本发明公开一种医用悬浮床温度控制系统和方法。系统由离心风机、冷却器、加热单元、温度控制单元、透气板、矽沙颗粒、主控单元组成；加热单元包括加热器I、加热器II、均流板，温度控制单元包括SSR组合开关、SSR的PWM、温度检测、恒温循环水机控温模块。基于能量平衡的静态模型，通过SSR组合开关模块进行加热丝的组合；基于加热动态模型，SSR的PWM模块进行加热丝的PID控制，两段加热使动态过程缩短，温控精度提高，解决了大功率SSR的PWM可靠性不高难题；均流板减小了空气的温度场梯度，提高了温控精度和患者体验；借助背部测温法采集体表温度，建立体表温度与矽沙温度的映射关系，有助于护理质量；恒温循环水机取代自来水冷却器，方便护理降低感染风险。
1. 一种医用悬浮床温度控制系统，其特征在于，系统由离心风机（100）、冷却器（200）、加热单元（300）、温度控制单元（400）、透气板（500）、矽沙颗粒（600）、主控单元（700）组成；
加热单元（300）包括加热器（310）、加热器 （320）、均流板（330），温度控制单元（400）包括SSR组合开关模块（410）、SSR的PWM模块（420）、温度检测模块（430）、恒温循环水机控温模块（440）；SSR组合开关模块（410）由第一SSR开关（411）、第二SSR开关（412）、第三SSR开关（413）、第四SSR开关（414）组成，温度检测模块（430）由第一温度传感器（431）、第二温度传感器（432）、第三温度传感器（433）、第四温度传感器（434）组成，恒温循环水机控温模块（440）由电磁阀（441）、恒温循环水机（442）组成；
离心风机（100）的进风口处安装第一温度传感器（431），第二温度传感器（432）位于均流板（330）和加热器 （320）的中点，第三温度传感器（433）固定在透气板（500）上的床底矽沙内，第四温度传感器（434）则粘贴到正对患者背部肩胛间区的滤单上；主控单元（700）分别与SSR组合开关模块（410）、SSR的PWM模块（420）、温度检测模块（430）、恒温循环水机控温模块（440）相连，SSR组合开关模块（410）与加热器（310）相连，SSR的PWM模块（420）与加热器 （320）相连，恒温循环水机（442）的出水经电磁阀（441）接入冷却器（200），冷却器（200）的回水返回恒温循环水机（442）；
离心风机（100）吸入过滤后的外界空气，空气经冷却器（200）、加热器（310）、均流板（330）、加热器 （320）完成热量交换，即悬浮床的温度控制；加热器 （320）输出温度合适的压缩空气，通过床体底部的透气板（500）至矽沙颗粒（600）；恒温循环水机（442）借助电磁阀（441），调节冷却器（200）与空气的热量交换；根据空气加热的静态特性，SSR组合开关模块（410）确定加热器（310）的电阻式加热丝的组合，调节加热器（310）与空气的热量交换；
根据空气加热的动态特性，SSR的PWM模块（420）进行温度为被控变量的PID控制，改变加热器 （320）电阻式加热丝的占空比，调节加热器 （320）与空气的热量交换；加热器（310）和加热器 （320）之间设置均流板（330），减小加热器（310）输出的压缩空气温度场梯度。
2. 根据权利要求1所述的一种医用悬浮床温度控制系统，其特征在于，所述的加热单元（300）包括加热器（310）、加热器 （320）、均流板（330）；加热器（310）由第1根电阻式加热丝（311）、功率0.5×P_ rating，第2根电阻式加热丝（312）、功率0.2×P_ rating，第3根电阻式加热丝（313）、功率0.2×P_ rating，第4根电阻式加热丝（314）、功率0.1×P_ rating组成，P_ rating是悬浮床使用单根电阻式加热丝的额定功率；第1根电阻式加热丝（311）的一端接零线、另一端接端子2，端子2与第一SSR开关（411）的端口2相连；第2根电阻式加热丝（312）的一端接零线、另一端接端子2，端子2与第二SSR开关（412）的端口2相连；第
3根电阻式加热丝（313）的一端接零线、另一端接端子2，端子2与第三SSR开关（413）的端口2相连；第4根电阻式加热丝（314）的一端接零线、另一端接端子2，端子2与第四SSR开关（414）的端口2相连；加热器 （320）配置功率0.2×P_ rating的第5根电阻式加热丝（321），第5根电阻式加热丝（321）与SSR的PWM模块（420）相连，SSR的PWM模块（420）以第五SSR开关（421）为核心，第5根电阻式加热丝（321）的一端接零线、另一端接端子2；
上述5根电阻式加热丝按环形结构设计，逐一按序固定至风管内壁，加热器（310）的4根电阻式加热丝位于均流板（330）的前半部分，加热器 （320）的电阻式加热丝位于均流板（330）的后半部分；均流板（330）以开方孔的铁板为基板，并在表面贴上各个朝向的扰流板，各方向开口角度均为45°，在其后方形成均匀的风压，减小加热单元（300）出口空气的温度场梯度。
