超声波雾化片雾化量的控制系统及方法

摘要

本发明提供一种超声波雾化片雾化量的控制系统及方法，该控制系统包括：微控制模块、雾化驱动模块、功率反馈模块和超声波雾化片，微控制模块为雾化驱动模块提供多个频率点的方波信号，接收功率反馈模块反馈的多个频率点对应的实际雾化电流，根据实际雾化电流获取实际平均雾化功率，依据实际平均雾化功率调节多个频率点的方波信号，根据方波信号控制超声波雾化片的雾化量。本发明通过反馈超声波雾化片的实际雾化电流获取实际雾化功率，根据实际雾化功率控制雾化量，从而保持超声波雾化片雾化量的一致性。

说明书

技术领域

本发明涉及雾化片技术领域，尤其涉及一种超声波雾化片雾化量的控制系统及方法。

背景技术

超声波雾化片是通过在其雾化元件，例如压电陶瓷雾化片，上施加高频的交流激励，由于压电材料的逆压电效应，发生电能到机械能的能量转换，产生机械应力，压电陶瓷雾化片发生高频谐振，击打液面的液体，液态水分子结构在高频的谐振下被打散，从而产生自然飘逸的水雾，该过程为压电陶瓷雾化片的雾化过程。这种雾化方法简单，可以产生毫克，微克级别的雾化量，产生的高频振荡对人体及动物无伤害，且不需加热或添加任何化学试剂，已经广泛的运用于实际生活中，特别受到现代先进生物医疗领域的青睐，成为给药系统的一项有力工具。将超声波雾化片应用于给药系统中，雾化片高频振动使药液转化成气溶胶雾粒，振动的强度与其气溶胶颗粒的多少呈正相关，振动越强，产生气溶胶微粒的量就越多，密度也越大。但是对于缺氧或低氧血症的患者要慎用或不能长时间用，因为它产生的气溶胶的密度大，吸入后气道内氧分压相对偏低。

压电陶瓷雾化片主要由压电陶瓷片与金属基板粘接组成，由于压电陶瓷片、金属基板等主要组成部分的材料本身差异以及制作工艺上带来的一些不可避免的差异，造成了压电陶瓷雾化片的谐振频率及其它电性能参数存在差异，同一批雾化片在雾化过程的实际雾化量也存在差异性。此外，压电陶瓷雾化片的谐振频率也容易受到实际工况影响，例如，由于雾化片的固定约束存在差异，温度变化和/或液位变化，雾化谐振频率也会发生漂移。

控制好雾化片雾化量的多少至关重要，若压电陶瓷雾化片的雾化量存在不一致性，在实际应用中会造成患者摄取药物过多或过少，均不利于患者的治疗康复，因此，控制超声波雾化量，保持超声波雾化片雾化量一致性成为目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种超声波雾化片雾化量的控制系统及方法，用于解决现有技术中无法准确控制超声波雾化量，保持超声波雾化量一致性的问题。

第一方面，本发明提供一种超声波雾化片雾化量的控制系统，包括：微控制模块、雾化驱动模块、功率反馈模块和超声波雾化片，

微控制模块，用于为雾化驱动模块提供多个频率点的方波信号，接收功率反馈模块反馈的多个频率点对应的实际雾化电流，根据实际雾化电流获取实际平均雾化功率，依据实际平均雾化功率调节多个频率点的方波信号；

雾化驱动模块，用于根据方波信号控制超声波雾化片的雾化量；

功率反馈模块，用于反馈实际雾化电流。

可选地，雾化驱动模块包括电感、MOS管、电阻和电容；雾化驱动模块的第一输出端口与超声波雾化片相连；雾化驱动模块的输入端口与微控制模块的方波信号输出端口相连；雾化驱动模块包括有源雾化驱动模块或无源雾化驱动模块；有源雾化驱动模块还包括稳压元件，稳压元件与电源相连，稳压元件为有源雾化驱动模块提供稳定直流电压。

可选地，微控制模块包括方波信号输出端口、电流采样输入端口和寄存器；方波信号输出端口，用于输出多个频率点的方波信号；电流采样输入端口包括模数采样端口；寄存器，用于保存实际雾化电流。

