基於嵌入式CPS醫用病房溫溼度檢測和廢氣過濾排放綜合裝置的製作方法

2023-05-01 02:51:36 1

本發明涉及基於嵌入式CPS醫用病房溫溼度檢測和廢氣過濾排放綜合裝置，屬於醫用環境安全技術領域。

背景技術：

本發明由國家自然科學基金項目（61562051）、雲南省應用基礎研究計劃重點項目（2014FA029）資助研究，主要在於探索CPS等實時嵌入式控制軟體時序建模方法，解決離散邏輯控制與連續時間行為的關聯轉換的難題，為計算進程邏輯時間與物理進程物理時間的一致性提供理論依據。在此基礎上，針對醫療環境安全問題，由於醫用房患者雜、流動性大等特點，室內空氣易汙染。現有很多疾病都是通過空氣進行傳播的，醫院的很多科室、ICU病房對空氣汙染的控制都非常嚴格，有效地消毒淨化醫院空氣，減少因空氣汙染所致醫院內感染是很多醫院防感染工作的重點之一。但是對於大多數醫院的普通病房來說，類似於這種空氣淨化和廢氣過濾的裝置相對較少，因此就會造成普通病房病人和病人家屬的感染率大大增加，所以我們從此出發，設計一個用於普通病房的基於嵌入式CPS醫用病房實時溫溼度檢測和廢氣過濾排放綜合裝置，從而減少患者和家屬的感染率。

技術實現要素：

本發明設計了基於嵌入式CPS醫用病房溫溼度檢測和廢氣過濾排放綜合裝置，主要是為了檢測病房內二氧化碳濃度和溫溼度，進行廢氣過濾，淨化了病房內部空氣，降低病房人員的感染率等問題。

本發明的技術方案是：基於嵌入式CPS醫用病房溫溼度檢測和廢氣過濾排放綜合裝置包括支架、過濾部分、氣體中和池26、進氣管11、控制模塊19、二氧化碳傳感器20和溫溼度傳感器21，所述控制模塊19、二氧化碳傳感器20和溫溼度傳感器21固定在進氣管11下方，進氣管11上方依次設有氣體中和池26和過濾部分，進氣管11固定在支架上；

所述進氣管11兩端設有進氣口I1、進氣口II2，進氣口I1和進氣口II2上分別設有進氣口過濾網I3和進氣口過濾網II4，進氣管11內設有過濾網I5、過濾網II6、過濾網III7、過濾網IV8、吸氣機I9、吸氣機II10；

所述氣體中和池26的池底座12和池壁13均採用防水防腐材質製成；

所述過濾部分包括外殼17和活性炭吸附網16，活性炭吸附網16固定在外殼17內部，外殼17底部設有轉軸14，轉軸14上設有通氣孔15，外殼17頂部設有出氣口18；

所述支架包括支架I22、支架II23，支架I22、支架II23底端分別設有轉輪I24、轉輪II25。

所述二氧化碳傳感器20包括底座I37、熱敏元件31、信號收集板29、探頭I27、探頭II28、內層保護筒32、外層保護筒33，探頭I27、探頭II28與信號收集板29相連，信號收集板29通過電纜I30與熱敏元件31相連，熱敏元件31固定在內層保護筒32中，內層保護筒32外還設有外層保護筒33，外層保護筒33固定在底座I37上，底座I37內部設有電池I38、接線口I39；熱敏元件31包括元件陽極34、陽離子固體電解質35、元件陰極36。

所述溫溼度傳感器21包括探頭40、傳感部分、底座II54，探頭40固定在傳感部分上端，傳感部分固定在底座II54上；傳感部分包括殼體41、電路板52、熱敏電阻48、溼敏電阻49，電路板52通過紐扣I46和紐扣II47固定在殼體41內，熱敏電阻48通過螺絲I42和螺絲II44固定在電路板52上，溼敏電阻49通過螺絲III43和螺絲IV45固定在電路板52上，熱敏電阻48和溼敏電阻49通過電纜II51連接；底座II54內設有電池II50和接線口II53。