3. 根据权利要求1所述的一种医用悬浮床温度控制系统，其特征在于，所述的温度检测模块（430）的第一温度传感器（431）、第二温度传感器（432）、第三温度传感器（433）、第四温度传感器（434）均以脉宽调制输出方波信号的TMP05/06芯片为核心，芯片之间通过菊花链模式相连；TMP05/06脚3、5接VCC，脚4接地，第一温度传感器（431）的TMP05/06脚1接端子AI430，第四温度传感器（434）的TMP05/06脚2接端子BI430；主控单元（700）读入温度检测模块（430）输出的电平信号，根据公式得 t（0C）=421 –93.875×TH/ TL，TH为高电平时间、TL为低电平时间。
4.根据权利要求1所述的一种医用悬浮床温度控制系统，其特征在于，所述的电磁阀（441）的驱动模块以220D02交流固态继电器SSR为核心，市电AC的L端与交流固态继电器SSR的交流端1相连，交流固态继电器SSR的交流端2、经电磁阀（441）的电磁线圈、与市电AC的N端相连；交流固态继电器SSR的直流“+”端接24V，交流固态继电器SSR的直流“-”端与三极管Q440集电极相连，三极管Q440发射极经R441接地、三极管Q440基极经R442接端子DO441。
5.根据权利要求1所述的一种医用悬浮床温度控制系统，其特征在于，所述的第一SSR开关（411）以220D02交流固态继电器SSR为核心，市电AC的L端与交流固态继电器SSR的交流端1相连，交流固态继电器SSR的交流端2、经端子2和第1根电阻式加热丝（311）、与市电AC的N端相连；交流固态继电器SSR的直流“+”端接24V，交流固态继电器SSR的直流“-”端与三极管Q411集电极相连，三极管Q411发射极经R411接地、三极管Q411基极经R4112接端子DO411；
第二SSR开关（412）以220D02交流固态继电器SSR为核心，市电AC的L端与交流固态继电器SSR的交流端1相连，交流固态继电器SSR的交流端2、经端子2和第2根电阻式加热丝（312）、与市电AC的N端相连；交流固态继电器SSR的直流“+”端接24V，交流固态继电器SSR的直流“-”端与第一三极管集电极相连，第一三极管发射极经第一电阻接地、第一三极管基极经第二电阻接端子DO412；
第三SSR开关（413）以220D02交流固态继电器SSR为核心，市电AC的L端与交流固态继电器SSR的交流端1相连，交流固态继电器SSR的交流端2、经端子2和第3根电阻式加热丝（313）、与市电AC的N端相连；交流固态继电器SSR的直流“+”端接24V，交流固态继电器SSR的直流“-”端与第二三极管集电极相连，第二三极管发射极经第三电阻接地、第二三极管基极经第四电阻接端子DO413；
第四SSR开关（414）以220D02交流固态继电器SSR为核心，市电AC的L端与交流固态继电器SSR的交流端1相连，交流固态继电器SSR的交流端2、经端子2和第4根电阻式加热丝（314）、与市电AC的N端相连；交流固态继电器SSR的直流“+”端接24V，交流固态继电器SSR的直流“-”端与第三三极管集电极相连，第三三极管发射极经第五电阻接地、第三三极管基极经第六电阻接端子DO414；
第五SSR开关（421）以220D02交流固态继电器SSR为核心，市电AC的L端与交流固态继电器SSR的交流端1相连，交流固态继电器SSR的交流端2、经端子2和第5根电阻式加热丝（321）、与市电AC的N端相连；交流固态继电器SSR的直流“+”端接24V，交流固态继电器SSR的直流“-”端与第四三极管集电极相连，第四三极管发射极经第七电阻接地、第四三极管基极经第八电阻接端子DO421。
6.根据权利要求1所述的一种医用悬浮床温度控制系统，其特征在于，所述的主控单元（700）以ATmega128芯片为核心，ATmega128脚6、41分别与端子AI430、BI430相连，ATmega128脚
36、37、38、39、40、31分别与端子DO411、DO412、DO413、DO414、DO441、DO421相连；测温流程由ATmega128发出高电平触发信号至端子BI430，测温信号从端子AI430读入ATmega128。
7. 一种使用如权利要求1所述的医用悬浮床温度控制系统的温控方法，其特征在于，方法的流程由两段加热流程组成：基于空气加热静态特性，采用SSR组合开关确定加热丝组合的加热流程，以及基于空气加热动态特性，通过SSR的PWM进行PID控制的加热流程；
体表温度 shell temperature，t_ shell
矽沙温度 silicon temperature，t_ silicon
均流板温度current boardtemperature，t_ CB
环境温度 environment temperature，t_environment
