值小于速度阈值时控制报警模块进行速度报警。
有益效果是：在导风模块的转速值较小不正常时进行速度报警，让呼吸机的内部部件状态被及时知晓。
进一步，所述电源模块包括开关单元，所述开关单元向控制模块发送持续信号作为关机信号或脉冲信号作为开机信号，所述控制模块获取关机信号后控制导风模块停止转动，所述控制模块获取开机信号后控制导风模块启动转动，所述控制模块获取关机信号后控制报警模块进行关机报警。
有益效果是：通过开关单元对导风模块的工作状态进行控制，再从开关单元获取到关机信号时控制导风模块停止，使用简单方便。
进一步，还包括满载加速模块，所述满载加速模块向控制模块输入增速信号，所述控制模块根据增速信号控制导风模块增加转速，所述控制模块在获取增速信号之前获取电量、使用寿命、气压值和转速值进行判断。
有益效果是：通过满载加速模块输入增速信号，能够满足用户的使用需求。
进一步，所述控制模块首次获取开机信号后进行已使用的状态记录，所述控制模块再次获取开机信号后保持导风模块的停止转动状态。
有益效果是：在通过开关单元进行首次使用开机后，由控制模块记录已使用的状态，并在控制模块再次获取到开机信号后保持导风模块的停止转动状态，即保持一次性地使用，防止反复使用造成的交叉感染。
进一步，所述控制模块在气压值大于上限呼吸阈值时控制导风模块降低转速，所述控制模块在气压值小于下限呼吸阈值时控制导风模块增加转速。
有益效果是：以呼吸处的气压值在改变导风模块的转速，让用户使用呼吸机时能够呼吸到足够的空气。
进一步，所述控制模块获取气压值时添加获取的时间节点，所述控制模块获取增速信号后将定时长时间段获取的气压值相减得到气压差量，所述控制模块将气压差量与差阈值进行对比，所述控制模块在气压差量小于差阈值时增大下限呼吸阈值。
有益效果是：在控制模块根据增速信号控制导风模块对呼吸面罩进行增压时，实时判断面罩内增压的情况，以气压差量进行判断，对呼吸面罩在不同使用状态(松紧程度)下的下限呼吸阈值进行更改，避免在呼吸面罩不同使用状态下以相同的下限呼吸阈值进行导风模块转速调节造成呼吸不畅。
进一步，所述报警模块包括多个颜色不同的LED指示灯。
有益效果是：不同颜色的LED指示灯能够进行不同的报警指示，便于分别不同的报警情况。
附图说明
图1为本发明实施例一中一次性空气过滤呼吸机的控制系统实施例一的示意性框图；
图2为本发明实施例一中一次性空气过滤呼吸机的控制系统实施例一的实施流程框图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明。
实施例一
一次性空气过滤呼吸机的控制系统，如图1所示：包括电源模块、导风模块、测速模块、气压传感模块、控制模块、检测模块、报警模块和满载加速模块，导风模块可用4056风扇或者其他适合的风扇，电源模块使用多节干电池，干电池可用32节，每八节干电池串联成12V形成一组，4组并联驱动风扇，导风模块可设置三条引线，如电源线、地线和FG速度输出线，通过控制电源电压大小控制风扇转速，FG速度输出线信号连接测速模块，由测速模块从FG速度输出线测量得到导风模块的转速，气压传感模块可用BOSCH BMP280型号的传感器，控制模块可用STM32F2系列的单片机，电源模块、导风模块、测速模块、控制模块、检测模块、报警模块和满载加速模块封装在呼吸机的外壳内，呼吸机通过腰带等佩戴在使用者腰部上，气压传感模块安装在呼吸面罩内检测气压值。呼吸机与呼吸面罩之间通过导气管对过滤后的空气进行传导。
电源模块为导风模块、测速模块、气压传感模块和控制模块供电，导风模块转动向一次性空气呼吸机的呼吸面罩一次性地导入空气，此处一次性地导入空气是指完成一次使用后不再次进行使用(而非导入空气后就不能再使用)，测速模块测量导风模块导入空气时转动的转速值，气压传感模块持续检测导风模块导入空气后在呼吸处的气压值，气压值即为呼吸机的呼吸面罩内的气压，控制模块获取气压值和转速值，控制模块根据气压值和转速值控制导风模块的转速增加或者降低，控制模块在气压值大于上限呼吸阈值时控制导风模块降低转速，上限呼吸阈值可以设置成10CFM或者其他根据实际情况设定的值，控制模块在气压值小于下限呼吸阈值时控制导风模块增加转速，下限呼吸阈值可以设置成4CFM。