可选地，功率反馈模块包括电流采样电路和滤波电路；雾化驱动模块第二输出端口与地端设有电流采样电路，模数采样端口通过滤波电路与雾化驱动模块第二输出端口相连。

可选地，微控制模块，用于预设超声波雾化片的雾化功率，并确定超声波雾化片的响应频率；在超声波雾化片的响应频率范围内，选取多个频率点。

可选地，微控制模块，用于按照预设规律选取多个频率点，或随机离散选取多个频率点。

可选地，预设规律包括频率点的递增规律、递减规律，或高低频率点的交错变化规律。

可选地，方波信号包括PWM波信号。

可选地，微控制模块，用于依据实际平均雾化功率和预设雾化功率调节多个频率点的PWM波信号；若实际平均雾化功率小于预设雾化功率，则提高PWM波信号的占空比；若实际平均雾化功率大于预设雾化功率，则降低PWM波信号的占空比。

另一方面，本发明提供一种超声波雾化片雾化量的控制方法，包括：为雾化驱动模块提供多个频率点的方波信号；接收功率反馈模块反馈的多个频率点对应的实际雾化电流；根据实际雾化电流获取实际平均雾化功率；依据实际平均雾化功率调节多个频率点的方波信号；根据方波信号控制超声波雾化片的雾化量。

由上述技术方案可知，本发明包括微控制模块、雾化驱动模块、功率反馈模块和超声波雾化片，微控制模块为雾化驱动模块提供多个频率点的方波信号，接收功率反馈模块反馈的多个频率点对应的实际雾化电流，根据实际雾化电流获取实际平均雾化功率，依据实际平均雾化功率调节多个频率点的方波信号，根据方波信号控制超声波雾化片的雾化量。本发明通过反馈超声波雾化片的实际雾化电流获取实际雾化功率，根据实际雾化功率控制雾化量，从而保持超声波雾化片雾化量的一致性。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的一种超声波雾化片雾化量的控制系统的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的一种超声波雾化片雾化量的控制电路示意图；

图3为本发明一实施例提供的一种超声波雾化片谐振频率不发生漂移时，雾化量随工作频率变化的曲线示意图；

图4为本发明一实施例提供的一种超声波雾化片谐振频率发生漂移时，雾化量随工作频率变化的曲线示意图；

图5为本发明一实施例提供的一种超声波雾化片谐振频率发生漂移与不发生漂移时，雾化量差值的曲线示意图；

图6为本发明一实施例提供的一种方波信号波形示意图；

图7为本发明一实施例提供的一种超声波雾化片雾化量控制方法的流程示意图；

图8为本发明另一实施例提供的一种超声波雾化片雾化量控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他的实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了本发明一实施例提供的超声波雾化片雾化量的控制系统的结构示意图，如图1所示，本实施例的控制系统结构包括：微控制模块11、雾化驱动模块12、功率反馈模块13和超声波雾化片14。

在具体实施例中，微控制模块11，用于为雾化驱动模块12提供多个频率点的方波信号，接收功率反馈模块13反馈的多个频率点对应的实际雾化电流，根据实际雾化电流获取实际平均雾化功率，依据实际平均雾化功率调节多个频率点的方波信号；雾化驱动模块12，用于根据方波信号控制超声波雾化片14的雾化量；功率反馈模块13，用于反馈实际雾化电流。

微控制模块11依次输出多个频率点的方波信号，通过雾化驱动模块12作用到超声波雾化片上，使超声波雾化片14在响应频率范围内工作，初步控制超声波雾化片14的雾化量；微控制模块11通过功率反馈模块13获取多个频率点对应的实际雾化电流，换算实际雾化电流获取实际平均雾化功率；微控制模块11根据实际平均雾化功率调节多个频率点的方波信号，使超声波雾化片14的实际平均雾化功率基本一致，消除超声波雾化片谐振频率及其它电性能参数差异性的影响，实现超声波雾化片的雾化量稳定控制在一定区间内，使得雾化量具备确定性、稳定性以及一致性。

图2示出了本发明一实施例提供的超声波雾化片雾化量的控制电路示意图，如图2所示，本实施例的超声波雾化片雾化量的控制电路包括雾化驱动模块21、功率反馈模块22、微控制模块23和超声波雾化片24。雾化驱动模块21包括稳压元件、三脚电感L1、MOS管Q1、电阻R2和电容C1，功率反馈模块22包括电阻R1、电阻R2和电容C3，微控制模块23包括PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)波信号输出端口和AD(Analog-to-Digital，模数)采样端口。

