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1、(10)申请公布号 CN 103353772 A (43)申请公布日 2013.10.16 CN 103353772 A *CN103353772A* (21)申请号 201310336156.2 (22)申请日 2013.08.05 G05D 11/13(2006.01) (71)申请人 莆田学院 地址 351100 福建省莆田市城厢区龙桥街道 学园中街 1133 号 (72)发明人 林振衡 李文芳 陈军 (54) 发明名称 室内安全富氧浓度控制系统 (57) 摘要 本发明公开了一种室内安全富氧浓度控制系 统, 属于氧气浓度检测和控制技术领域, 包括氧气 浓度传感器、 氧气电磁阀和中央控制器。
2、。其中, 中 央控制器包括有大气压强检测模块、 中央处理器 模块、 继电器控制模块、 氧气浓度检测模块、 实时 时钟模块、 按键模块、 液晶显示模块和电源模块。 本系统能实时测量室内大气压强值和空气中的氧 气浓度值, 并根据测量获得的大气压强值计算出 对应的安全富氧浓度上限值 ; 当室内实际氧浓度 低于安全富氧浓度上限值时, 系统开启氧气电磁 阀给室内供氧 ; 当室内实际氧浓度达到安全富氧 浓度上限值时, 系统将关闭氧气电磁阀, 停止给室 内供氧。适用于不同海拔地区的室内安全富氧浓 度供氧控制。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国。
3、家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103353772 A CN 103353772 A *CN103353772A* 1/1 页 2 1. 一种室内安全富氧浓度控制系统, 其特征在于 : 包括氧气浓度传感器、 氧气电磁阀 和中央控制器 ; 中央控制器包括有大气压强检测模块 (1) 、 中央处理器模块 (2) 、 继电器控 制模块 (3) 、 氧气浓度检测模块 (4) 、 实时时钟模块 (5) 、 按键模块 (6) 、 液晶显示模块 (7) 和 电源模块 (8) ; 所述氧气浓度传感器插接在中央控制器的氧气浓度检测模块 (4) 的。
4、插接口 上 ; 所述氧气电磁阀插接在中央控制器的继电器控制模块 (3) 的插接口上 ; 所述中央控制 器的大气压强模块 (1) 将检测到的室内大气压强信号输入中央处理器模块 (2) , 中央处理 器模块 (2) 根据该压强信号, 换算出室内安全富氧浓度上限值 ; 所述氧气浓度检测模块 (4) 将氧气浓度传感器的微弱信号放大成合适的电压信号再输入中央处理器模块 (2) , 中央处 理器模块 (2) 根据该信号, 测量出室内空气中的实际氧气浓度 ; 所述中央处理器模块 (2) 通 过继电器控制模块 (3) 控制氧气电磁阀的开启和关断 ; 所述时钟模块 (5) 为系统工作提供 参考时间 ; 所述按键。
5、模块 (6) 用于设置控制系统的工作模式及控制参量 ; 所述液晶显示模 块 (7) 用于显示测量和设定的参数 ; 所述电源模块 (8) 用于提供控制系统工作所需的直流 电源。 2. 如权利要求 1 所述的一种室内安全富氧浓度控制系统, 其特征在于 : 所述的大气压 强检测模块 (1) 采用 BMP085 气压传感器, 通过 I2C 总线接口与中央处理器模块 (2) 交换数 据。 3. 如权利要求 1 所述的一种室内安全富氧浓度控制系统, 其特征在于 : 所述的氧气浓 度传感器采用 MOX-2 型氧气传感器, 通过输入插接件 (9) 与氧气浓度检测模块 (4) 相连 ; 所 述的氧气浓度检测模块。
