具有呼吸训练功能的脉冲式制氧机及其控制方法与流程

1.本发明涉及制氧机技术领域，具体来说涉及一种脉冲式制氧机及其控制方法。


背景技术：

2.人在正常吸气时，横膈膜收缩和外肋间肌收缩，当用力吸气时，还需吸气辅助肌，如斜方肌、斜角肌的协助，这些肌肉收缩的结果使得胸阔上举，胸腔空间扩大到极限。呼吸主要靠这些肌肉的力量参与，呼吸训练就是通过对这些肌肉进行锻炼来改善呼吸效果。
3.呼吸训练主要是通过不同方式要求的呼气和吸气的训练，针对手术前后的病人、慢阻肺病人、老年人、歌唱家、运动员、精神紧张等各类人群，以达到相应的训练目的，例如改善肺功能、提高肺活量、防止细支气管塌陷、消除精神压力、降低心率等。
4.目前呼吸训练器主要是通过机械阻力调节装置，改变吸气阻力的大小。通过大于正常负荷的吸气(吸气主动，呼气被动)训练，以此提高呼吸肌群尤其是横膈肌(主动吸气肌)的肌力和耐力。但是，这种机械装置存在调节不方便的问题，并且现有呼吸训练器在训练过程中，无法与训练者进行交互，无法进行训练记录及训练效果反馈，训练效果不能量化，存在一定的局限性。
5.同时，需要呼吸训练的人群，一般也需要进行吸氧，所以呼吸训练的人群和需要吸氧的人群高度相关，但现有制氧机在吸氧的时候不能进行呼吸训练和效果评定，用户想要同时实现吸氧以及呼吸训练需要单独购置两套装置，增加了成本和使用难度。


技术实现要素：

6.本发明旨在提出一种具有呼吸训练功能的脉冲式制氧机及其控制方法，以实现用户可以通过制氧机进行呼吸训练，并且还可以实现训练效果的量化和反馈。
7.本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
8.一方面，提供一种具有呼吸训练功能的脉冲式制氧机，包括：氧气存气罐、供氧电磁阀、呼吸传感器和控制模块，还包括：密闭氧气面罩，所述氧气存气罐通过供氧电磁阀与密闭氧气面罩管道连接，所述控制模块分别与供氧电磁阀和呼吸传感器电性连接；
9.所述呼吸传感器用于检测用户的实时呼吸压力数据，并将所述实时呼吸压力数据发送至控制模块，所述实时呼吸压力数据包括实时吸气压力数据和实时呼气压力数据；
10.所述控制模块用于在收到呼吸训练指令后，确定标准呼吸压力数据，以及接收实时呼吸压力数据并根据所述实时呼吸压力数据和标准呼吸压力数据生成呼吸评定结果。
11.作为进一步优化，所述确定标准呼吸压力数据，具体包括：
12.在收到呼吸训练指令以及训练强度后，确定与训练强度对应的标准呼吸压力数据。
13.作为进一步优化，所述根据实时呼吸压力数据和标准呼吸压力数据生成呼吸评定结果，具体包括：
14.根据所述标准呼吸压力数据生成标准呼吸压力曲线，根据所述实时呼吸压力数据
生成实时呼吸压力曲线，根据所述标准呼吸压力曲线和实时呼吸压力曲线生成呼吸评定结果，其中，呼吸压力曲线用于表示呼吸压力与时间之间的对应关系。
15.作为进一步优化，所述控制模块还用于在确定标准呼吸压力数据后，确定与标准呼吸压力数据对应的供氧压力阈值，并判断用户的实时吸气压力是否大于供氧压力阈值，若是，则控制供氧电磁阀打开，进行供氧，否则，控制供氧电磁阀关闭，停止供氧。
16.作为进一步优化，根据所述标准呼吸压力曲线和实时呼吸压力曲线生成呼吸评定结果，具体包括：
17.根据所述标准呼吸压力曲线确定标准吸气压力峰值和标准吸气时间，根据所述实时呼吸压力曲线确定实际吸气压力峰值和实际吸气时间，计算得到所述标准吸气压力峰值与实际吸气压力峰值的第一差值以及标准吸气时间与实际吸气时间的第二差值；和/或
18.根据所述标准呼吸压力曲线确定标准呼气压力峰值和标准呼气时间，根据所述实时呼吸压力曲线确定实际呼气压力峰值和实际呼气时间，计算得到所述标准呼气压力峰值与实际呼气压力峰值的第三差值以及标准呼气时间与实际呼气时间的第四差值。
