医用分子筛制氧设备供氧量调节系统、方法、设备和介质与流程

本发明属于自动控制技术领域，具体涉及一种医用分子筛中心制氧设备供氧量调节系统、方法、设备和介质。

背景技术：

医用制氧机是指以psa(pressureswingadsorption，变压吸附)技术为基础，从空气中提取氧气的新型设备，其利用分子筛物理吸附和解吸技术在制氧机内装填分子筛，在加压时可将空气中氮气吸附，剩余的未被吸收的氧气被收集起来，经过净化处理后即成为高纯度的氧气。具体工作过程为压缩空气经空气纯化干燥机净化后，通过切换阀进入吸附塔。在吸附塔内，氮气被分子筛吸附，氧气在吸附塔顶部被聚集后进入氧气储罐，再经除异味、除尘过滤器和除菌过滤器过滤即获得合格的医用氧气。主要的配件有：空气罐、空压机、冷干机、制氧主机和氧气罐等。

现有技术中，由若干分子筛制氧设备组成的中心供氧系统中的各个机组之间相互独立工作，根据需要在使用时开启机组，且开机后会持续工作，在需氧量不高的情况下，机器继续按额定供氧量工作会造成资源浪费。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种医用分子筛中心制氧设备供氧量调节系统、方法、设备和介质，用以解决现有技术中存在的至少一个问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种医用分子筛制氧设备供氧量调节系统，包括：

分子筛制氧设备，用于制造并存储高浓度氧气，并通过管道向外接设备输送氧气；

氧气检测模块，用于检测所述分子筛制氧设备的氧气浓度和气压，并输出检测信号；

mcu主控模块，与所述氧气检测单元电连接且与所述分子筛制氧设备通信连接，用于根据所述检测信号生成控制指令以控制所述分子筛制氧设备的启动和关闭。

在一种可能的设计中，所述系统还包括：

数据传输模块，与所述mcu主控模块通信连接，用于接收所述分子筛制氧设备的氧气浓度数据、气压数据以及所述mcu的端口数据并传输至服务器。

在一种可能的设计中，所述分子筛制氧设备包括若干个分子筛制氧机，所述若干个分子筛制氧机分别藕接于市电。

在一种可能的设计中，在根据所述检测信号生成控制指令以控制所述分子筛制氧设备的启动和关闭时，所述mcu主控模块具体用于：

根据所述检测信号中的氧气浓度数据和气压数据计算当前中心供氧系统的供氧量；

判断当前中心供氧系统的供氧量是否大于当前中心供氧系统氧气消耗量的峰值；

若大于，则输出控制指令以控制所述分子筛制氧设备关闭，否则输出控制指令以控制所述分子筛制氧设备启动。

在一种可能的设计中，所述氧气检测模块还包括：

运算放大单元，用于将采集的氧气浓度电信号和气压电信号转换为所述mcu主控模块可以处理的电压信号。

在一种可能的设计中，所述分子筛制氧设备上还设有启停控制模块，与所述mcu主控模块通信连接，用于接收所述mcu的控制指令并控制所述分子筛制氧设备的启停。

在一种可能的设计中，所述数据传输模块包括：

nb-iot数据传输单元，与所述mcu主控模块通信连接，用于接收所述分子筛制氧设备的氧气浓度数据、气压数据以及所述mcu的端口数据并传输至服务器；

以太网数据传输单元，与所述mcu主控模块通信连接，用于在所述nb-iot数据传输单元发生故障时，接收所述分子筛制氧设备的氧气浓度数据、气压数据以及所述mcu的端口数据并传输至服务器。

第二方面，本发明提供一种医用分子筛制氧设备供氧量调节方法，在如第一方面所述的医用分子筛制氧设备供氧量调节系统中应用所述调节方法，对分子筛制氧设备的供氧量进行调节，所述方法包括：

接收分子筛制氧设备的氧气浓度数据和气压数据；

根据所述氧气浓度数据和所述气压数据计算当前中心供氧系统的供氧量；

判断当前中心供氧系统的供氧量是否大于当前中心供氧系统氧气消耗量的峰值；

若大于，则输出控制指令以控制所述分子筛制氧设备关闭，否则输出控制指令以控制所述分子筛制氧设备启动；

将所述氧气浓度数据和所述气压数据以及mcu主控模块的端口数据传输至服务器。

第三方面，本发明还提供一种计算机设备，包括：依次通信相连的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发消息，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如第二方面所述的医用分子筛制氧设备供氧量调节方法。

第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述可读存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如第二方面所述的医用分子筛制氧设备供氧量调节方法。

有益效果：本发明通过氧气检测模块检测分子筛制氧设备的氧气浓度和气压，并通过氧气浓度和气压计算当前中心供氧系统的供氧量是否大于中心供氧系统耗氧量的峰值，若是，则控制分子筛制氧设备停止工作；当供氧量低于中心供氧系统的耗氧量一定程度时，可以控制所述分子筛制氧设备再次启动，使得分子筛制氧设备可以根据实际需要调节供氧量，避免一直按照额定供氧量进行供应，但当供氧量大于需求量时造成浪费，从而节约能源和成本。