温度给定值 temperature set value，t_ SV＞0
温度偏差temperature deviation，t_ deviation＞0
医嘱下达“体表温度”t_ shell，仅供护理员参考，不直接参与控制
根据t_ shell，查t_ shell～t_ silicon表
给出“均流板温度”t_ CB∈[t_SV－3×t_ deviation，t_SV－t_ deviation]基于空气加热静态特性，采用SSR组合开关确定加热丝组合的加热流程
令均流板处热空气温度为t_ SV－2×t_ deviation，单位时间内
加热器 发热热量=均流板处热空气带出热量+散热热量
t∈[t_SV－3×t_ deviation，t_SV－t_ deviation]；
基于空气加热动态特性，通过SSR的PWM进行PID控制的加热流程
8.一种使用如权利要求1所述的医用悬浮床温度控制系统的温控方法，其特征在于，所述的恒温循环水机温控方法的流程；
加热单元（300）停止加热，当且仅当达到t_ silicon-t_SV=t_ deviation时，温度检测模块（430）将采样数据送主控单元（700），主控单元（700）下达指令给恒温循环水机控温模块（440），流程如下：（0）初始化，系统读取环境温度t_ environment，矽沙温度t_ silicon，给定温度t_ SV，送恒温循环水机控温模块（440）；
（1）当且仅当达到t_ silicon-t_SV=t_ deviation后，判断温度偏差t_ deviation，（1-1）t_ silicon-t_SV>t_ deviation时，电磁阀（441）得电打开，恒温循环水机控温模块（440）启动制冷；
（1-3）t_ silicon-t_SV=t_ deviation时，电磁阀（441）失电闭合，恒温循环水机控温模块（440）停止工作；
（2）当t_ silicon=t_SV时，结束，蜂鸣器发出“滴”声；
一种医用悬浮床温度控制系统和方法
技术领域
[0001] 本发明属医用悬浮床的技术范畴。特指根据空气加热的静/动态特性，采用两段加热、增设均流板、建立体表-矽沙温度关系、恒温循环水冷却的温控系统。
背景技术
[0002] 1968年，Hargest and Artz在南卡罗来纳大学首次提出医用悬浮床(air-fluidized therapy(AFT))Clinitron MK 11系统，开启了AFT装置用于患者治疗，例如压疮、冠状动脉，神经外科，皮肤移植和烧伤患者等。著名的医用悬浮床厂商有：Blue Chip Medical，Hill-Rom，American Medical Equipment，Arjo，Aurora等；知名的医用悬浮床有TM TM
Blue Chip Medical(AIRUS )，Hill-Rom(CLINITRONⅡ型、Envella )，American Medical TM
Equipment(The FluidAir )，Arjo( Elite)等。国产医用悬浮床则有：北京龙祥
康健科技有限公司的XFCH-1型，宁波翼龙公司的XFCH-01型，宁波登煌公司的YCFCH系列等。
[0003] 医用悬浮床包括控制、冷却、高温加热消毒、称重系统，以及由进风过滤器、加热干燥器、高压风机、微孔透气扩散板、矽沙、专用滤单组成的悬浮流体系统。基于流体力学原理设计悬浮流体系统：洁净压缩空气通过床体底部分布的大量微孔(Φ＝4～25μm)，且与床底等面积的透气扩散板向上喷射；压缩空气驱动上床体内盛有的大量细小矽沙(Φ＝70～140μm)，在矽沙表面形成类似水“沸腾”的状态，提供向上的“浮力”。矽沙上表面覆盖有网孔直径35μm的专用滤单，阻止矽沙的穿越外逸，患者躺在矽沙“浮力”托举的滤单上。悬浮床内矽沙流化形成的“浮力”可减轻患者床单位体表面积和创面所承受的压力；干热空气透过滤单持续倾泻到创面上，使滤单上微生物细胞干燥失活，加速患者创面干燥结痂。
[0004] 医用悬浮床凭借独特的治疗优势，在应用的广度上取得长足进步：医院配置数量逐年增加，其服务范围不再局限于烧伤重症监护室，已逐渐延拓至脑科重症监护室、急诊重症监护室、中心监护室等其它病房。另一方面，医用悬浮床在应用的深度上亦取得可喜成果：多维度挖掘医用悬浮床的潜能提高疗效；标志性成果之一是不同患者的最佳疗效与悬浮床的温度、即压缩空气或矽沙或患者体表的温度关系。相关研究成果列举如下：
[0005] [1]王淑杰等.大面积烧伤患者术后低体温的相关因素及护理对策[J].中国冶金工业医学杂志,2017，(02)：234-235.文献[1]指出，“若患者体温低至28～32℃，应给予保温设施辅助提高体温，如悬浮床加温等措施，复温的速度注意应持续平稳，一般在0.5-1℃/h为宜”。