19.作为进一步优化，根据所述标准呼吸压力曲线和实时呼吸压力曲线生成呼吸评定结果，具体还包括：
20.根据所述第一差值以及第二差值计算得到用户的吸气得分，计算公式如下：
21.m1＝100-(k1*pa k2*ta)；
22.式中，m1表示吸气得分，k1和k2为系数，pa为第一差值，ta为第二差值；
23.和/或
24.根据所述第三差值以及第四差值计算得到用户的呼气得分,计算公式如下：
25.m2＝100-(k3*pb k4*tb)；
26.式中，m2表示呼气得分，k3和k4为系数，pb为第三差值，tb为第四差值。
27.作为进一步优化，根据所述标准呼吸压力曲线和实时呼吸压力曲线生成呼吸评定结果，具体还包括：
28.根据所述实时呼吸压力曲线确定实际吸气压力和实际吸气时间，通过对实际吸气压力和实际吸气时间进行积分计算，得到用户的吸气量；和/或
29.根据所述实时呼吸压力曲线确定实际呼气压力和实际呼气时间，通过对实际呼气压力和实际呼气时间进行积分计算，得到用户的肺活量。
30.作为进一步优化，还包括：显示模块，所述显示模块与控制模块电性连接；
31.所述控制模块还用于将所述呼吸评定结果发送至显示模块；
32.所述显示模块用于接收并显示所述呼吸评定结果。
33.作为进一步优化，所述控制模块还用于在用户进行呼吸训练时，根据用户的实时呼吸压力向显示模块发送对应的显示画面；
34.所述显示模块还用于接收并显示所述显示画面。
35.作为进一步优化，还包括：通信模块和终端设备，所述控制模块通过通信模块与终端设备连接；
36.所述终端设备用于通过通信模块向控制模块发送呼吸训练请求和训练强度，以及接收标准呼吸压力曲线、实时呼吸压力曲线和呼吸评定结果；
37.所述控制模块还用于通过通信模块向终端设备发送标准呼吸压力曲线、实时呼吸
压力曲线和呼吸评定结果。
38.另一方面，提供一种具有呼吸训练功能的脉冲式制氧机的控制方法，应用于上述的具有呼吸训练功能的脉冲式制氧机，该方法包括以下步骤：
39.检测用户的实时呼吸压力数据，所述实时呼吸压力数据包括实时吸气压力数据和实时呼气压力数据；
40.在收到呼吸训练指令后，确定标准呼吸压力数据，根据所述实时呼吸压力数据和标准呼吸压力数据生成呼吸评定结果。
41.作为进一步优化，所述确定标准呼吸压力数据，具体包括：
42.在收到呼吸训练指令以及训练强度后，确定与训练强度对应的标准呼吸压力数据。
43.作为进一步优化，该方法还包括：
44.在确定标准呼吸压力数据后，确定与标准呼吸压力数据对应的供氧压力阈值，并判断用户的实时吸气压力是否大于供氧压力阈值，若是，则控制供氧电磁阀打开，进行供氧，否则，控制供氧电磁阀关闭，停止供氧。
45.本发明的有益效果是：本发明所述的具有呼吸训练功能的脉冲式制氧机及其控制方法，在原有的脉冲式制氧机的基础上修改软件并增加一个密闭氧气面罩即可实现呼吸训练功能，降低了使用成本，并且在用户训练过程中还可以与用户进行交互，不仅便于用户查看训练效果，还可以提高呼吸训练的趣味性，此外，用户还可以同时进行吸氧和呼吸训练，提升了用户体验。
附图说明
46.图1为本发明实施例所述的具有呼吸训练功能的脉冲式制氧机的结构示意图；
47.图2为本发明实施例所述的具有呼吸训练功能的脉冲式制氧机的控制方法的流程示意图；
48.图3为本发明实施例所述的呼吸压力曲线示意图；
49.图4为本发明实施例所述的供氧压力阈值的示意图；
50.图5为本发明实施例所述的显示画面的示意图。
具体实施方式
51.下面将结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。