所述控制模塊19包括單片機模塊55、濾波電路56、增益放大電路57、廢氣過濾58、二氧化碳濃度檢測電路59、溫溼度檢測電路60；其中單片機模塊55分別與濾波電路56、廢氣過濾58、二氧化碳濃度檢測電路59、溫溼度檢測電路60相連接，濾波電路56與增益放大電路57相連。

所述濾波電路56包括電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、電容C1、電容C2、電容C3、放大器OP1；其中電阻R1一端接輸入信號U1，另一端接電阻R2一端；電阻R2與電阻R3串聯接放大器OP1的正極；電容C1一端接電阻R1和電阻R2之間，另一端接電容C3；電容C2一端接地，另一端接電阻R1和電阻R2之間；電阻R4一端接電容C1和電容C3之間，另一端接電阻R5並通過電阻R6接地；放大器OP1負極接電阻R6和電阻R5之間，放大器OP1輸出極輸出信號U2。

所述增益放大電路57包括電阻R8、電阻R9、電阻R10、電阻R11、電阻R12、電阻R13、電阻R14、電阻R15、電容C4、電容C5、電容C6、電容C7、放大器OP2、放大器OP2、放大器OP3；其中輸入信號接電容C4、電阻R7，電阻R7接入放大器OP2的負極，放大器OP2正極接電源；電阻R8一端接電源，另一端接電阻R7和放大器OP2負極之間；電阻R9一端接電阻R7和放大器OP2負極之間，另一端接電容C8和放大器OP2輸出端之間；電容C8一端接放大器OP2輸出端，另一端接電阻R13和電阻R15之間；電阻R13一端接電阻R15，另一端接電阻R12；電容C5、電容C6與電阻R12並聯；電阻R10一端接電阻R14，另一端接電阻R12；電阻R11一端接電阻R12，另一端接放大器OP3的負極，電容C7一端接電阻R11，另一端接在電阻R14和電阻R15之間；放大器OP3正極接電源，輸出極輸出信號。

所述二氧化碳濃度檢測電路59包括二氧化碳傳感器晶片、電阻R16、電阻R17、電阻R18、電阻R19、電容C9、放大器OP4；其中二氧化碳傳感器晶片管腳1接地，電阻R17一端接二氧化碳傳感器晶片管腳1，另一端接放大器OP4的正極；電阻R18一端接電阻R17和放大器OP4的正極之間，另一端接放大器OP4輸出極和電阻R19之間；電阻R16一端接二氧化碳傳感器晶片管腳2，另一端接放大器OP4的負極；放大器OP4輸出極接電阻R19；電容C9一端接地，另一端接電阻R19和電源之間。

所述溫溼度檢測電路60包括溫溼度傳感器晶片、電阻R20、電容C10；其中溫溼度傳感器晶片的管腳3接地，電阻R20一端接溫溼度傳感器晶片的管腳2，另一端連接溫溼度傳感器晶片的管腳1和電源；電容C10一端接地，另一端接電阻R20和電源之間。

本發明工作原理：本裝置主要應用醫院看護病房，當本裝置被放置在病房內時，二氧化碳傳感器和溫溼度傳感器開始工作，當二氧化碳傳感器檢測到病房內二氧化碳濃度超標後，二氧化碳傳感器將信號通過濾波電路和增益放大電路並發送到控制模塊，控制模塊接受到信號後通過單片機模塊啟動裝置，然後本裝置開始進行室內廢氣過濾。同樣當溫溼度傳感器檢測室內溫溼度過高或過低時，溫溼度傳感器同樣也會通過濾波電路和增益放大電路將信號發送到控制模塊，控制模塊接受到信號後通過單片機模塊啟動裝置，然後本裝置開始進行室內廢氣過濾。