附图说明

图1为本发明提供的医用分子筛制氧设备供氧量调节系统的结构示意图；

图2为本发明提供的氧气检测模块的电路原理图；

图3为本发明提供的mcu主控模块的电路原理图；

图4为本发明提供的医用分子筛制氧设备供氧量调节方法的流程图；

图5为本发明提供的计算机设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本说明书实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1所示，第一方面，本申请实施例提供一种医用分子筛制氧设备供氧量调节系统，包括：

分子筛制氧设备，用于制造并存储高浓度氧气，并通过管道向外接设备输送氧气；

其中，需要说明的是，所述分子筛制氧设备采用常规的分子筛制氧机，优选的，所述分子筛制氧设备包括包括若干个分子筛制氧机，且所述若干个分子筛制氧机分别藕接于市电。其中，所述分子筛制氧机包括制氧单元和氧气储罐，所述制氧单元将制造的高浓度氧气经管道输送至所述氧气储罐中进行存储。

氧气检测模块，用于检测所述分子筛制氧设备的氧气浓度和气压，并输出检测信号；

其中，需要说明的是，所述氧气检测模块包括氧气浓度传感器和压力传感器，分别用于监测所述氧气储罐中的氧气浓度和气压。

在一种可能的设计中，所述氧气检测模块还包括：

运算放大单元，用于将采集的氧气浓度电信号和气压电信号转换为所述mcu主控模块可以处理的电压信号。

具体的，由于mcu(microcontrollerunit，微控制单元)主控模块只能识别和处理0～3.3v的电压信号，因此，当所述氧气检测模块向所述mcu主控模块发送电信号时，需要将氧气浓度传感器和压力传感器的4～20ma的电流信号转换成mcu主控模块可以处理的0～3.3v的电压信号。如图2所示，采用由运算放大器u1b、电阻r11～r15构成的运放电路将电流信号转换为相应的电压信号。其中，取样电阻r11使用阻值为100ω的电阻，r12～r15都取同样阻值的电阻。由电路结构可知，vo1输出与输入电流i的关系式为：

与其他电阻相比，r11阻值很小，因此，式(1)可以进一步约简为

vo1≈r11·i(2)

由式(2)可知，当输入电流为4～20ma时，vo1的输出电压为0.4～2v。为向主控芯片adc电路输送0～3.3v的模拟电压信号，进一步采用运算放大单元u1a、电阻r21～r26构成调零电路，并通过运算放大单元u1c、电阻r31～r33构成放大电路将量程放大至0～3.3v。由电路结构可知，vo2输出与vo1输出的关系式为：

vo3输出与vo2输出的关系式为：

取电阻r23为2.3kω，电阻r24为200ω，其余电阻取相同阻值，此时，电压vo2的输出范围为0～1.6v。电阻r31、r32取相同阻值，r33为可调电阻，调整其阻值使得电流i为20ma时，输出电压vo3为3.3v。

可见，通过上述电路，可以将氧气浓度传感器和压力传感器的4～20ma的电流信号转换成mcu主控模块可以处理的0～3.3v的电压信号。

mcu主控模块，与所述氧气检测单元电连接且与所述分子筛制氧设备通信连接，用于根据所述检测信号生成控制指令以控制所述分子筛制氧设备的启动和关闭。

如图3所示，其中，需要说明的是，所述mcu主控模块主要包括主控芯片、程序下载电路、启动模式选择电路、稳压电源电路、晶振电路和复位电路；其中，优选的，主控芯片可采用stm32芯片，稳压电源电路用于为主控芯片提供稳定的3.3v电压，复位电路通过上拉电阻和置低开关来控制其通断，晶振电路通过配置指定大小的电容与stm32芯片的时钟引脚相连。

其中，在一种可能的设计中，在根据所述检测信号生成控制指令以控制所述分子筛制氧设备的启动和关闭时，所述mcu主控模块具体用于：

根据所述检测信号中的氧气浓度数据和气压数据计算当前中心供氧系统的供氧量；

判断当前中心供氧系统的供氧量是否大于当前中心供氧系统氧气消耗量的峰值；

其中，需要说明的是，所述当前中心供氧系统氧气消耗量的峰值的计算方法可以是：

由于医用中心供氧系统氧气气源通过减压装置和管道输送到手术室、抢救室、治疗室和各个病房的终端处，终端开启时为患者提供医疗氧气。而开启氧气终端这一过程是根据患者病情需要的一个随机事件。在实际使用中，氧气终端的开启并不是一个完全平稳的随机过程，但大中型医院的吸氧终端均在数百个以上，其开启过程可以认为接近均匀的分布，指无突起的波峰，虽非每个时段开启数量都平均(指概率均等)，但对于特别的差异情况，当作小概率事件接受。因此，氧气终端的开启过程可近似为一个平稳过程，可以用一个泊松过程描述。

选用常用的概率分布——泊松分布来表示氧气终端每小时开启数量的概率分布情况，则有公式：

式中，t为1h的采样时间间隔，k为氧气终端启用数量，λ为在采样时间t内的氧气终端平均启用的数量。令λ＝αt，α则表示氧气终端平均每小时开启数量(个/h)