52.本发明提供的具有呼吸训练功能的脉冲式制氧机，包括：氧气存气罐、供氧电磁阀、呼吸传感器和控制模块，还包括：密闭氧气面罩，所述氧气存气罐通过供氧电磁阀与密闭氧气面罩管道连接，所述控制模块分别与供氧电磁阀和呼吸传感器电性连接。其控制方法包括：呼吸传感器检测用户的实时呼吸压力数据并将其发送至控制模块，控制模块在收到呼吸训练指令后，确定标准呼吸压力数据，并根据实时呼吸压力数据和标准呼吸压力数据生成呼吸评定结果。
53.制氧机是制取氧气的一类机器，它的原理是在压力的作用下，通过吸附剂对氧、氮的吸附容量不同来进行氧气和氮气的分离，这样的机器一般以无油压缩机为动力，以分子筛为吸附介质，通过四通阀等元器件的配合，将空气中的氧气和氮气进行分离，最终得到高
浓度的氧气。脉冲式制氧机还在传统弥散式制氧机的基础上增加了一个呼吸传感器和氧气储气罐，氧气通过分子筛制取后存储在氧气储气罐中，呼吸传感器是一个带正负压的压力传感器，其能够通过正负压检测到用户的吸气和呼气，还能检测吸气压力和呼气压力的数值。
54.本发明主要是通过将脉冲式制氧机配备的鼻氧管更换为一个专用的密闭氧气面罩，用户使用脉冲式制氧机的呼吸训练功能时，佩戴密闭氧气面罩后与氧气储气罐之间形成一个密闭空间，进而实现通过脉冲式制氧机内置的呼吸传感器来检测用户的实时呼吸压力数据，再根据呼吸训练对应的标准呼吸压力数据以及采集的用户的实时呼吸压力数据之间的差异即可实现对训练效果的量化，进而生成相应的呼吸评定结果。
55.实施例
56.本发明实施例所述的具有呼吸训练功能的脉冲式制氧机，如图1所示，包括：空气压缩机、冷却系统、电磁阀组模块a、过滤组件、电磁阀组模块b、单片机控制单元、压力传感器、氧气存气罐、呼吸传感器、显示模块和密闭氧气面罩，其中，单片机控制单元中包括控制模块、存储模块、按键和显示模块，所述存储模块和显示模块分别与控制模块电性连接，空气压缩器依次与冷却系统、电磁阀组模块a、过滤组件、电磁阀组模块b和氧气储气罐管道连接，电磁阀组模块a、电磁阀组模块b、压力传感器和呼吸传感器分别与控制模块电性连接，本实施例将原有的鼻氧管替换为密闭氧气面罩，即电磁阀组模块b还与密闭氧气面罩管道连接。
57.基于上述脉冲式制氧机，本实施例中，当用户需要使用脉冲式制氧机的呼吸训练功能时，先佩戴好密闭氧气面罩，再向控制模块发送呼吸训练指令，即可开始呼吸训练，如图2所示，其控制方法包括以下步骤：
58.步骤1、检测用户的实时呼吸压力数据，所述实时呼吸压力数据包括实时吸气压力数据和实时呼气压力数据；
59.可以理解，脉冲式制氧机内置的呼吸传感器设置于电磁阀组模块b与密闭氧气面罩之间的管路上，用户佩戴密闭氧气面罩后与氧气储气罐之间形成一个密闭空间，进而可以通过脉冲式制氧机内置的呼吸传感器来检测用户的实时呼吸压力数据。
60.步骤2、在收到呼吸训练指令后，确定标准呼吸压力数据，根据所述实时呼吸压力数据和标准呼吸压力数据生成呼吸评定结果。
61.本实施例中，所述确定标准呼吸压力数据可以包括：在收到呼吸训练指令以及训练强度后，确定与训练强度对应的标准呼吸压力数据。
62.具体而言，用户可以通过按键向控制模块发送呼吸训练指令以及训练档位，每个训练档位对应不同的训练强度，例如，1-5档，控制模块在收到呼吸训练指令后确定出与训练强度对应的标准呼吸压力数据，其中，标准呼吸压力数据可预先保存在单片机控制单元的存储模块中，训练档位越低，其对应的标准呼吸压力数据中的吸气压力峰值、呼气压力峰值、吸气时间和呼气时间就越小，相应的，训练档位越高，其对应的标准呼吸压力数据中的吸气压力峰值、呼气压力峰值、吸气时间和呼气时间就越大，通过设置不同训练档使得用户可以根据自身需要选择对应的训练强度，从而满足用户的不同需求。
63.在得到实时呼吸压力数据和标准呼吸压力数据之后，即可根据实时呼吸压力数据和标准呼吸压力数据之间的差异对训练效果进行量化，进而生成并反馈用户的呼吸评定结
果，具体实现方法包括：