本發明的有益效果：本發明結構簡單、成本低廉，能夠準確測量病房內二氧化碳濃度以及溫溼度，進行廢氣過濾，淨化了病房內部空氣，降低病房人員的感染率。

附圖說明

圖1 為本發明的總體結構圖；

圖2 為本發明的二氧化碳傳感器結構圖；

圖3為本發明的溫溼度傳感器結構圖；

圖4為本發明的控制模塊結構圖；

圖5 為本發明的濾波電路圖；

圖6 為本發明的增益放大電路圖；

圖7 為本發明的二氧化碳濃度檢測電路圖；

圖8 為本發明的溫溼度檢測電路圖；

圖中各標號：1-進氣口I，2-進氣口II，3-進氣口過濾網I，4-進氣口過濾網II，5-過濾網I，6-過濾網II，7-過濾網III，8-過濾網IV，9-吸氣機I，10-吸氣機II，11-進氣管，12-池底座，13-池壁，14-轉軸，15-通氣孔，16-活性炭吸附網，17-外殼，18-出氣口，19-控制模塊，20-二氧化碳傳感器，21-溫溼度傳感器，22-支架I，23-支架II，24-轉輪I，25-轉輪II，26-氣體中和池，27-探頭I，28-探頭II，29-信號收集板，30-電纜I，31-熱敏元件，32-內層保護筒，33-外層保護筒，34-元件陽極，35-陽離子固體電解質，36-元件陰極，37-底座I，38-電池I，39-接線口I，40-探頭，41-殼體，42-螺絲I，43-螺絲III，44-螺絲II，45-螺絲IV，46-紐扣I，47-紐扣II，48-熱敏電阻，49-溼敏電阻，50-電池II，51-電纜II，52-電路板，53-接線口II，54-底座II，55-單片機模塊，56-濾波電路，57-增益放大電路，58-廢氣過濾，59-二氧化碳濃度檢測電路，60-溫溼度檢測電路。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本發明作進一步說明，但本發明內容並不限於所述範圍。

實施例1：當本裝置被放置在病房內時，二氧化碳傳感器20和溫溼度傳感器21開始工作，當二氧化碳傳感器20檢測到病房內二氧化碳濃度超標後，二氧化碳傳感器20將信號通過濾波電路56和增益放大電路57發送到控制模塊19，控制模塊19接受到信號後通過單片機模塊55啟動裝置，然後本裝置開始進行室內廢氣過濾。

本裝置結構如圖1所示，包括支架、過濾部分、氣體中和池26、進氣管11、控制模塊19、二氧化碳傳感器20和溫溼度傳感器21，所述控制模塊19、二氧化碳傳感器20和溫溼度傳感器21固定在進氣管11下方，進氣管11上方依次設有氣體中和池26和過濾部分，進氣管11固定在支架上；

所述進氣管11兩端設有進氣口I1、進氣口II2，進氣口I1和進氣口II2上分別設有進氣口過濾網I3和進氣口過濾網II4，進氣管11內設有過濾網I5、過濾網II6、過濾網III7、過濾網IV8、吸氣機I9、吸氣機II10；

所述氣體中和池26的池底座12和池壁13均採用防水防腐材質製成；

所述過濾部分包括外殼17和活性炭吸附網16，活性炭吸附網16固定在外殼17內部，外殼17底部設有轉軸14，轉軸14上設有通氣孔15，外殼17頂部設有出氣口18；

所述支架包括支架I22、支架II23，支架I22、支架II23底端分別設有轉輪I24、轉輪II25。

如圖2所示：二氧化碳傳感器20包括底座I37、熱敏元件31、信號收集板29、探頭I27、探頭II28、內層保護筒32、外層保護筒33，探頭I27、探頭II28與信號收集板29相連，信號收集板29通過電纜I30與熱敏元件31相連，熱敏元件31固定在內層保護筒32中，內層保護筒32外還設有外層保護筒33，外層保護筒33固定在底座I37上，底座I37內部設有電池I38、接線口I39；熱敏元件31包括元件陽極34、陽離子固體電解質35、元件陰極36。

如圖4所示：控制模塊19包括單片機模塊55、濾波電路56、增益放大電路57、廢氣過濾58、二氧化碳濃度檢測電路59、溫溼度檢測電路60；其中單片機模塊55分別與濾波電路56、廢氣過濾58、二氧化碳濃度檢測電路59、溫溼度檢測電路60相連接，濾波電路56與增益放大電路57相連。