[0006] [2]姚彩婷等.老年烧伤患者卧悬浮床适宜温度探讨[J].中国医学创新，2015，(01)：131-133.文献[2]指出，“悬浮床温度设定为34～37℃治疗老年烧伤患者创面，能促进创面愈合，缩短住院时间，既保证了床的漂浮状态，又达到了较好的镇痛效果，而且无加重创面损伤及增加并发症的发生”。
[0007] [3]邵艳艳等.11例群体性特重烧伤患者围手术期低体温的护理体会[J].当代护士(上旬刊)，2016，(11)：104-105.文献[3]指出，“术前预加温，术中/后、肠内营养、肾脏替代治疗时保温护理措施，降低患者围手术期低体温发生，并发症发生率”；“将悬浮床床体温度升至39～40℃”。
[0008] [4]彭彩萍.烧伤病人体温不同测量方法的探讨[J].中国社区医师(医学专业),2010，12(36)：207.文献[4]指出，“烧伤病人患者大部分卧床时间长，客观上为背部测温法提供了较好的监测条件，背部测温法不需患者特殊配合，只需患者测温时仰卧，避免挪动背部即可”。
[0009] 综上所述，护理研究成果给出悬浮床温控精度±0.5℃的指标；目前，医用主流悬浮床的实测温控精度＞ABS(±2)℃；显然，温控精度无法支持医用悬浮床的深度应用。追根溯源原因有二：供给侧关注悬浮流体系统的设计，如滤单材料、矽沙尺寸等，而温控精度关注较少。需求侧处在应用的初级阶段，温控精度尚未进入用户的诉求列表；此外，患者测温点的选取是另一个难题。随着医用悬浮床应用的不断深入，需求侧倒逼供给侧提高温度控制系统的精度。
[0010] 不失一般性，以YCFCH型医用悬浮床为例展开论述。风机风速2.6m3/min，临床要求快速升温，故配置P＝1Kw的单根电阻式加热器；加热器位于风机后，缠绕在风管壁的内侧，对流经风管的空气进行加热；借助单个固态继电器(SSR)，实施加热器的PWM比例控制。就悬浮床温度控制系统而言，风机运行产生的热量是可以预估的外部干扰；YCFCH型医用悬浮床的风机型号为DG-300-11-D4，P＝0.75kW。YCFCH配置冷却器，冷却器上方安装6个小型风扇；自来水经电磁阀进入冷却器，给空气降温。本文从温度控制系统存在的问题切入，剖析影响温控精度和可靠性的原因，提出针对性的改进设计。
[0011] 问题1，SSR损坏率偏高。原因：现有技术条件下，大功率SSR的PWM可靠性有待提高。解决方案：设计大功率SSR的开关模式+中小功率SSR的PWM模式的混合模式，取代大功率SSR的PWM模式。
[0012] 问题2，冷却效果欠佳，有碍护理操作，感染风险加大。原因：自来水的温度不可控；引水管绕行病房，妨碍医护人员运动；外接水源是感染风险源。解决方案：引入恒温循环水机取代自来水冷却器+风扇的冷却方案。
[0013] 问题3，温控精度不够。
[0014] 原因1：加热时间短，受到温控相对误差的限制。解决方案：借鉴步进式加热炉的分段加热思想，提出两段加热方案。第1段基于空气加热的静态特性，采用SSR开关组合加热丝的方法，使温度t∈[t_setvalue－3×t_deviation，t_setvalue－t_deviation]，温度设定值t_setvalue＞0，温度偏差t_deviation＞0；第2段基于空气加热的动态特性，通过SSR的PWM进行PID控制，温度t→t_setvalue。
[0015] 原因2：空气的温度分布不均匀，采集的温度值失真。解决方案：风管内增设均流板，再经矽沙热容的温度均匀效应，减小甚至消除空气的温度梯度。
[0016] 原因3：矽沙测温点的温度与患者体表温度的差异。解决方案：护理研究成果(医嘱)基于患者的体表温度，温度控制系统采集矽沙测温点的温度，两者的差异客观存在；采用文献[4]的背部测温法采集体表温度，建立体表温度与矽沙温度的映射关系。
[0017] 医用悬浮床温度控制系统方面较有代表性的知识产权成果综述如下：
[0018] ·发明专利“带有水分去除装置的医用悬浮床”(US5016304)，提出一种蒸发装置，通过冷却和干燥处理空气的介质(例如氟利昂)，与空气室连通的冷凝水收集器，处理空气和体液渗出的水分。且在需要时，通过压缩机到冷凝器的连接管线中的热交换器，进行加热，以便蒸发流化颗粒水分。
[0019] ·发明专利“双恒层流医用悬浮床”(CN201410598290.4)，提出一种双恒层流医用悬浮床，能够提供恒温恒湿环境的封闭仓体和能够自下而上提供恒温恒湿环境，保证病人的背面和正面适宜治疗环境的湿度、温度，且具备移动功能的独立疗养空间。装有杀菌组件，保证了病人在洁净环境下治疗。
[0020] 上述有益探索，有一定的参考价值，但探索成果仍存局限。因此，有必要立足现有研究成果、在对医用悬浮床控温速度和精度上，作进一步的创新设计。
发明内容
[0021] 本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种医用悬浮床温度控制系统和方法。