64.根据所述标准呼吸压力数据生成标准呼吸压力曲线，根据所述实时呼吸压力数据生成实时呼吸压力曲线，根据所述标准呼吸压力曲线和实时呼吸压力曲线生成呼吸评定结果，其中，呼吸压力曲线用于表示呼吸压力与时间之间的对应关系。
65.本实施例中控制模块可以将标准呼吸压力曲线和实时呼吸压力曲线发送至显示模块进行显示，图3示出了一种标准呼吸压力曲线和实时呼吸压力曲线的示意图，实线表示标准呼吸压力曲线，虚线表示实时呼吸压力曲线，显示的标准呼吸压力曲线可以对用户的呼吸训练进行引导，例如，引导用户在本次吸气中，吸气时间达到t1长度，吸气压力达到p1的压力，然后保持t1-t2的时间，在t2时间点开始呼气，呼气保持到t3的时间结束。在t4又开始一个新的吸气和呼气周期，如此周而往复，达到锻炼的效果。
66.本实施例根据这两条曲线中的数据来对训练效果进行量化，进而生成用户的呼吸评定结果，主要包括以下几个方面：
67.第一、根据所述标准呼吸压力曲线确定标准吸气压力峰值和标准吸气时间，根据所述实时呼吸压力曲线确定实际吸气压力峰值和实际吸气时间；计算得到所述标准吸气压力峰值与实际吸气压力峰值的第一差值以及标准吸气时间与实际吸气时间的第二差值。
68.如图3所示，针对吸气训练时，通过计算得到标准吸气压力峰值p1与实际吸气压力峰值p11的第一差值pa，以及标准吸气时间t1与实际吸气时间t11的第二差值ta，
69.用户可以根据呼吸评定结果中的第一差值pa和第二差值ta来判断后续呼吸训练过程中是增加吸气时间还是吸气过程中的吸气压力，进而提高呼吸训练效果。
70.同理，本实施例还可以根据所述标准呼吸压力曲线确定标准呼气压力峰值和标准呼气时间，根据所述实时呼吸压力曲线确定实际呼气压力峰值和实际呼气时间；
71.计算得到所述标准呼气压力峰值与实际呼气压力峰值的第三差值以及标准呼气时间与实际呼气时间的第四差值。
72.如图3所示，针对呼气训练时，通过计算得到标准呼气压力峰值p2与实际呼气压力峰值p22的第三差值pb，以及标准呼气时间t2与实际呼气时间t22的第四差值tb，
73.用户可以根据呼吸评定结果中的第三差值pb和第四差值tb来判断后续呼吸训练过程中是增加呼气时间还是呼气过程中的呼气压力，进而提高呼吸训练效果。
74.第二、本实施例在得到第一差值和第二差值后，还可以根据所述第一差值以及第二差值计算得到用户的吸气得分，计算公式如下：
75.m1＝100-(k1*pa k2*ta)；
76.式中，m1表示吸气得分，k1和k2为系数，pa为第一差值，ta为第二差值。
77.具体地，对第一差值pa和第二差值ta分别取一个系数再进行加权平均，即可得到用户的吸气得分m1，吸气得分m1的数值越大，表明吸气训练时与标准呼吸压力曲线越匹配，数值越小，表明吸气训练时越偏离标准呼吸压力曲线，用户可以根据呼吸评定结果中的吸气得分m1判断吸气训练时所达到的训练效果，进而引导用户进行吸气训练。
78.同理，本实施例在得到第三差值和第四差值后，还可以根据所述第三差值以及第四差值计算得到用户的呼气得分，计算公式如下：
79.m2＝100-(k3*pb k4*tb)；
80.式中，m2表示呼气得分，k3和k4为系数，pb为第三差值，tb为第四差值。
81.具体地，对第三差值pb和第四差值tb分别取一个系数再进行加权平均，即可得到用户的呼气得分m2，呼气得分m2的数值越大，表明呼气训练时与标准呼吸压力曲线越匹配，数值越小，表明呼气训练时越偏离标准呼吸压力曲线，用户可以根据呼吸评定结果中的呼气得分m2判断呼气训练时所达到的训练效果，进而引导用户进行呼气训练。
82.第三、根据所述实时呼吸压力曲线确定实际吸气压力和实际吸气时间，通过对实际吸气压力和实际吸气时间进行积分计算，得到用户的吸气量。根据所述实时呼吸压力曲线确定实际呼气压力和实际呼气时间，通过对实际呼气压力和实际呼气时间进行积分计算，得到用户的肺活量。