6、 (4) 采用集成运算放大器 LM358 构成的放大电路对 MOX-2 型氧气传 感器产生的微弱电压进行满量程放大, 并将放大信号输入中央处理器模块 (2) 。 4. 如权利要求 1 所述的一种室内安全富氧浓度控制系统, 其特征在于 : 所述的中央处 理器模块 (2) 采用 STC12C5A60S2 单片机 ; 其 P2.6 和 P2.7 口与大气压强检测模块 (1) 相连 ; 其 P1.7 口与氧气浓度检测模块 (4) 相连 ; 其输出控制信号通过 P3.6 口与继电器控制模块 (3) 相连 ; 其 P2.1、 P2.2、 P2.3 和 P2.4 口与按键模块 (6) 相连 ; 其 P0.0。
7、、 P0.1、 P0.2 和 P0.3 口与液晶显示模块 (7) 相连。 5. 如权利要求 1 和 4 所述的一种室内安全富氧浓度控制系统, 其特征在于 : 所述的继 电器控制模块 (3) 采用 74LS04 芯片构成的驱动电路接收来自中央处理器模块 (2) P3.6 口 的控制信号, 通过光电耦合器 TLP521 控制与输出插接件 (10) 相连的氧气电磁阀的开启和 关断。 权 利 要 求 书 CN 103353772 A 2 1/3 页 3 室内安全富氧浓度控制系统 技术领域 0001 本发明涉及安全供氧系统, 特别涉及不同海拔地区的室内安全富氧浓度供氧控制 技术领域。 背景技术 0002。
8、 氧气对人体的新陈代谢具有重要作用, 缺氧会对人体机能产生不良影响, 严重缺 氧会导致生命危险。 近年来, 越来越多的人进入高海拔地区, 而由于海拔增加引起空气中氧 分压下降, 容易产生不同程度的高原反应。 通过分子筛制氧机为室内提供富氧的方法, 可以 大大缓解高原反应引起的不适应感, 但同时也引发新的安全问题。 实验证明 : 在氧分压不变 的条件下, 材料的燃烧速度会随着海拔的升高不断加快。 因此, 不同海拔地区应有相应的安 全富氧浓度上限标准。本发明涉及一种具有高精度氧气浓度测量功能, 且能够根据当地气 压 (或海拔高度) 设置和控制室内安全富氧浓度阈值上限的富氧浓度控制系统, 对保证人体。
9、 安全吸氧具有重要的意义。 发明内容 0003 本发明的目的在于提供一种能够适用于不同海拔高度地区的室内安全富氧浓度 供氧系统。 本系统将氧气浓度传感器、 氧气电磁阀和中央控制器进行整体融合, 设计出具有 高精度氧气浓度检测、 大气压强检测和安全富氧浓度控制功能的供氧控制系统。 工作时, 本 系统的中央控制器首先检测出室内的大气压强, 再根据程序换算出对应该压强值的 “室内 安全富氧浓度上限值” ; 系统实时在线监测室内氧气浓度, 当室内实际氧浓度低于安全富氧 浓度上限值时, 系统开启氧气电磁阀给室内供氧 ; 当室内实际氧浓度达到安全富氧浓度上 限值时, 系统将关闭氧气电磁阀, 停止给室内供氧。
10、, 从而实现对室内富氧浓度的安全监控。 0004 本发明涉及一种室内安全富氧浓度控制系统, 其特征在于 : 所述系统由氧气浓度 传感器、 氧气电磁阀和中央控制器组成 ; 所述中央控制器主要由大气压强检测模块、 中央处 理器模块、 继电器控制模块、 氧气浓度检测模块、 实时时钟模块、 按键模块、 液晶显示模块和 电源模块等模块组成。 0005 本发明涉及一种室内安全富氧浓度控制系统, 包括中央控制器中的大气压强检测 模块, 其特征在于 : 所述的大气压强检测模块采用BMP085气压传感器, 通过I2C总线接口与 中央处理器模块交换数据。 0006 本发明涉及一种室内安全富氧浓度控制系统, 包括氧。