[0022] 医用悬浮床温度控制系统由离心风机、冷却器、加热单元、温度控制单元、透气板、矽沙颗粒、主控单元组成；加热单元包括加热器I、加热器II、均流板，温度控制单元包括SSR组合开关模块、SSR的PWM模块、温度检测模块、恒温循环水机控温模块；SSR组合开关模块由第一SSR开关、第二SSR开关、第三SSR开关、第四SSR开关组成，温度检测模块由第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器组成，恒温循环水机控温模块由电磁阀、恒温循环水机组成；
[0023] 离心风机的进风口处安装第一温度传感器，第二温度传感器位于均流板和加热器II的中点，第三温度传感器固定在透气板上的床底矽沙内，第四温度传感器则粘贴到正对患者背部肩胛间区的滤单上；主控单元分别与SSR组合开关模块、SSR的PWM模块、温度检测模块、恒温循环水机控温模块相连，SSR组合开关模块与加热器I相连，SSR的PWM模块与加热器II相连，恒温循环水机的出水经电磁阀接入冷却器，冷却器的回水返回恒温循环水机；
[0024] 离心风机吸入过滤后的外界空气，空气经冷却器、加热器I、均流板、加热器II完成热量交换，即悬浮床的温度控制；加热器II输出温度合适的压缩空气，通过床体底部的透气板至矽沙颗粒；恒温循环水机借助电磁阀，调节冷却器与空气的热量交换；根据空气加热的静态特性，SSR组合开关模块确定加热器I的电阻式加热丝的组合，调节加热器I与空气的热量交换；根据空气加热的动态特性，SSR的PWM模块进行温度为被控变量的PID控制，改变加热器II电阻式加热丝的占空比，调节加热器II与空气的热量交换；加热器I和加热器II之间设置均流板，减小加热器I输出的压缩空气温度场梯度。
[0025] 所述的加热单元包括加热器I、加热器II、均流板；加热器I由第1根电阻式加热丝、功率0.5×P_rating，第2根电阻式加热丝、功率0.2×P_rating，第3根电阻式加热丝、功率0.2×P_rating，第4根电阻式加热丝、功率0.1×P_rating组成，P_rating是悬浮床使用单根电阻式加热器的额定功率；第1根电阻式加热丝的一端接零线、另一端接端子2，端子2与第一SSR开关的端口2相连，第2根电阻式加热丝、第3根电阻式加热丝、第4根电阻式加热丝类同；加热器II配置功率0.2×P_rating的第5根电阻式加热丝，电阻式加热丝与SSR的PWM模块相连，SSR的PWM模块以第五SSR开关为核心，第5根电阻式加热丝的连接方式与第1根电阻式加热丝类同；
[0026] 上述5根电阻式加热丝按环形结构设计，逐一按序固定至风管内壁，加热器I的4根电阻式加热丝位于均流板的前半部分，加热器II的电阻式加热丝位于均流板的后半部分；均流板以开方孔的铁板为基板，并在表面贴上各个朝向的扰流板，各方向开口角度均为
45°，在其后方形成均匀的风压，减小加热单元出口空气的温度场梯度。
[0027] 所述的温度检测模块的第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器均以脉宽调制输出方波信号的TMP05/06芯片为核心，芯片之间通过菊花链模式相连；TMP05/06脚3、5接VCC，脚4接地，第一温度传感器的TMP05/06脚1接端子AI430，第四温度传感器的TMP05/06脚2接端子BI430；主控模块读入温度检测模块输出的电平信号，根据公式得t(℃)＝421–93.875×TH/TL，TH为高电平时间、TL为低电平时间。
[0028] 所述的电磁阀的驱动模块以220D02交流固态继电器SSR为核心，市电AC的L端与交流固态继电器SSR的交流端1相连，交流固态继电器SSR的交流端2、经电磁阀的电磁线圈、与市电AC的N端相连；交流固态继电器SSR的直流“+”端接24V，交流固态继电器SSR的直流“-”端与三极管Q440集电极相连，三极管Q440发射极经R441接地、三极管Q440基极经R442接端子DO441。
[0029] 所述的第一SSR开关以220D02交流固态继电器SSR为核心，市电AC的L端与交流固态继电器SSR的交流端1相连，交流固态继电器SSR的交流端2、经端子2和第1根电阻式加热丝、与市电AC的N端相连；交流固态继电器SSR的直流“+”端接24V，交流固态继电器SSR的直流“-”端与三极管Q411集电极相连，三极管Q411发射极经R411接地、三极管Q411基极经R4112接端子DO411；第二SSR开关、第三SSR开关、第四SSR开关、以及第五SSR开关，其组成和连接方式与第一SSR开关类同，分别接端子DO412、DO413、DO414、DO421。
[0030] 所述的主控模块以ATmega128芯片为核心，ATmega128脚6、41分别与端子AI430、BI430相连，ATmega128脚36、37、38、39、40、31分别与端子DO411、DO412、DO413、DO414、DO441、DO421相连；测温流程由ATmega128发出高电平触发信号至端子BI430，测温信号从端子AI430读入ATmega128。