83.如图3所示，通过实际吸气压力与实际吸气时间的积分，可以计算出吸气阶段的曲线面积，进而反应用户的吸气量，通过实际呼气压力和实际呼气时间的积分，可以计算出呼气阶段的曲线面积，进而反应用户的呼气量即肺活量，用户根据呼吸评定结果中的吸气量和肺活量判断自身的肺活量水平，进而引导用户进行呼吸训练。
84.本实施例中，在控制模块生成呼吸评定结果后，可以将呼吸评定结果发送至显示模块，通过显示模块对呼吸评定结果进行实时显示，用户可以根据显示的呼吸评定结果查看自身的实时训练效果，进而实现对用户呼吸训练的引导。
85.另外，本实施例中的电磁阀组模块b中包括供氧电磁阀，在用户进行呼吸训练时，控制模块还根据用户的实时吸气压力与供氧压力阈值之间的大小判断是否进行供氧，具体包括：
86.控制模块在确定标准呼吸压力数据后，确定与标准呼吸压力数据对应的供氧压力阈值，并判断用户的实时吸气压力是否大于供氧压力阈值，若是，则控制供氧电磁阀打开，进行供氧，否则，控制供氧电磁阀关闭，停止供氧。
87.其中，供氧压力阈值可以根据标准呼吸压力数据不同而有所不同，通常情况下，训练强度越大，其对应的供氧压力阈值也越大，相应的，训练强度越小，其对应的供氧压力阈值也越小。如图4所示，供氧压力阈值一般取小于标准吸气压力峰值的中等强度的压力值，也可以由用户自主设定。用户进行呼吸训练时，吸气压力需要达到供氧压力阈值时才会进行供氧，并且持续的时间越长，获取的出氧量越大，由此，用户为了获得更多的氧气，会增加吸气压力以及持续的时间，进而提高用户的呼吸训练的积极性，并且还实现了对用户进行同时供氧和呼吸训练，提升了用户体验。
88.另外，本实施例中，存储模块中还存储有多种显示画面，显示画面可以为静态画面也可以为动态画面，控制模块还可以根据用户的实时呼吸压力控制显示模块显示对应的显示画面。
89.如图5所示，显示模块显示卡通人进行吹气的动态画面，当用户的实时呼气压力较小时，水杯上的乒乓球位于第一个杯子上方，当实时吹气压力达到第一阈值时，乒乓球从第一个杯子上方滚落至第二个杯子上方，当实时吹气压力达到第二阈值时，乒乓球从第二个杯子上方滚落至第三个杯子上方。如此可以以趣味游戏的方式引导用户进行呼吸训练，提高了呼吸训练的趣味性。
90.另外，本实施例所述的具有呼吸训练功能的脉冲式制氧机，还包括：通信模块和终端设备，所述控制模块通过通信模块与终端设备连接；
91.所述终端设备用于通过通信模块向控制模块发送呼吸训练请求和训练强度，以及
接收标准呼吸压力曲线、实时呼吸压力曲线和呼吸评定结果；
92.所述控制模块还用于通过通信模块向终端设备发送标准呼吸压力曲线、实时呼吸压力曲线和呼吸评定结果。
93.在本实施例中，通信模块可以为wifi模块、zigbee模块、以太网模块、can模块、rs485模块，但不限于此，通信模块还可以为其他通信模块。其终端设备可以为智能手机、个人电脑、平板电脑、个人数字助理、移动上网设备、智能穿戴设备等。
94.可以理解，用户可以通过终端设备上的app或小程序向脉冲式制氧机发送呼吸训练请求和训练强度，以方便用户进行呼吸训练，并且控制模块可以将用户每次进行呼吸训练时的标准呼吸压力曲线、用户的实时呼吸压力数据以及呼吸评定结果保存至存储模块，并通过通信模块传输至终端设备或服务器，以便于用户查看实时训练数据和历史训练数据。
95.综上所述，本实施例所述的具有呼吸训练功能的脉冲式制氧机及其控制方法，在原有的脉冲式制氧机的基础上修改软件并增加一个密闭氧气面罩即可实现呼吸训练功能，降低了使用成本，并且在用户训练过程中还可以与用户进行交互，不仅便于用户查看训练效果，还可以提高呼吸训练的趣味性，此外，用户还可以同时进行吸氧和呼吸训练，提升了用户体验。