如圖5所示：濾波電路56包括電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、電容C1、電容C2、電容C3、放大器OP1；其中電阻R1一端接輸入信號U1，另一端接電阻R2一端；電阻R2與電阻R3串聯接放大器OP1的正極；電容C1一端接電阻R1和電阻R2之間，另一端接電容C3；電容C2一端接地，另一端接電阻R1和電阻R2之間；電阻R4一端接電容C1和電容C3之間，另一端接電阻R5並通過電阻R6接地；放大器OP1負極接電阻R6和電阻R5之間，放大器OP1輸出極輸出信號U2。

如圖6所示：所述增益放大電路57包括電阻R8、電阻R9、電阻R10、電阻R11、電阻R12、電阻R13、電阻R14、電阻R15、電容C4、電容C5、電容C6、電容C7、放大器OP2、放大器OP2、放大器OP3；其中輸入信號接電容C4、電阻R7，電阻R7接入放大器OP2的負極，放大器OP2正極接電源；電阻R8一端接電源，另一端接電阻R7和放大器OP2負極之間；電阻R9一端接電阻R7和放大器OP2負極之間，另一端接電容C8和放大器OP2輸出端之間；電容C8一端接放大器OP2輸出端，另一端接電阻R13和電阻R15之間；電阻R13一端接電阻R15，另一端接電阻R12；電容C5、電容C6與電阻R12並聯；電阻R10一端接電阻R14，另一端接電阻R12；電阻R11一端接電阻R12，另一端接放大器OP3的負極，電容C7一端接電阻R11，另一端接在電阻R14和電阻R15之間；放大器OP3正極接電源，輸出極輸出信號。

如圖7所示：氧化碳濃度檢測電路59包括二氧化碳傳感器晶片、電阻R16、電阻R17、電阻R18、電阻R19、電容C9、放大器OP4；其中二氧化碳傳感器晶片管腳1接地，電阻R17一端接二氧化碳傳感器晶片管腳1，另一端接放大器OP4的正極；電阻R18一端接電阻R17和放大器OP4的正極之間，另一端接放大器OP4輸出極和電阻R19之間；電阻R16一端接二氧化碳傳感器晶片管腳2，另一端接放大器OP4的負極；放大器OP4輸出極接電阻R19；電容C9一端接地，另一端接電阻R19和電源之間。

實施例2：當溫溼度傳感器21檢測室內溫溼度過高或過低時，溫溼度傳感器21會通過濾波電路56和增益放大電路57將信號發送到控制模塊19，控制模塊19接受到信號後通過單片機模塊55啟動裝置，然後本裝置開始進行室內廢氣過濾。

如圖1所示：於嵌入式CPS醫用病房實時溫溼度檢測和廢氣過濾排放綜合裝置，包括支架、過濾部分、氣體中和池26、進氣管11、控制模塊19、二氧化碳傳感器20和溫溼度傳感器21，所述控制模塊19、二氧化碳傳感器20和溫溼度傳感器21固定在進氣管11下方，進氣管11上方依次設有氣體中和池26和過濾部分，進氣管11固定在支架上；

所述進氣管11兩端設有進氣口I1、進氣口II2，進氣口I1和進氣口II2上分別設有進氣口過濾網I3和進氣口過濾網II4，進氣管11內設有過濾網I5、過濾網II6、過濾網III7、過濾網IV8、吸氣機I9、吸氣機II10；

所述氣體中和池26的池底座12和池壁13均採用防水防腐材質製成；

所述過濾部分包括外殼17和活性炭吸附網16，活性炭吸附網16固定在外殼17內部，外殼17底部設有轉軸14，轉軸14上設有通氣孔15，外殼17頂部設有出氣口18；

所述支架包括支架I22、支架II23，支架I22、支架II23底端分別設有轉輪I24、轉輪II25。

如圖3所示：溫溼度傳感器21包括探頭40、傳感部分、底座II54，探頭40固定在傳感部分上端，傳感部分固定在底座II54上；傳感部分包括殼體41、電路板52、熱敏電阻48、溼敏電阻49，電路板52通過紐扣I46和紐扣II47固定在殼體41內，熱敏電阻48通過螺絲I42和螺絲II44固定在電路板52上，溼敏電阻49通過螺絲III43和螺絲IV45固定在電路板52上，熱敏電阻48和溼敏電阻49通過電纜II51連接；底座II54內設有電池II50和接線口II53。