检测模块对电源模块的电量和使用寿命进行检测，检测模块对电量和使用寿命的检测原理是：通过提前用电子负载机对电池放电，模拟风机，由检测模块记录下放电曲线，在实际使用时通过控制模块(即单片机)从放电曲线测量电池电压估计电量，控制模块估计得到电量后根据电压、电流和已用的容量计算得到使用寿命。
控制模块获取电量和使用寿命，控制模块在电量小于剩余阈值时控制报警模块进行电量报警，电量的剩余阈值可以设置成初始电量的50％，控制模块在使用寿命小于寿命阈值时控制报警模块进行寿命报警，控制模块在转速值小于速度阈值时控制报警模块进行速度报警，电源模块包括开关单元，开关单元可用现有信号开关，开关单元向控制模块发送持续信号作为关机信号或脉冲信号作为开机信号，控制模块获取关机信号后控制导风模块停止转动，控制模块获取开机信号后控制导风模块启动转动，控制模块获取关机信号后控制报警模块进行关机报警，报警模块可通过不同的声音进行不同类型的报警。
满载加速模块向控制模块输入增速信号，满载加速模块可用现有的按钮开关，控制模块根据增速信号控制导风模块增加转速，控制模块在获取增速信号之前获取电量、使用寿命、气压值和转速值进行判断，控制模块可以通过控制导风模块的电压大小来控制其转速。
控制模块首次获取开机信号后进行已使用的状态记录，例如在拿到装置进行使用时的首次开机，控制模块再次获取开机信号后保持导风模块的停止转动状态，例如在控制模块获取关机信号并关机后再次获取到开机信号，保持导风模块的停止转动状态即控制模块不控制导风模块启动。
如图2所示，具体实施过程如下：
在医务人员A使用一次性空气过滤呼吸机时，通过点按开关单元向控制模块发送开机信号，同时，控制模块根据开机信号记录进行已使用的状态记录，让电源模块为导风模块、测速模块、气压传感模块和控制模块供电，由控制模块控制导风模块启动，即风扇转动导入空气，风扇转动时通过FG速度输出线向测速模块输出转速值，测速模块将转速值发送至控制模块，由检测模块对电源模块的电量和使用寿命进行检测发送至控制模块，让控制模块在电量小于剩余阈值时控制报警模块进行电量报警，说明电量不够，让控制模块在使用寿命小于寿命阈值时控制报警模块进行寿命报警，说明使用寿命不足，控制模块在获取的转速值小于速度阈值时控制报警模块进行速度报警，控制模块判断气压值是否达标，当气压值小于下限呼吸阈值时，控制模块控制报警模块进行气压异常报警，在一次性空气过滤呼吸机的使用过程中，控制模块获取到关机信号时控制报警模块进行关机报警。
在电量足够、使用寿命足够、速度值足够、气压值正常且未关机时，导入的空气经过现有的过滤介质过滤后进入呼吸面罩，由呼吸处(即呼吸面罩处)的气压传感模块持续检测(呼吸面罩内)气压值发送至控制模块，在气压值大于上限呼吸阈值时，由控制模块根据转速值控制导风模块的电压减小以降低导风模块的转速，在气压值小于下限呼吸阈值时，由控制模块控制导风模块的电压增大以增加导风模块的转速。
当医务人员A需要的空气量较大时，可以通过满载加速模块向控制模块发送增速信号，由控制模块在收到增速信号时控制导风模块增加转速至最大值，满足医护人员A的需求，同时，控制模块控制报警模块进行加压报警，在控制模块未收到增速信号时持续地判断电量、使用寿命、速度值和气压值，并在异常时进行相应的报警。
当医务人员使用完一次并通过消毒或其他方式处理后进行再次使用时，通过开关单元再次向控制模块发送开机信号，控制模块根据已使用的状态保持导风模块处于停止转动状态，呼吸面罩等设备仅能供一次性地使用，防止反复使用造成的交叉感染，防止反复使用设备造成的防护安全性降低的问题。
本实施例通过多节干电池组成对应的电源模块进行供电，电源成本小，且无需外接导线进行供电，便于医务人员的使用，让医务人员在使用过程中的活动范围不受导线的限制，由于设备在使用前放置过程中也会有一定的耗电情况产生，在使用前自动检测电源模块的电量和使用寿命，方便医务人员提前知晓电量问题，以能够持续地使用，在使用过程中根据气压值改变导风模块的转速值，让用户能够持续性地呼吸到空气，减少用户使用呼吸机过程中的不适感。
实施例二
与实施例一的区别是，报警模块包括多个颜色不同的LED指示灯，由LED指示灯对不同的异常情况进行报警，不同颜色的LED指示灯便于区别开不同的异常情况报警。
实施例三