11、气浓度传感器和中央控制器 中的氧气浓度检测模块, 其特征在于 : 所述的氧气浓度传感器采用 MOX-2 型氧气浓度传感 器, 是一种电化学式医疗传感器, 它通过传感器阴、 阳两极在酸性或碱性的电解液中和空气 中的氧气发生氧化还原反应所产生的电流大小来衡量周围空间中氧气的浓度, 传感器内置 的采样电阻将该电流信号转换为微小电压输出 ; 所述的氧气浓度传感器通过输入插接件与 氧气浓度检测模块相连 ; 所述的氧气浓度检测模块通过 LM358 构成的放大电路对氧气浓度 传感器输出的微小电压进行放大, 并将放大后的信号输入中央处理器模块。 说 明 书 CN 103353772 A 3 2/3 页 4 0。
12、007 本发明涉及一种室内安全富氧浓度控制系统, 包括中央控制器的中央处理器模 块, 其特征在于 : 所述的中央处理器模块采用 STC12C5A60S2 单片机, 单片机内烧写有 “安全 富氧浓度上限计算” 程序, 用于根据测量获得的室内大气压强值自动计算出对应的室内安 全富氧浓度上限值, 为室内氧气浓度值的控制提供参考依据 ; 所述的中央处理器单片机芯 片内烧写有 “氧气浓度算法” 程序, 用于根据氧气浓度检测模块发送的数据实计算出室内实 际的氧气浓度 ; 所述的中央处理器模块烧写有应用状态机算法开发的 “氧气浓度控制” 程 序, 该程序根据室内氧气浓度上限值和实际测量的氧气浓度值, 自动控。
13、制氧气电磁阀的开 启或者关断, 从而调节由氧气电磁阀送入室内的氧气供应量, 保持室内氧气浓度处在安全 的富氧浓度范围内。 附图说明 0008 图 1 为本发明的系统结构框图。 0009 图 2 为本发明的中央控制器的组成框图。 0010 图 3 为本发明的中央控制器的电路原理图。 0011 图 4 为本发明采用的两级同相比例放大电路原理图 图中 : 1、 大气压强检测模块 ; 2、 中央处理器模块 ; 3、 继电器控制模块 ; 4、 氧气浓度检测 模块 ; 5、 实时时钟模块 ; 6、 按键模块 ; 7、 液晶显示模块 ; 8、 电源模块 ; 9、 输入插接件 ; 10、 输 出插接件。 具体。
14、实施方式 0012 以下结合附图对本发明进行详细的描述。 0013 一种室内安全富氧浓度控制系统, 其系统结构框图如图 1 所示 : 包括氧气浓度传 感器、 氧气电磁阀和中央控制器 ; 氧气浓度传感器与该系统工作的室内空气环境充分接触, 通过发生电化学反应, 生产与室内实际氧气浓度相关的微弱电压信号 ; 中央控制器接收来 自氧气浓度传感器的微弱电压信号, 实时计算出室内实际的氧气浓度值, 并根据测量获得 的室内压强值换算出对应该大气压强条件下的室内安全富氧浓度上限值, 然后结合测量获 得的实际的氧气浓度值和安全富氧浓度上限值自动控制氧气电磁阀的工作状态, 调节由氧 气电磁阀送入室内的氧气供应量。
15、, 从而保持室内氧气浓度处于安全的富氧浓度范围内。 0014 一种室内安全富氧浓度控制系统, 其中央控制器的组成框图如图 2 所示 : 中央控 制器设计有大气压强检测模块 (1) 、 中央处理器模块 (2) 、 继电器控制模块 (3) 、 氧气浓度检 测模块 (4) 、 实时时钟模块 (5) 、 按键模块 (6) 、 液晶显示模块 (7) 和电源模块 (8) 等模块 ; 中 央处理器模块 (2) 分别与大气压强检测模块 (1) 、 继电器控制模块 (3) 、 氧气浓度检测模块 (4) 、 实时时钟模块 (5) 、 按键模块 (6) 、 液晶显示模块 (7) 和电源模块 (8) 等模块连接 ; 。
