专利名称：一种恒定风量的控制电路和呼吸器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及呼吸器技术领域，尤其是一种恒定风量的控制电路和呼吸器。
背景技术：
呼吸器是工业现场能给使用者提供安全呼吸环境的设备，不但要能够安全可靠的运行，也要能够提供稳定舒适的干净空气。呼吸器电池电压的变化、滤芯的堵塞情况、焊接面罩的风阻等等情况，都会影响到呼吸器出风量的大小。例如在浓密烟雾、高粉尘、有毒气体的环境当中，呼吸器出风量的急剧变化甚至会影响使用者的生命安全。现有的呼吸器，大多使用开环控制。往往只是保证过滤效率，而忽视了使用者的体验效果。呼吸器的电路板通过软硬件可实现众多的功能，例如锂电池电量检测、温度检测、电源的转换、无刷离心风机的控制、堵转保护、过流保护、过温保护、人机界面、各种状况的鸣叫提示，而出风量检测与恒定控制是呼吸器各种功能的核心。因此恒定的出风量至关重要。根据公式，呼吸器的出风量(m3/min)=风速(m/min) X出风口截面积(m2) X单位时间(min)，要想保证恒定的出风量，必须在相同的截面积下保证恒定的风速。
实用新型内容为了克服现有技术中恒定风速控制的问题，本实用新型提供了一种恒定风量的控制电路和呼吸器。本实用新型解 决其技术问题所采用的技术方案是:一种恒定风量的控制电路，由电源模块、电机位置检测模块、风量检测模块、MCU模块和电机驱动模块相互连接而成，所述的电机驱动模块为无刷离心风机驱动模块，所述的风量检测模块设有基本测量电路、运算放大器和反馈电路，所述的MCU模块设有闭环PID算法模块和PWM模块，所述的电机驱动模块由无刷离心风机驱动模块组成；其具体的连接方式为:所述的基本测量电路与运算放大器相连，运算放大器通过反馈电路将物理量风速转化成电压信号输出至MCU模块，通过MCU模块的PID算法块，将误差放大，输出至PWM模块，PWM模块与无刷离心风机驱动模块相连接，控制无刷离心风机驱动模块。根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括所述的基本测量电路上连接有风速传感器。根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括所述的风速传感器集成有两个微型的钼电阻，阻值较小的电阻为加热器，阻值较大的电阻为温度传感器。本实用新型还提供一种呼吸器，该呼吸器具有以上所述的恒定风量的控制电路。本实用新型的有益效果是，本实用新型的控制电路和呼吸器，能够在各个部件允许的极限情况下，依旧提供稳定可靠的出风量，不仅可以提供良好的使用体验，更是在恶劣环境当中给使用者提供进一步的安全保障。
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以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。图1是本实用新型的控制电路框图；图2是本实用新型风速传感器的结构示意图；图3是本实用新型风速与传感器输出电压关系图；图4是本实用新型风速传感器调理电路框图；图5是本实用新型闭环PID算法模块理论框图；图6是本实用新型闭环PID算法模块出风量算法图；图7是本实用新型无刷离心风机驱动框图；图中，1、电源模块，2、电机位置检测模块，4、风量检测模块，5、MCU模块，6、基本测量电路，7、运算放大器，8、反馈电路，9、闭环PID算法模块，10、PWM模块，11、无刷离心风机驱动模块，12、风速传感器，12-1、加热器，12-2、温度传感器。
具体实施方式
如图1是本实用新型的结构示意图，一种恒定风量的控制电路，由电源模块1、电机位置检测模块2、风量检测模块4、MCU模块5和电机驱动模块相互连接而成，所述的电机驱动模块为无刷离心风机驱动模块11，所述的风量检测模块4设有基本测量电路6、运算放大器7和反馈电路8，所述的MCU模块5上设有闭环PID算法模块9和PWM模块10。其具体的连接方式为:所述的基本测量 电路6与运算放大器7相连，运算放大器7通过反馈电路8将物理量风速转化成电压信号输出至MCU模块5，通过MCU模块5的闭环PID算法块9，将误差放大，输出至PWM模块10，PWM模块10与无刷离心风机驱动模块11相连接，控制无刷离心风机驱动模块11。所述的基本测量电路6上连接有风速传感器12。所述的风速传感器12集成有两个微型的钼电阻，阻值较小的电阻RH为加热器12-1，阻值较大的电阻Rs为温度传感器12-2。以及一种呼吸器，所述的呼吸器具有上方所述的恒定风量的控制电路，可实现风量的恒定输出。本实用新型利用风速传感器上钼电阻的温度-阻抗特性，使用惠斯顿测量电桥组成基本测量电路，再使用一片运算放大器将信号放大，并且通过反馈电路控制流经传感器的电流，将物理量风速转化成电压信号输出。利用软件PID算法，将误差放大，进而调整PWM控制电机，让出呼吸器风量维持在恒定出风量的状态。以下，将结合附图展开进一步的说明。