与实施例一的区别是，控制模块获取气压值时添加获取的时间节点，如给T1时刻的气压值添加此刻的时间节点T1，控制模块获取增速信号后将定时长时间段获取的气压值相减得到气压差量，例如给T1时刻以后五分钟定时长时间段后的气压值添加时间节点T1+5，由控制模块将T1和T1+5的气压值作差值得到气压差量，控制模块获取增速信号后将该气压差量进行判断，控制模块将气压差量与差阈值对比，在气压差量小于差阈值时，由控制模块控制下限呼吸阈值增大，例如将下限呼吸阈值的4CFM增大至6CFM。
由于呼吸面罩在不同松紧程度下，在呼吸面罩的设计标准中规定所需的最低通气量不同，所以通过在加压时检测气压值来判断呼吸面罩的松紧程度，然后控制模块自动改变下限呼吸阈值，提高呼吸面罩内气压控制的准确性，避免在呼吸面罩不同使用状态下以相同的下限呼吸阈值进行导风模块转速调节造成呼吸不畅。
实施例四
与实施例一的区别是，在呼吸机与呼吸面罩间的导气管上设置受控阀，受控阀安装在导气管与呼吸面罩的连接处，控制模块控制连接受控阀，控制模块控制受控阀间歇性地打开和关闭，受控阀直接选择现有尺寸较小的电子气阀即可；初始使用装置时，控制模块在预设时长后控制导风模块降低转速；气压传感模块包括第一气压传感器和第二气压传感器，第一气压传感器设置在呼吸面罩正对用户口鼻之间的区域，第二气压传感器设置在呼吸面罩的侧面处，如在呼吸面罩正对用户脸部或太阳穴等的侧面上；控制模块获取第一气压传感器的正面气压值，控制模块获取第二气压传感器的侧面气压值，控制模块将正面气压值减去侧面气压值得到差值，控制模块判断差值是正值或者负值；当差值为正值时，表示第一气压传感器检测的是呼气时的气压值，控制模块在下一时刻控制受控阀打开；当差值为负值时，表示第一气压传感器检测的是吸气时的气压值，控制模块在下一时刻控制受控阀关闭。
由于用户使用呼吸面罩进行防护时，用户吸气过程中向呼吸面罩内导入过滤后的空气，会使用户感到舒适，用户呼气过程中再向呼吸面罩内导入过滤后的空气，容易阻碍呼出气体的排出，用户需要再次将呼出的气体再吸入体内，影响用户对呼吸面罩的体验感和舒适性；本实施例四通过检测呼吸面罩内正对用户口鼻处的正面气压值与远离用户口鼻处的侧面气压值，并将两处的气压值作差，判断差值是正值还是负值，因呼气时呼吸面罩内的口鼻处的气压会升高，此时，正面气压值会稍大于侧面气压值使得差值为正值，而在呼气的下一时刻即用户的吸气，控制受控阀打开，对用户吸气提供空气；吸气时呼吸面罩内的口鼻处的气压会降低，此时，正面气压值会稍小于侧面气压值使得差值为负值，在吸气的下一时刻即用户呼气时，控制受控阀关闭，避免导入的空气阻碍呼出气体从呼吸面罩散发出去，提高用户使用呼吸面罩的舒适性。
进一步地，本实施例四在用户呼气与吸气的间隙控制受控阀关闭，能够在导气管处积累一定的空气量，在吸气时受控阀打开时集中提供更多的空气量，让用户吸气更顺畅，提高用户的舒适性；且，在间歇性控制受控阀打开或关闭过程中，可以控制导风模块降低转速，从而节省导风模块的功耗；更进一步地，导风模块降低转速后能够减少空气中携带的粉尘或其他物质，从而减少呼吸机进气口处的附着物。
实施例五
与实施例四的区别是，气压传感模块只使用一个，控制模块在预设时长内获取气压传感模块采集气压值的周期性变化作为呼吸频率，预设时长可以设置为一分钟，呼气时气压值高于吸气时气压值，控制模块根据呼吸频率控制受控阀周期性的打开以适应用户吸气，即在气压值较低时控制受控阀打开，控制模块根据呼吸频率控制受控阀周期性关闭以适应用户呼气，即在气压值较高时控制受控阀关闭；初始时，在第一预设时长内受控阀打开，控制模块采集当前的呼吸频率，然后在下一预设时长内根据呼吸频率控制受控阀周期性打开和关闭，如初始的第一分钟内受控阀一直打开供气，同时，控制模块记录用户在第一分钟内的呼吸频率；在第二分钟内按照第一分钟的呼吸频率控制受控阀打开或关闭，并由控制模块记录用户在第二分钟内的呼吸频率供第三分钟使用，如此类推，以上一预设时长的呼吸频率控制下一预设时长内受控阀的供气频率。
根据用户的呼吸频率控制供气频率，让用户呼吸更顺畅，提高用户的舒适性，节省导风模块的功耗，导风模块降低转速后能够减少空气中携带的粉尘或其他物质，从而减少呼吸机进气口处的附着物。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
