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STM32与口罩检测

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楼主: wangjiahao88
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wangjiahao88|  楼主 | 2020-1-21 17:51 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览
    模拟连续呼吸系统由真空泵,压缩泵、换向元器件和流量控制元器件组成。
用真空泵提供吸气气源,压缩泵提供呼气气源,换向元器件用来改变气流的方
向,并用流量控制器来控制整体测试系统中的流量大小,从而实现一个呼吸流
量可控,方向可变的模拟连续呼吸系统。在与头模相连的管路处设定一个测压
口并与阻力采集元器件相连,将阻力采集元器件所采集到的值实时传递给嵌入
式集成控制系统的模数转换器,再由串口将所得到的值传输给上位机系统,并
由上位机系统进行处理与分析,由此形成民用口罩呼吸阻力采集系统。

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wangjiahao88|  楼主 | 2020-1-21 17:51 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2020-1-21 17:52 | 只看该作者
    由上述测试方法所测得的民用口罩呼吸阻力动态测试值理论输出曲线如图
2.2所示,分为两部分曲线包括呼气过程和吸气过程。通过模拟连续呼吸系统产
生方向可变,流速可控的连续气流来真实再现人体佩戴口罩过程中的呼吸情况,
用压力传感器实时采集口罩两端压力的方法来得出口罩阻力关于时间的动态曲
线,并从而得到呼吸流量与口罩呼吸阻力的关联曲线,在一次实验的过程中同
时得到最大呼气阻力和最大吸气阻力,通过数据分析得出一系列可用来评价口
罩呼吸阻力动态特性的指标体系。

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wangjiahao88|  楼主 | 2020-1-21 17:52 | 只看该作者
    民用口罩呼吸阻力动态测试可通过对动态呼吸过程的模拟,实时采集口罩
两侧的压力差得到。动态呼吸过程可分呼气过程和吸气过程,并用最大呼气阻
力、呼气阻力平均变化率、呼气阻力最大变化率、最大吸气阻力、吸气阻力平
均变化率、吸气阻力最大变化率六个测试值进行表征。可将民用口罩呼吸阻力
动态特性分为呼气阻力动态特性和吸气阻力动态特性两个部分共六个测试值,
分别对其进行指标定义。

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wangjiahao88|  楼主 | 2020-1-21 17:53 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2020-1-21 17:53 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2020-1-21 17:53 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2020-1-21 17:55 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2020-1-21 17:56 | 只看该作者
    整个测试系统的框图如图3.1所示,包括测试装置的搭建,嵌入式集成控制
系统的设计,及测试系统上位机软件的设计。其中,测试装置的搭建包括对所
需元器件的选型,模拟连续呼吸系统实物装置以及呼吸阻力测试模块实物装置
的搭建;嵌入式集成控制系统的设计包括对电源模块的设计,模拟连续呼吸系
统中换向模块的电路设计,呼吸阻力测试模块的电路设计,串口通信电路设计
以及整体嵌入式系统功能程序设计;测试系统上位机软件设计包括对基于
Lab VIEW的前面板功能模块设计、程序框图功能模块设计。

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wangjiahao88|  楼主 | 2020-1-21 17:56 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2020-1-21 17:57 | 只看该作者
所选的元器件型号及规格均满足国家标准对口罩测试实验设备的要求:
1、质量流量控制器:为模拟连续呼吸系统中控制流量元器件。本课题中质
量流量控制器选择ALICAT公司的MCR系列单向质量流量控制器,流量控制
范围为(0-100 ) L/min,设备精度基于总量程为士(0.8%读数+0.2%满量程)。
ALICAT层流质量流量设备不但克服了经典孔板型体积流量测量的诸多缺点,
还克服了热式流量技术在热线漂移、微小流量计算和响应时间上的限制,为测
试提高准确度并高效率的完成测试过程,且设备具有模拟和数字通信方式。
    2、压力传感器:为阻力测试模块中的采集口罩两侧阻力的元器件。本课题
中压力传感器选用Setra公司生产的ASL高精度微压差传感器对口罩两侧的压
力进行采集。Setra的可变电容技术是在工业的压力测试领域首选的技术,能够
满足工业高可靠性,高重复性及准确性的苛刻要求。ASL通过电换算的校准曲
线与先进的拟合算法,提供卓越的线性度和温度补偿。凭借其及其优良的稳定
性是安全方便的校准功能,使得ASL非常适合在高效的工业,高精度的实验室
和测试单元的使用。选用双向压力传感器,可以更加方便快速的测试口罩的呼
吸阻力。压力传感器是4线制的,2线为供电线,2线为输出线。压力传感器电
源电压24V,输出0-lOV的电压信号,对应量程为一1000Pa到1000Pa,精度为
0.07070。
    3、电磁阀:为模拟连续呼吸系统中换向模块的换向元器件,用于改变气流
的流向,确保经过质量流量控制器的方向是单向的。本课题中电磁阀选用常闭
式二位二通电磁阀。采用24V供电,接收到电信号时常闭式电磁阀换向进行工
作;关闭电源时,电磁阀失电关闭。
    4、呼吸气源:为整体测试装置提供气源。其中吸气气源采用抽气泵提供,
所能进行的最大抽速为240L/min。呼气气源为空气压缩机,排气量远大于
100L/min。
    _5、头模:作为模拟连续呼吸系统中的元器件,用来佩戴口罩样本。本课题
中选用GB/T 32610中的中号头模进行测试。头模示意图如图3.2所示。

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wangjiahao88|  楼主 | 2020-1-21 17:57 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2020-1-21 20:09 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2020-1-21 20:10 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2020-1-21 20:11 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2020-1-21 20:11 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2020-1-21 20:14 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2020-1-21 20:14 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2020-1-21 20:15 | 只看该作者
    口罩呼吸阻力测试模块中,ASL压力传感器输出0-lOV的电压信号经过分
压电路后,由STM犯芯片自带ADC采集,并通过串口通信传递给上位机系统,
来实现对口罩阻力的实时采集。
    按所提出的硬件实现及元器件选型方案,绘制电路原理图并生成PCB图。
电路原理图如图3.8所示。PCB板硬件电路样品外观图如图3.9所示。

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wangjiahao88|  楼主 | 2020-1-21 20:16 | 只看该作者

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