如图2是风速传感器的结构示意图，该风速传感器12集成了两个微型的钼电阻，一个阻值较小的作为加热器12-1，另一个阻值较大的双段钼电阻作为温度传感器12-2，以探测气体流动而带动热量的迁移。配合外部调理电路时，这种结构不但能测量气体的流速，还补偿不同环境温度带来的影响，调节控制电压又能改变对应的测量范围，达到最优的测试分辨率。如图3为典型的信号曲线(T5m/s,风速流量Flow velocity [m/s]与传感器输出电压Bridge Voltage U_Bs[V]的关系图。如图4是风速传感器调理电路框图，其中的电阻RH为加热器，电阻Rs为温度传感器。风速传感器12与惠斯顿测量电桥组成基本测量电路，再使用一片运算放大器7将信号放大，并且通过反馈电路8控制流经传感器的电流，将物理量风速转化成电压信号输出。传感器上双段测量钼电阻结构，利用风向侧的冷端钼电阻，同时也能对环境温度的补偿。如图5是闭环PID算法模块理论框图，PID算法，由比例单元 、积分单元、微分单元JTfl-1eW组成，通过HpKd三个参数的设定。用
户设定好目标状态“desired state”与测量状态“measured state”和反馈信号“feedbacksignal”比较，产生差值“E(t)”通过比例单元；._、积分单元黑-￡_)、微分单元
^ 计算后得到当前的控制信号“control signal ”数值，驱动回路输出“Μ”，PID算
法可以根据历史数据和差值的出现率来调整输出值，使系统更加准确而稳定。如图6是闭环PID算法模块出风量算法图，通过测量实际的风速换算成对应的出风量，进行闭环控制。根据当前给定的出风量，首先计算出风量的差值。利用软件PID算法，将误差放大，进而调整PWM控制电机转速，控制实际出风量的输出，将外界对实际出风量的干扰反馈给传感器，进行单位换算后再次计算差值，如此循环，让呼吸器实际出风量维持在恒定出风量的状态。如图7是无刷离心风机驱动模块框图，ARM单片机通过电机控制外设输出6路PWM信号PWMO至PWM5，再通过IGBT驱动器将PWM信号放大，控制功率开关管QO至Q5驱动电机，电机的三相Α、B、C通电顺序由位置传感器HALL-A、HALL-B, HALL-C获得并反馈给单片机处理。无刷电机不依靠电刷来换相，依靠电子换相。相比其他电机而言无刷电机有很多的优点:更好的转速-转矩特性、快速的动态响应、高效率、长寿命，对于呼吸器这个产品而言它保证了尽量低的噪声、大范围的转速调节。本实用新型的控制电路和呼吸器，能够在各个部件允许的极限情况下，依旧提供稳定可靠的出风量，不仅可 以提供良好的使用体验，更是在恶劣环境当中给使用者提供进一步的安全保障。
权利要求1.一种恒定风量的控制电路，由电源模块(I)、电机位置检测模块(2)、风量检测模块(4)和MCU模块(5)和电机驱动模块相互连接而成，其特征是，所述的电机驱动模块为无刷离心风机驱动模块(11)，所述的风量检测模块(4)设有基本测量电路(6)、运算放大器(7)和反馈电路(8)，所述的MCU模块(5)上设有闭环PID算法模块(9)和PWM模块(10)，所述的电机驱动模块(3)由组成；其具体的连接方式为:所述的基本测量电路(6)与运算放大器(7 )相连，运算放大器(7 )通过反馈电路(8 )将物理量风速转化成电压信号输出至MCU模块(5),通过MCU模块(5)的闭环PID算法模块(9)，将误差放大，输出至PWM模块(10)，PWM模块(10)与无刷离心风机驱动模块(11)相连接，控制无刷离心风机驱动模块(11)。
2.根据权利要求1所述的恒定风量的控制电路，其特征是，所述的基本测量电路(6)上连接有风速传感器(12)。
3.根据权利要求2所述的恒定风量的控制电路，其特征是，所述的风速传感器(12)集成有两个微型的钼电阻，阻值较小的电阻RH为加热器(12-1 )，阻值较大的电阻Rs为温度传感器(12-2)。
4.一种呼吸器，其特征是，所述的呼吸器具 有权利要求1-3中任一项所述的恒定风量的控制电路。
专利摘要本实用新型涉及呼吸器技术领域，尤其是一种恒定风量的控制电路和呼吸器，包括由电源模块、电机位置检测模块、风量检测模块、MCU模块和电机驱动模块相互连接而成，特别的是，所述的电机驱动模块为无刷离心风机驱动模块，基本测量电路与运算放大器相连，运算放大器通过反馈电路将物理量风速转化成电压信号输出至MCU模块，通过MCU模块的PID算法块，调整PWM模块，PWM模块与无刷离心风机驱动模块相连接，控制无刷离心风机驱动模块，让出呼吸器风量维持在恒定出风量的状态。本实用新型的控制电路和呼吸器，能够在各个部件允许的极限情况下，依旧提供稳定可靠的出风量，不仅可以提供良好的使用体验，更是在恶劣环境当中给使用者提供进一步的安全保障。
文档编号G05B19/04GK203149319SQ20132017119
公开日2013年8月21日 申请日期2013年4月8日 优先权日2013年4月8日
发明者高为人, 瞿劲 申请人:常州迅安科技有限公司