在具体实施例中，雾化驱动模块21包括有源雾化驱动模块或无源雾化驱动模块，有源雾化驱动模块还包括稳压元件，稳压元件包括升压元件和降压元件，本实施例采用升压元件，电源选用3节5号电池提供3.6-4.8V的直流电压值，升压元件一端连接电源，一端连接三脚电感L1的中间引脚，通过升压元件将3.6-4.8V的直流电压转换为5V稳定直流电压，为有源雾化驱动模块提供直流电压。无源雾化驱动模块不包括电源和稳压元件，无需外部提供驱动电源，由微控制模块23输出的方波信号提供驱动电源。

雾化驱动模块21的第一输出端口与超声波雾化片24相连，具体包括：三脚电感L1的第一引脚1，串联第一电容元件C1连接在超声波雾化片24的一极，第二引脚2直接连接在超声波雾化片24的另外一极。优选的，超声波雾化片24与第二电容C2并联，减少对高频信号的阻抗，使得信号上升的速度加快，提高超声波雾化片24的响应速度。雾化驱动模块21的输入端口与微控制模块23的方波信号输出端口相连，具体包括：MOS管Q1的栅极G与微控制模块23的方波信号输出端口连接，微控制模块23为雾化驱动模块21提供多个频率点的方波信号，MOS管漏极D与三脚电感L1的第二引脚2连接。

在具体实施例中，微控制模块23包括方波信号输出端口、电流采样输入端口和寄存器，其中，方波信号包括PWM波信号，电流采样输入端口包括AD采样端口，方波信号输出端口用于输出多个频率点的方波信号，寄存器用于保存功率反馈模块反馈22的多个频率点对应的超声波雾化片24的实际雾化电流，其中，微控制模块23包括MCU(MicroControllerUnit，微处理器)，MCU例如包括单片机。

在具体实施例中，功率反馈模块22包括电流采样电路和滤波电路，雾化驱动模块21第二输出端口与地端设有电流采样电路，电流采样输入端口通过滤波电路与雾化驱动模块21第二输出端口相连。具体包括：雾化驱动模块21的MOS管Q1源极S与地端设有第二电阻元件R2，作为电流采样电路，第一电阻元件R1与微控制模块23的AD采样端口之间设置有支路，串联第三电容元件C3后接地，R1和C3作为RC滤波电路，雾化驱动模块21的MOS管Q1源极S通过RC滤波电路与微控制模块23的AD采样端口相连，微控制模块23实时采集超声波雾化片24的实际雾化电流，并储存在寄存器中，微控制模块23通过换算获取超声波雾化片24的实际雾化功率。

功率反馈模块22中的电流采样电路的电流采样电阻R2可采用1Ω取样电阻，滤波电路可采用1K+0.1uF阻容滤波。功率反馈模块22通过电流采样电路获取电流采样电阻R2两端的电压值，经过RC低通滤波电路，微处理模块23中的AD采样端口的AD转换，将超声波雾化片24的实际雾化电流信号转换为数字电压信号。其中，微控制模块23的AD采样端口引脚上的电压信号可达到100mV左右，AD采样，不同的芯片有不同位数的AD，一般会有8位、12、16位，不同位数的AD对应的采集出来的数值不同，精度不同，当AD采样电压基准为2V，精度为12位，采样电压为100mV时，AD采样电压值为0.1×4096/2＝204.8V。

在具体实施例中，将预设好的软件算法嵌入微控制模块23，根据用户实际需求设置超声波雾化片24的预设雾化功率，预设雾化功率可根据用户需求自行修改，以满足各种应用场合的需求，对超声波雾化片24进行抽样扫频，获取超声波雾化片24的响应频率，在超声波雾化片24的响应频率范围内，选取多个频率点。

方波信号输出频率的改变是通过微控制模块23分频得到的，例如，MCU内置晶振频率是32MHz，经过320分频后得到的频率则是32MHz/320＝100kHz，通过分频MCU输出频率在超声波雾化片24的响应频率范围内。多频率点跳频控制不同频率波形的加载时间是平均分配的，加载时间长短决定了超声波雾化片24雾化量区间的大小，加载时间越短，雾化量区间越小，但跳频速率越快，对于MCU的性能要求越高，因此需按用户实际需求选取，本实施例中加载时间可优选为0.5ms。

在具体实施例中，通过MCU控制方波信号输出端口输出一定频率范围内的多频率点的PWM波形，按照预设规律进行离散变化，使得超声波雾化片24的响应频率在一定范围内随机跳变。MCU输出的频率范围根据超声波雾化片24的响应频率而定，确保超声波雾化片24响应频率在MCU输出的频率范围内。