16、电源 模块 (8) 提供系统工作所需的 5V 直流电源, 并分别与其他模块相连。 0015 一种室内安全富氧浓度控制系统, 其氧气传感器采用英国 CITY 公司生产的 MOX-2 型氧气传感器, 通过输入插接件 (9) 与氧气浓度检测模块 (4) 相连。工作时该氧气传感器与 室内空气环境充分接触, 以便实时测量室内环境的实际氧气浓度。 0016 一种室内安全富氧浓度控制系统, 其中央控制器中的氧气浓度检测模块 (4) 的电 路如图 3 中对应电路所示 : 通过输入插接件 (9) 引入氧气传感器微弱的电压信号, 采用两级 说 明 书 CN 103353772 A 4 3/3 页 5 放大电路对该。
17、信号进行满量程放大 ; 利用一块双路集成运放芯片 LM358 设计成两级同相比 例放大电路, 其原理图如图4所示, 第一级放大电路的电阻参数R9为33K欧姆, R7为10K欧 姆 ; 第二级放大电路的电阻参数 R12 为 150K 欧姆, R10 为 10K 欧姆, 两级总的放大倍数约为 68.8 倍。 0017 一种室内安全富氧浓度控制系统, 其中央控制器中的大气压强检测模块 (1) 的电 路如图3中对应电路所示 : 采用测量精度高、 线性度好的BMP085气压传感器, 利用电源模块 (8) 的 5V 输出端为其供电, 并通过由 SDA 和 SCL 口组成的 I2C 总线接口与中央处理器模块。
18、 (2) 相连。 0018 一种室内安全富氧浓度控制系统, 其中央控制器中的中央处理器模块 (2) 的电路 如图 3 中对应电路所示 : 采用 STC12C5A60S2 单片机 ; 其 P2.6 和 P2.7 口与大气压强检测模 块 (1) 相连 ; 其 P1.7 口与氧气浓度检测模块 (4) 相连 ; 其输出控制信号通过 P3.6 口与继电 器控制模块 (3) 相连 ; 其 P2.1、 P2.2、 P2.3 和 P2.4 口与按键模块 (6) 相连 ; 其 P0.0、 P0.1、 P0.2 和 P0.3 口与液晶显示模块 (7) 相连 ; 单片机内烧写有 “安全富氧浓度上限计算” 程序、 “。
19、氧气浓度算法” 程序、“氧气浓度控制” 程序等工作程序。 0019 一种室内安全富氧浓度控制系统, 其中央控制器中的实时时钟模块 (5) 的电路如 图 3 中对应电路所示 : 采用 DS1302 芯片和振荡频率为 32768Hz 的晶振片构成时钟电路, 为 系统的工作提供时间基准。 0020 一种室内安全富氧浓度控制系统, 其中央控制器中的按键模块 (6) 和液晶显示模 块 (7) 的电路如图 3 中对应电路所示 : 按键采用轻触按键 ; 液晶显示采用 NOKIA5110 液晶, 5V 直流供电, 并通过单片机的 P20、 P21、 P22、 P23、 P24 与其相连。 0021 一种室内安。
20、全富氧浓度控制系统, 其中央控制器中的继电器控制模块 (3) 的电路 如图 3 中对应电路所示 : 采用 74LS04 芯片构成的驱动电路接收来自中央处理器模块 (2) 的 控制信号, 通过光电耦合器 TLP521 控制与输出插接件 (10) 相连的氧气电磁阀的开启和关 断 ; 当氧气电磁阀开启时, 与其相连的供氧管道给室内供氧 ; 当氧气电磁阀关闭时, 供氧管 道停止给室内供氧。 说 明 书 CN 103353772 A 5 1/2 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103353772 A 6 2/2 页 7 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103353772 A 7 。