[0031] 所述医用悬浮床温度控制系统的温度控制方法流程由两段加热流程组成：基于空气加热静态特性，采用SSR组合开关确定加热丝组合的加热流程，以及基于空气加热动态特性，通过SSR的PWM进行PID控制的加热流程；
[0032] 变量说明
[0033] 体表温度shell temperature，t_shell
[0034] 矽沙温度silicon temperature，t_silicon
[0035] 均流板温度current boardtemperature，t_CB
[0036] 环境温度environment temperature，t_environment
[0037] 温度给定值temperature set value，t_SV＞0
[0038] 温度偏差temperature deviation，t_deviation＞0
[0039] 算法说明
[0040] 医嘱下达“体表温度”t_shell，仅供护理员参考，不直接参与控制
[0041] 根据t_shell，查t_shell～t_silicon(“矽沙温度”)表
[0042] “温度给定值”t_SV＝t_silicon
[0043] 给出“均流板温度”t_CB∈[t_SV－3×t_deviation，t_SV－t_deviation]
[0044] 基于空气加热静态特性，采用SSR组合开关确定加热丝组合的加热流程
[0045] 令均流板处热空气温度为t_SV－2×t_deviation，单位时间内
[0046] 加热器I发热热量＝均流板处热空气带出热量+散热热量
[0047] －冷空气带入热量－离心风机带入热量
[0048] 确定加热器I的加热丝组合，使加热器I出口空气温度
[0049] t∈[t_SV－3×t_deviation，t_SV－t_deviation]；
[0050] 基于空气加热动态特性，通过SSR的PWM进行PID控制的加热流程
[0051] 建立空气加热的一阶动态模型
[0052] “温度给定值”t_SV＝t_silicon
[0053] 通过SSR的PWM进行温度PID控制
[0054] 使加热器II出口空气温度t→t_SV。
[0055] 所述的恒温循环水机温控方法的流程；
[0056] 加热单元停止加热，当且仅当达到t_silicon-t_SV＝t_deviation后，温度检测模块将采样数据送主控模块，主控模块下达指令给恒温循环水机控温模块，流程如下：
[0057] (0)初始化，系统读取环境温度t_environment，矽沙温度t_silicon，给定温度t_SV，送恒温循环水机控温模块；
[0058] (1)当且仅当达到t_silicon-t_SV＝t_deviation后，判断温度偏差t_deviation，[0059] (1-1)t_silicon-t_SV>t_deviation时，电磁阀得电打开，恒温循环水机控温模块启动制冷；
[0060] (1-2)t_silicon-t_SV
[0061] (1-3)t_silicon-t_SV＝t_deviation时，电磁阀失电闭合，恒温循环水机控温模块停止工作；
[0062] (2)当t_silicon＝t_SV时，结束，蜂鸣器发出“滴”声；
[0063] (3)等待5分钟，返回(1)。
[0064] 本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：
[0065] 基于能量平衡的静态模型进行加热丝的组合加热，基于加热动态模型进行加热丝PWM的PID控制，两段加热法使动态过程缩短，提高了温控精度，解决了大功率SSR的PWM模式可靠性不高难题；均流板减小了空气的温度场梯度，进一步提高了温控精度和患者体验；借助背部测温法采集体表温度，建立体表温度与矽沙温度的映射关系，有助于护理质量；恒温循环水机取代自来水冷却器，方便护理减少感染风险，提高了温控精度。
附图说明
[0066] 图1是医用悬浮床温度控制系统的结构图；
[0067] 图2是加热单元的结构图；
[0068] 图3是均流板结构图；
[0069] 图4是第一温度传感器的电路图；
[0070] 图5是电磁阀驱动模块的电路图；
[0071] 图6是第一SSR开关的电路图；
[0072] 图7是主控单元的电路图；
[0073] 图8是医用悬浮床温度控制的流程图；
[0074] 图9是恒温循环水机控温流程图。
具体实施方式
[0075] 如图1所示，医用悬浮床温度控制系统由离心风机100、冷却器200、加热单元300、温度控制单元400、透气板500、矽沙颗粒600、主控单元700组成；加热单元300包括加热器I 310、加热器II 320、均流板330，温度控制单元400包括SSR组合开关模块410、SSR的PWM模块
420、温度检测模块430、恒温循环水机控温模块440；SSR组合开关模块410由第一SSR开关