例如，超声波雾化片响应频率在f

图3示出了本发明一实施例提供的超声波雾化片谐振频率不发生漂移时，雾化量随工作频率变化的曲线示意图，如图3所示，本实施例的超声波雾化片谐振频率不发生漂移，谐振频率为f

图4示出了本发明一实施例提供的超声波雾化片谐振频率发生漂移时，雾化量随工作频率变化的曲线示意图，如图4所示，本实施例的超声波雾化片的谐振频率发生漂移，谐振频率变为f

图5示出了本发明一实施例提供的超声波雾化片谐振频率发生漂移与不发生漂移时，雾化量差值的曲线示意图，在本实施例中，当超声波雾化片谐振频率不发生漂移，谐振频率为f

在具体实施例中，在超声波雾化片的响应频率f

其中，预设规律可包括频率点的递增规律、递减规律、或高低频率点的交错变化规律。优选地，预设规律可包括：n个频率点为递增规律f

微控制模块根据实际雾化电流获取实际平均雾化功率，第一优选实施例包括：每一个频率点对应一个实际雾化电流，MCU采集完多个实际雾化电流，再计算超声波雾化片的实际平均雾化功率，实际平均雾化功率是多个频率点对应的实际雾化功率的平均值。

第二优选实施例包括：实际平均雾化功率可包括单个频率点超声波雾化片的平均雾化功率，即电流采集电路每采集一个频率点的实际雾化电流，计算出该频率点的雾化功率，通过功率反馈模块实时反馈给MCU，MCU调节波形的占空比，即一个频率点对应反馈调整一次PWM波信号的占空比。

需要明确的是，根据实际雾化电流获取实际平均雾化功率仅仅是示意性的，本发明并不局限于上述实施例中的特定方法。

图6示出了本发明一实施例提供的方波信号波形示意图，如图6所示，本实施例的微控制模块输出方波信号波形为周期信号波形，输出波形可优选设置为占空比为

实际雾化功率如公式(1)所示

P＝UI×λ (1)

其中，电压U为峰值电压，电压I为峰值电流，λ为跟占空比有关的系数，U和I在雾化时是不变的，实际雾化功率随占空比λ变化，因此，调节占空比λ可以调节实际雾化功率功率。

在具体实施例中，占空比为20％时，超声波雾化片在预设雾化功率下正常工作，当超声波雾化片的实际平均雾化功率与预设雾化功率不一致，MCU依据实际平均雾化功率和预设雾化功率调节多个频率点的PWM波信号。

若实际平均雾化功率小于预设雾化功率，则提高PWM波信号的占空比；若实际平均雾化功率大于预设雾化功率，则降低PWM波信号的占空比，实现雾化功率闭环控制，确保超声波雾化片的实际雾化功率与预设雾化功率一致。

图7示出了本发明一实施例提供的超声波雾化片雾化量控制方法的流程示意图，如图7所示，本实施例的控制方法，包括：

701、为雾化驱动模块提供多个频率点的方波信号；

702、接收功率反馈模块反馈的多个频率点对应的实际雾化电流；

703、根据实际雾化电流获取实际平均雾化功率；

704、依据实际平均雾化功率调节多个频率点的方波信号；

705、根据方波信号控制超声波雾化片的雾化量。

由于上述方法是基于控制系统基础上，因此，本方法在工作原理与上述控制系统的原理相同，在此不再赘述。

图8示出了本发明另一实施例提供的超声波雾化片雾化量控制方法的流程示意图，如图8所示，本实施例的控制方法，包括：

801、预设超声波雾化片的雾化功率；

802、在超声波雾化片的响应频率f

803、MCU的PWM波信号输出端口依次输出多个频率点的方波信号，并作用于超声波雾化片；

804、电流采样电路采集对应多个频率点的超声波雾化片的实际雾化电流，通过AD采样端口进行AD转换后，储存在寄存器中；

805、取寄存器中多个频率点的超声波雾化片的实际雾化电流，获取超声波雾化片的实际平均雾化功率；

806、MCU通过比较实际平均雾化功率与预设雾化功率，调节输出PWM波信号的占空比，使实际平均雾化功率与预设功率一致。

在具体实施例中，将预设好的软件算法嵌入MCU，软件算法中根据用户实际需求设置超声波雾化片的预设雾化功率，使超声波雾化片在响应频率f

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

本领域普通技术人员可以理解：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。