为了便于分析计算，我们将计算单位取为m3/h，并将计算数据取整，据此，我们可以得到描述氧气消耗量的概率分布公式：

式中，t为采样时间间隔1h，b为氧气消耗量中的常量整数，k为不小于b的氧气消耗量整数,λ为泊松函数参数，根据泊松分布的特点，其值等于泊松函数的数学期望值和方差值。公式(6)表示氧气消耗量的概率分布是在x轴上以b为起点的泊松分布，小于b的概率均为0。

则基于上述公式(6)，则可以得到氧气消耗量的概率分布，并根据所述氧气消耗量的概率分布，得到氧气消耗量的峰值。

若大于，则输出控制指令以控制所述分子筛制氧设备关闭，否则输出控制指令以控制所述分子筛制氧设备启动。

在一种可能的设计中，所述分子筛制氧设备上还设有启停控制模块，与所述mcu主控模块通信连接，用于接收所述mcu的控制指令并控制所述分子筛制氧设备的启停。

在一种可能的设计中，为了将所述分子筛制氧设备的供氧量进行远程监控，所述系统还包括：

数据传输模块，与所述mcu主控模块通信连接，用于接收所述分子筛制氧设备的氧气浓度数据、气压数据以及所述mcu的端口数据并传输至服务器。

其中，需要说明的是，所述数据传输模块包括：

nb-iot(narrowbandinternetofthings，窄带物联网)数据传输单元，与所述mcu主控模块通信连接，用于接收所述分子筛制氧设备的氧气浓度数据、气压数据以及所述mcu的端口数据并传输至服务器；

以太网数据传输单元，与所述mcu主控模块通信连接，用于在所述nb-iot数据传输单元发生故障时，接收所述分子筛制氧设备的氧气浓度数据、气压数据以及所述mcu的端口数据并传输至服务器。

基于上述公开的内容，本申请实施例第一方面通过氧气检测模块检测分子筛制氧设备的氧气浓度和气压，并通过氧气浓度和气压计算当前中心供氧系统的供氧量是否大于中心供氧系统耗氧量的峰值，若是，则控制分子筛制氧设备停止工作；当供氧量低于中心供氧系统的耗氧量一定程度时，可以控制所述分子筛制氧设备再次启动，使得分子筛制氧设备可以根据实际需要调节供氧量，避免一直按照额定供氧量进行供应，但当供氧量大于需求量时造成浪费，从而节约能源和成本。

如图4所示，第二方面，本发明提供一种医用分子筛制氧设备供氧量调节方法，在如第一方面所述的医用分子筛制氧设备供氧量调节系统中应用所述调节方法，对分子筛制氧设备的供氧量进行调节，所述方法包括：

步骤s101.接收分子筛制氧设备的氧气浓度数据和气压数据；

步骤s102.根据所述氧气浓度数据和所述气压数据计算当前中心供氧系统的供氧量；

步骤s103.判断当前中心供氧系统的供氧量是否大于当前中心供氧系统氧气消耗量的峰值；

步骤s104.若大于，则输出控制指令以控制所述分子筛制氧设备关闭，否则输出控制指令以控制所述分子筛制氧设备启动；

步骤s105.将所述氧气浓度数据和所述气压数据以及mcu主控模块的端口数据传输至服务器。

本实施例第二方面提供的前述方法的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见第一方面或第一方面中任意一种可能设计所述的医用分子筛制氧设备供氧量调节系统，于此不再赘述。

如图5所示，第三方面，本发明还提供一种计算机设备，包括：依次通信相连的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发消息，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如第二方面所述的医用分子筛制氧设备供氧量调节方法。

其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发信息，执行如第二方面中任意一种可能设计所述的医用分子筛制氧设备供氧量调节方法。具体举例的，所述存储器可以但不限于包括随机存取存储器(random-accessmemory，ram)、只读存储器(read-onlymemory，rom)、闪存(flashmemory)、先进先出存储器(firstinputfirstoutput，fifo)和/或先进后出存储器(firstinputlastoutput，filo)等等；所述收发器可以但不限于为wifi(无线保真)无线收发器、蓝牙无线收发器、gprs(generalpacketradioservice，通用分组无线服务技术)无线收发器和/或zigbee(紫蜂协议，基于ieee802.15.4标准的低功耗局域网协议)无线收发器等；所述处理器可以不限于采用型号为stm32f105系列的微处理器。此外，所述网关设备还可以但不限于包括有电源模块、显示屏和其它必要的部件。

本实施例第三方面提供的前述计算机设备的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见第二方面所述的医用分子筛制氧设备供氧量调节方法，于此不再赘述。

第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述可读存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如第二方面所述的医用分子筛制氧设备供氧量调节方法。其中，所述可读存储介质是指存储数据的载体，可以但不限于包括软盘、光盘、硬盘、闪存、优盘和/或记忆棒(memorystick)等，所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。

本实施例第四方面提供的前述计算机设备的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见第二方面所述的医用分子筛制氧设备供氧量调节方法，于此不再赘述。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。