411、第二SSR开关412、第三SSR开关413、第四SSR开关414组成，温度检测模块430由第一温度传感器431、第二温度传感器432、第三温度传感器433、第四温度传感器434组成，恒温循环水机控温模块440由电磁阀441、恒温循环水机442组成；
[0076] 离心风机100的进风口处安装第一温度传感器431，第二温度传感器432位于均流板330和加热器II 320的中点，第三温度传感器433固定在透气板500上的床底矽沙内，第四温度传感器434则粘贴到正对患者背部肩胛间区的滤单上；主控单元700分别与SSR组合开关模块410、SSR的PWM模块420、温度检测模块430、恒温循环水机控温模块440相连，SSR组合开关模块410与加热器I 310相连，SSR的PWM模块420与加热器II 320相连，恒温循环水机442的出水经电磁阀441接入冷却器200，冷却器200的回水返回恒温循环水机442；
[0077] 离心风机100吸入过滤后的外界空气，空气经冷却器200、加热器I310、均流板330、加热器II320完成热量交换，即悬浮床的温度控制；加热器II320输出温度合适的压缩空气，通过床体底部的透气板500至矽沙颗粒600；恒温循环水机442借助电磁阀441，调节冷却器200与空气的热量交换；根据空气加热的静态特性，SSR组合开关模块410确定加热器I310的电阻式加热丝的组合，调节加热器I310与空气的热量交换；根据空气加热的动态特性，SSR的PWM模块420进行温度为被控变量的PID控制，改变加热器II320电阻式加热丝的占空比，调节加热器II320与空气的热量交换；加热器I310和加热器II320之间设置均流板330，减小加热器I310输出的压缩空气温度场梯度。
[0078] 如图2、3所示，加热单元300包括加热器I310、加热器II320、均流板330；加热器I310由第1根电阻式加热丝311、功率0.5×P_rating，第2根电阻式加热丝312、功率0.2×P_rating，第3根电阻式加热丝313、功率0.2×P_rating，第4根电阻式加热丝314、功率0.1×P_rating组成，P_rating是悬浮床使用单根电阻式加热器的额定功率；第1根电阻式加热丝311的一端接零线、另一端接端子2，端子2与第一SSR开关411的端口2相连，第2根电阻式加热丝312、第3根电阻式加热丝313、第4根电阻式加热丝314类同；加热器II320配置功率0.2×P_rating的第5根电阻式加热丝321，电阻式加热丝321与SSR的PWM模块420相连，SSR的PWM模块420以第五SSR开关421为核心，第5根电阻式加热丝321的连接方式与第1根电阻式加热丝311类同；
[0079] 上述5根电阻式加热丝按环形结构设计，逐一按序固定至风管内壁，加热器I310的4根电阻式加热丝位于均流板330的前半部分，加热器II320的电阻式加热丝位于均流板330的后半部分；均流板330以开方孔的铁板为基板，并在表面贴上各个朝向的扰流板，各方向开口角度均为45°，在其后方形成均匀的风压，减小加热单元300出口空气的温度场梯度。
[0080] 如图4所示，温度检测模块430的第一温度传感器431、第二温度传感器432、第三温度传感器433、第四温度传感器434均以脉宽调制输出方波信号的TMP05/06芯片为核心，芯片之间通过菊花链模式相连；TMP05/06脚3、5接VCC，脚4接地，第一温度传感器431的TMP05/06脚1接端子AI430，第四温度传感器434的TMP05/06脚2接端子BI430；主控模块700读入温度检测模块430输出的电平信号，根据公式得t(℃)＝421–93.875×TH/TL，TH为高电平时间、TL为低电平时间。
[0081] 如图5所示，电磁阀441的驱动模块以220D02交流固态继电器SSR为核心，市电AC的L端与交流固态继电器SSR的交流端1相连，交流固态继电器SSR的交流端2、经电磁阀441的电磁线圈、与市电AC的N端相连；交流固态继电器SSR的直流“+”端接24V，交流固态继电器SSR的直流“-”端与三极管Q440集电极相连，三极管Q440发射极经R441接地、三极管Q440基极经R442接端子DO441。
[0082] 如图6所示，第一SSR开关411以220D02交流固态继电器SSR为核心，市电AC的L端与交流固态继电器SSR的交流端1相连，交流固态继电器SSR的交流端2、经端子2和第1根电阻式加热丝311、与市电AC的N端相连；交流固态继电器SSR的直流“+”端接24V，交流固态继电器SSR的直流“-”端与三极管Q411集电极相连，三极管Q411发射极经R411接地、三极管Q411基极经R4112接端子DO411；第二SSR开关412、第三SSR开关413、第四SSR开关414、以及第五SSR开关421，其组成和连接方式与第一SSR开关411类同，分别接端子DO412、DO413、DO414、DO421。
