技术领域
[0001] 本实用新型
专利涉及便携电动呼吸机和无刷直流
电机控制技术领域。主要涉及基于正压式呼吸机压
力的控制、基于ARM的无刷直流电机速度
控制器。技术背景
[0002] 阻塞性睡眠呼吸暂停综合症是一种常见成人睡眠呼吸障碍
疾病。临床表现为睡眠时响亮打鼾、反复睡眠呼吸暂停，严重影响自身健康和他人的睡眠
质量。持续气道正压
治疗是目前临床治疗阻塞型睡眠呼吸暂停综合症最为安全和有效的方法，持续气道正压治疗的基本原理是：在患者睡眠时，提供适当的气道正压，撑开气道以保证呼吸气流畅，以达到消除呼吸暂停事件的目的。
[0003] 随着机械
电子技术的发展，便携式呼吸机成为治疗常见呼吸疾病和调理呼吸功能的常用医疗器械。作为家用医疗产品，便携式呼吸机的充气系统必须满足重量轻、功率小、调速方便，可适用范围广等要求，这也就呼吸机控制系统必须满足简单可靠、性价比高的要求。随着计算机技术、集成
电路技术的飞速发展，基于
嵌入式系统的呼吸机控制系统也应运而生。
[0004] ARM(Advanced RISC Machine)是一种32位
微处理器结构，具备
硬件高度集成化、运行性能稳定的特点。另外，ARM所具有运算速度快外设功能多的优点，可在不额外增加硬件电路的前提下，即可实现呼吸机的相关功能。无刷直流电机功率
密度高，结构简单，调速性能好且无需
位置传感器即可满足呼吸机气流控制要求，是理想呼吸机用控制电机。由此可见ARM和无刷直流电机为核心的控制系统是一种理想的便携式电动呼吸机的控制系统。实用新型内容
[0005] 本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单的便携
持续正压通气式电动呼吸机。
[0006] 为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种便携持续正压通气式电动呼吸机，包括气路系统、控制系统以及供电装置；所述气路系统包括依次通过气流通道相互连接的过滤装置、微
涡轮风机电机和面罩，气流通道内设置与微涡轮风机电机相配合的微涡轮风机；所述控制系统包括按键与显示电路、ARM控制器、
大气压力
温度传感器、
电池及充电管理电路、微差压传感器；所述面罩或者面罩与微涡轮风机之间的气流通道内设置微差压传感器；所述ARM控制器分别与按键与显示电路、大气压力温度传感器、微差压传感器、微涡轮风机电机、电池及充电管理电路
信号连接；所述供电装置通过电池及充电管理电路分别与微涡轮风机电机、ARM控制器按键与显示电路、大气压力温度传感器、微差压传感器、微涡轮风机电机电连接。
[0007] 作为对本实用新型所述的便携持续正压通气式电动呼吸机的改进：所述ARM控制器集成PWM功率驱动模
块，该PWM功率驱动模块通过逆变桥电路与微涡轮风机电机相连接；所述逆变桥电路通过电池及充电管理电路与供电装置电连接。
[0008] 作为对本实用新型所述的便携持续正压通气式电动呼吸机的进一步改进：所述供电装置为锂电池。
[0009] 作为对本实用新型所述的便携持续正压通气式电动呼吸机的进一步改进：所述按键与显示电路由按钮和LED构成。
[0010] 作为对本实用新型所述的便携持续正压通气式电动呼吸机的进一步改进：所述微差压传感器和大气压力温度传感器都是集成式有源传感器直接输出
数字量，通过I2C总线与ARM控制器连接。
[0011] 本实用新型的有益效果：
[0012] 1.由微差压传感器和大气压力温度集成式传感器组成的压力流量
数据采集电路可快速地检测面罩中压力的变化，从而使控制电路能够及时调整气道流量和压力，以保证风机的转速与患者的呼吸高度同步。
[0013] 2.基于ARM的集成式无刷直流电机控制电路具有硬件集成度高、可靠性高、动态响应快、性价比高的特点，是理想的便携式电动呼吸机风机驱动控制方案。
附图说明
[0014] 图1是本实用新型的主要结构示意图；
具体实施方式
[0016]
实施例1、图1～图2给出一种便携持续正压通气式电动呼吸机；包括气路系统1、控制系统2以及供电装置。
[0017] 其中，气路系统1包括依次通过气流通道相互连接的过滤装置11、微涡轮风机(微涡轮风机上设置有微涡轮风机电机12驱动)和面罩13；该面罩13符合人体脸部模型形状，适宜佩戴，而过滤装置11则采用过滤网，过滤较大的物品，防止在本实用新型的设备使用的时候，异物被气流送入
呼吸道而产生呼吸阻塞等现象。