如圖4所示：控制模塊19包括單片機模塊55、濾波電路56、增益放大電路57、廢氣過濾58、二氧化碳濃度檢測電路59、溫溼度檢測電路60；其中單片機模塊55分別與濾波電路56、廢氣過濾58、二氧化碳濃度檢測電路59、溫溼度檢測電路60相連接，濾波電路56與增益放大電路57相連。

如圖5所示：濾波電路56包括電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、電容C1、電容C2、電容C3、放大器OP1；其中電阻R1一端接輸入信號U1，另一端接電阻R2一端；電阻R2與電阻R3串聯接放大器OP1的正極；電容C1一端接電阻R1和電阻R2之間，另一端接電容C3；電容C2一端接地，另一端接電阻R1和電阻R2之間；電阻R4一端接電容C1和電容C3之間，另一端接電阻R5並通過電阻R6接地；放大器OP1負極接電阻R6和電阻R5之間，放大器OP1輸出極輸出信號U2。

如圖6所示：增益放大電路57包括電阻R8、電阻R9、電阻R10、電阻R11、電阻R12、電阻R13、電阻R14、電阻R15、電容C4、電容C5、電容C6、電容C7、放大器OP2、放大器OP2、放大器OP3；其中輸入信號接電容C4、電阻R7，電阻R7接入放大器OP2的負極，放大器OP2正極接電源；電阻R8一端接電源，另一端接電阻R7和放大器OP2負極之間；電阻R9一端接電阻R7和放大器OP2負極之間，另一端接電容C8和放大器OP2輸出端之間；電容C8一端接放大器OP2輸出端，另一端接電阻R13和電阻R15之間；電阻R13一端接電阻R15，另一端接電阻R12；電容C5、電容C6與電阻R12並聯；電阻R10一端接電阻R14，另一端接電阻R12；電阻R11一端接電阻R12，另一端接放大器OP3的負極，電容C7一端接電阻R11，另一端接在電阻R14和電阻R15之間；放大器OP3正極接電源，輸出極輸出信號。

如圖8所示：溫溼度檢測電路60包括溫溼度傳感器晶片、電阻R20、電容C10；其中溫溼度傳感器晶片的管腳3接地，電阻R20一端接溫溼度傳感器晶片的管腳2，另一端連接溫溼度傳感器晶片的管腳1和電源；電容C10一端接地，另一端接電阻R20和電源之間。

實例3：當二氧化碳傳感器20和溫溼度傳感器21同時檢測到病房內二氧化碳濃度過高和溫溼度或高或低時，二氧化碳傳感器20和溫溼度傳感器21會同時通過濾波電路56和增益放大電路57將信號發送到控制模塊19，控制模塊19接受到信號後通過單片機模塊55啟動裝置，然後本裝置開始進行室內廢氣過濾。

如圖1所示：一種基於嵌入式CPS醫用病房實時溫溼度檢測和廢氣過濾排放綜合裝置，包括支架、過濾部分、氣體中和池26、進氣管11、控制模塊19、二氧化碳傳感器20和溫溼度傳感器21，所述控制模塊19、二氧化碳傳感器20和溫溼度傳感器21固定在進氣管11下方，進氣管11上方依次設有氣體中和池26和過濾部分，進氣管11固定在支架上；

所述進氣管11兩端設有進氣口I1、進氣口II2，進氣口I1和進氣口II2上分別設有進氣口過濾網I3和進氣口過濾網II4，進氣管11內設有過濾網I5、過濾網II6、過濾網III7、過濾網IV8、吸氣機I9、吸氣機II10；

所述氣體中和池26的池底座12和池壁13均採用防水防腐材質製成；

所述過濾部分包括外殼17和活性炭吸附網16，活性炭吸附網16固定在外殼17內部，外殼17底部設有轉軸14，轉軸14上設有通氣孔15，外殼17頂部設有出氣口18；

所述支架包括支架I22、支架II23，支架I22、支架II23底端分別設有轉輪I24、轉輪II25。

如圖2所示：二氧化碳傳感器20包括底座I37、熱敏元件31、信號收集板29、探頭I27、探頭II28、內層保護筒32、外層保護筒33，探頭I27、探頭II28與信號收集板29相連，信號收集板29通過電纜I30與熱敏元件31相連，熱敏元件31固定在內層保護筒32中，內層保護筒32外還設有外層保護筒33，外層保護筒33固定在底座I37上，底座I37內部設有電池I38、接線口I39；熱敏元件31包括元件陽極34、陽離子固體電解質35、元件陰極36。