[0083] 如图7所示，主控模块700以ATmega128芯片为核心，ATmega128脚6、41分别与端子AI430、BI430相连，ATmega128脚36、37、38、39、40、31分别与端子DO411、DO412、DO413、DO414、DO441、DO421相连；测温流程由ATmega128发出高电平触发信号至端子BI430，测温信号从端子AI430读入ATmega128。
[0084] 如图8所示，医用悬浮床温度控制方法的流程由两段加热流程组成：基于空气加热静态特性，采用SSR组合开关确定加热丝组合的加热流程，以及基于空气加热动态特性，通过SSR的PWM进行PID控制的加热流程；
[0085] 变量说明
[0086] 体表温度shell temperature，t_shell
[0087] 矽沙温度silicon temperature，t_silicon
[0088] 均流板温度current boardtemperature，t_CB
[0089] 环境温度environment temperature，t_environment
[0090] 温度给定值temperature set value，t_SV＞0
[0091] 温度偏差temperature deviation，t_deviation＞0
[0092] 算法说明
[0093] 医嘱下达“体表温度”t_shell，仅供护理员参考，不直接参与控制
[0094] 根据t_shell，查t_shell～t_silicon(“矽沙温度”)表
[0095] “温度给定值”t_SV＝t_silicon
[0096] 给出“均流板温度”t_CB∈[t_SV－3×t_deviation，t_SV－t_deviation]
[0097] 基于空气加热静态特性，采用SSR组合开关确定加热丝组合的加热流程
[0098] 令均流板处热空气温度为t_SV－2×t_deviation，单位时间内
[0099] 加热器I发热热量＝均流板处热空气带出热量+散热热量
[0100] －冷空气带入热量－离心风机带入热量
[0101] 确定加热器I的加热丝组合，使加热器I出口空气温度
[0102] t∈[t_SV－3×t_deviation，t_SV－t_deviation]；
[0103] 基于空气加热动态特性，通过SSR的PWM进行PID控制的加热流程
[0104] 建立空气加热的一阶动态模型
[0105] “温度给定值”t_SV＝t_silicon
[0106] 通过SSR的PWM进行温度PID控制
[0107] 使加热器II出口空气温度t→t_SV。
[0108] 说明1：虽然疗效优劣取决患者体表温度，但背部体表测温法需患者仰卧；因此，体表温度不宜直接参与控制；供护理员在背部测温条件成立时参考，同时用户可激活系统自动修正t_shell～t_silicon表中的t_silicon值。
[0109] 说明2：第1段加热流程的目标是使空气温度落入t_SV－2×t_deviation为中心的、[t_SV－3×t_deviation，t_SV－t_deviation]区间，为第2段加热流程的精确调节创造条件；这与机械手精准取件操作时的分段定位技术如出一辙，能克服PID快速性和超调量矛盾，使动态过程缩短。静态加热模型属公知知识，本文不展开；如冷热空气的热量差
[0110] ΔQ＝q×c×(t_CB－t_environment)，q空气流量，c空气比热。
[0111] 说明3：动态加热模型属公知知识，本文不展开；典型的一阶微分方程模型
[0112]
[0113] T动态加热模型的时间常数，P_PWM加热器II的功率，K放大系数。
[0114] 如图9所示，加热单元300停止加热，当且仅当达到t_silicon-t_SV＝t_deviation后，温度检测模块430将采样数据送主控模块700，主控模块700下达指令给恒温循环水机控温模块440，流程如下：
[0115] (0)初始化，系统读取环境温度t_environment，矽沙温度t_silicon，给定温度t_SV，送恒温循环水机控温模块440；
[0116] (1)当且仅当达到t_silicon-t_SV＝t_deviation后，判断温度偏差t_deviation，[0117] (1-1)t_silicon-t_SV>t_deviation时，电磁阀441得电打开，恒温循环水机控温模块440启动制冷；
[0118] (1-2)t_silicon-t_SV
[0119] (1-3)t_silicon-t_SV＝t_deviation时，电磁阀441失电闭合，恒温循环水机控温模块440停止工作；
[0120] (2)当t_silicon＝t_SV时，结束，蜂鸣器发出“滴”声；
[0121] (3)等待5分钟，返回(1)。
[0122] 说明4：恒温循环水机控温技术属公知范畴，如商品化恒温循环水机产品BLANKETROL II 222型，本文提及不展开。