[0018] 以上所述的控制系统2包括按键与显示电路、ARM控制器21、大气压力温度传感器25、电池及充电管理电路22、微差压传感器24；该ARM控制器21分别与按键与显示电路、大气压力温度传感器25、微差压传感器24、微涡轮风机电机12、电池及充电管理电路22信号连接；其中，ARM控制器21与微涡轮风机电机12之间通过逆变桥电路23相连接，其ARM控制器21产生的ARM信号通过逆变桥电路23输出到微涡轮风机电机12，控制微涡轮风机电机12的相关转速，并通过该转速控制后，实现进入面罩13内的正向气流大小。而ARM控制器21通过按键与显示电路实现
控制信号的输出与输入，其中，按键与显示装置可以采用如现有的电容触控屏设备或者集成的按钮和LED等。大气压力温度传感器25收集使用场景中的相关大气压力和温度数据，并将相关数据反馈到ARM控制器21，由ARM控制器21处理后产生相关的控制信号输出，而进一步的，在面罩13内部内置微差压传感器24，通过微差压传感器24实现面罩13内部的压力数据监控，并实时将该监控数据反馈到ARM控制器21，由ARM控制器21处理后产生相关的控制信号输出。
[0019] 以上所述的供电装置为直流电存储与输出装置，如锂电池或者其他类型的电池等，其通过电池及充电管理电路22进行充
放电管理。该供电装置通过电池及充电管理电路22分别与微涡轮风机电机12、ARM控制器21按键与显示电路、大气压力温度传感器25、微差压传感器24、微涡轮风机电机12电连接(附图中，为了保持图面整洁，不显示任何电连接关系)。
[0020] 以上所述的控制器芯片为新一代的高度集成、多功能化的ARM芯片(如技领
半导体公司的PAC52XX系列)。该类芯片主要具备高速的ARM Cortex-M0 32位处理器核心、电源管理模块、可配置的模拟前端以及PWM功率驱动模块。另外，芯片有32KB的嵌入式闪存和8KB的SRAM
存储器，一个10位1μs的高速
模数转换器(ADC)，并且带有两条自动
采样序列，5V/3.3V可配置I/Os，灵活的时钟源，
定时器，多功能14通道的PWM驱动引脚和多个串行
接口，能够完全满足呼吸机的控制程序编写要求。
[0021] 整个控制系统有12V锂电池供电。逆变桥电路23由电池
电压直接供电。自带电源管理模块的ARM芯片将12V变换为供压力温度数据采集芯片使用的3.3V和内部MCU使用的1.8V。系统有专
门电池及充电管理电路22(如华之美公司的HM3063)，在电池电压不足时，外连直流12V电压对锂电池充电。
[0022] 呼吸机运行时，将面罩13戴好并打开电源，微涡轮风机电机12保持一定转速，控制微涡轮风机输出气流，使人体感觉正压力气流。
[0023] 当患者吸气时，由于气道阻塞使得面罩13气压低于正常正压力
水平，压力信号由微差压传感器24检测到，并反馈到ARM控制器21，ARM控制器21根据大气压力和温度(外置的大气压力温度传感器25反馈获得)计算出相应的转速值，控制微涡轮风机电机12(无刷直流电机)
加速，使微涡轮风机输出的气流流量增加，从而使面罩内压力增加，迫使气体流入
肺内，且面罩压力保持在正常正压力水平；
[0024] 当患者呼气时，由于微涡轮风机输出气流与肺内气排出气流方向互逆，两种气流相冲使得面罩13与微涡轮风机之间的气流通道内压力高于正常正压力水平，同样由微差压传感器24
感知到后又反馈到ARM控制器21，并由ARM控制器21控制电机减速，减小微涡轮风机输出流量，输出压力降低，仍使面罩13与微涡轮风机之间的气流通道内压力保持在正常正压力水平。微差压传感器24和大气压力温度传感器25都是集成式有源传感器直接输出数字量，通过I2C总线与ARM控制器21连接。
[0025] 在整个通气过程中，呼吸机持续往气道内输入气流，面罩13内气压的正压力强制性的保持人体咽喉的气道通畅，以消除呼吸暂停事件。按键与显示电路由按钮和LED构成用于调整电机运行加减速时间和显示
电源电压值。
[0026] 控制微涡轮风机电机12为无刷直流电机，采用常用的基于反电势检测的无
位置传感器速度检测方法，整个系统控制流程如图2所示。期望转速由主要由面罩13压力按比例计算得到，大气压力、温度按一定的系数对期望转速进行修正。期望转速与实际转速的差值作为转速比例积分的输入，控制PWM占空比的大小，从而起到调整转速的效果。
[0027] 最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的一个具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有许多
变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。