如圖3所示：溫溼度傳感器21包括探頭40、傳感部分、底座II54，探頭40固定在傳感部分上端，傳感部分固定在底座II54上；傳感部分包括殼體41、電路板52、熱敏電阻48、溼敏電阻49，電路板52通過紐扣I46和紐扣II47固定在殼體41內，熱敏電阻48通過螺絲I42和螺絲II44固定在電路板52上，溼敏電阻49通過螺絲III43和螺絲IV45固定在電路板52上，熱敏電阻48和溼敏電阻49通過電纜II51連接；底座II54內設有電池II50和接線口II53。

如圖4所示：控制模塊19包括單片機模塊55、濾波電路56、增益放大電路57、廢氣過濾58、二氧化碳濃度檢測電路59、溫溼度檢測電路60；其中單片機模塊55分別與濾波電路56、廢氣過濾58、二氧化碳濃度檢測電路59、溫溼度檢測電路60相連接，濾波電路56與增益放大電路57相連。

如圖5所示：濾波電路56包括電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、電容C1、電容C2、電容C3、放大器OP1；其中電阻R1一端接輸入信號U1，另一端接電阻R2一端；電阻R2與電阻R3串聯接放大器OP1的正極；電容C1一端接電阻R1和電阻R2之間，另一端接電容C3；電容C2一端接地，另一端接電阻R1和電阻R2之間；電阻R4一端接電容C1和電容C3之間，另一端接電阻R5並通過電阻R6接地；放大器OP1負極接電阻R6和電阻R5之間，放大器OP1輸出極輸出信號U2。

如圖6所示：增益放大電路57包括電阻R8、電阻R9、電阻R10、電阻R11、電阻R12、電阻R13、電阻R14、電阻R15、電容C4、電容C5、電容C6、電容C7、放大器OP2、放大器OP2、放大器OP3；其中輸入信號接電容C4、電阻R7，電阻R7接入放大器OP2的負極，放大器OP2正極接電源；電阻R8一端接電源，另一端接電阻R7和放大器OP2負極之間；電阻R9一端接電阻R7和放大器OP2負極之間，另一端接電容C8和放大器OP2輸出端之間；電容C8一端接放大器OP2輸出端，另一端接電阻R13和電阻R15之間；電阻R13一端接電阻R15，另一端接電阻R12；電容C5、電容C6與電阻R12並聯；電阻R10一端接電阻R14，另一端接電阻R12；電阻R11一端接電阻R12，另一端接放大器OP3的負極，電容C7一端接電阻R11，另一端接在電阻R14和電阻R15之間；放大器OP3正極接電源，輸出極輸出信號。

如圖7所示：二氧化碳濃度檢測電路59包括二氧化碳傳感器晶片、電阻R16、電阻R17、電阻R18、電阻R19、電容C9、放大器OP4；其中二氧化碳傳感器晶片管腳1接地，電阻R17一端接二氧化碳傳感器晶片管腳1，另一端接放大器OP4的正極；電阻R18一端接電阻R17和放大器OP4的正極之間，另一端接放大器OP4輸出極和電阻R19之間；電阻R16一端接二氧化碳傳感器晶片管腳2，另一端接放大器OP4的負極；放大器OP4輸出極接電阻R19；電容C9一端接地，另一端接電阻R19和電源之間。

如圖8所示：溫溼度檢測電路60包括溫溼度傳感器晶片、電阻R20、電容C10；其中溫溼度傳感器晶片的管腳3接地，電阻R20一端接溫溼度傳感器晶片的管腳2，另一端連接溫溼度傳感器晶片的管腳1和電源；電容C10一端接地，另一端接電阻R20和電源之間。

上面結合附圖對本發明的具體實施方式作了詳細說明，但是本發明並不限於上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識範圍內，還可以在不脫離本發明宗旨的前提下作出各種變化。