本科论文BR850项目电子流量计模块设计.docx

本科毕业设计(论文)题目本科毕业设计FINAL PROJECT/THESIS OF UNDERGRADUATE(2014届)上海理工大学本科毕业设计BR850项目电子流量计模块设计Guideline and Example of the Final BR850 electronic meter module design学院机械学院专业机械设计制造及其自动化学生姓名张发荣学号1014010425学院导师刘建国 企业导师邹水齐完成日期2014年05月 20 日承诺书本人郑重承诺：所呈交的毕业论文“BR850项目电子流量计模块设计”是在导师的指导下，严格按照学校和学院的有关规定由本人独立完成。文中所引用的观点和参考资料均已标注并加以注释。论文研究过程中不存在抄袭他人研究成果和伪造相关数据等行为。如若出现任何侵犯他人知识产权等问题，本人愿意承担相关法律责任。承诺人：_日期： 年 月 日摘 要麻醉机是用于实施全身麻醉、供氧及辅助或控制呼吸的一套装置， 主要由气源、呼吸环路系统、蒸发器、麻醉呼吸器构成。通过机械回路将麻醉药输入患者的肺部，通过麻醉药气体分压，使之弥散到血液中，对中枢神经系统直接发生抑制作用，从而产生全身麻醉的效果。在医疗设备中，麻醉机作为手术麻醉必不可少的医疗仪器被广泛使用，它主要功能是给手术病人吸入适量麻醉混合气体，同时供一定比例的氧气保证正常的呼吸，在实施全身麻醉的过程中，维持和监护术中病人的生命体征，保证手术安全、可靠的进行。麻醉机的性能直接关系到手术能否正常的进行，因此，设备的安全性、可靠性、精确性成为衡量麻醉机质量的重要指标。流量计又是在麻醉机中占有重要地位，直接关系着麻醉机的安全性、可靠性、精确性。本设计便是应用于BR850高端麻醉机上的电子流量计模块设计，主要是检测及控制麻醉机上的氧气、笑气、空气的流量。设计内容包括了模块的整体设计，内部组件的选取、设计、安装，整个效果的模拟。关键词：麻醉机 流量计 模块ABSTRACTAnesthesia machine is used for the implementation of general anesthesia, breathe oxygen and auxiliary or control of a set of device, mainly consists of gas source, composition, evaporator, anesthesia ventilator breathing loop system.Through mechanical circuit will enter the patients lungs, anesthetic by anesthetic gas partial pressure, diffuse into the blood stream, on the central nervous system directly inhibition, which produce the effect of general anesthesia.In medical equipment, anesthesia machine is widely used as anesthesia essential medical equipment, its main function is to surgery patients inhaled anesthesia mixed gas, at the same time for a certain percentage of oxygen to guarantee the normal breathing, in the process of implementation of general anesthesia, the maintenance and care of the patients vital signs, to ensure safe and reliable operation.Anesthesia machines performance is directly related to whether the normal operation, therefore, equipment safety, reliability, accuracy has become an important indicator to measure the quality of anesthesia machine.Flow meter and occupies an important position in the anesthesia machine, anesthesia machine has a close relationship with the security, reliability, accuracy.This design is applied to the electronic meter module of BR850 high-end anesthesia machine design, main is to detect and control the anesthesia machine, oxygen and laughing gas, the flow of air.Design content includes the modules of the overall design, the selection of internal components, design, installation, and the effect of the simulation.Keywords:anesthesia machine Flow meter The module上海理工大学本科毕业设计(论文)目 录摘 要ABSTRACT第一章 绪论11.1 课题背景11.2 麻醉机的基本结构11.3 麻醉机的定量供给技术21.4 研究内容与目的前景3第二章 BR850电子流量计分析42.1 原理分析42.2 组成分析4第三章 设计及建模63.1 传感器的选择63.1.1 对传感器的要求63.1.2 所选传感器介绍73.2 比例阀的选择83.2.1 阀的分类83.2.2 伺服阀与比例阀的区别93.2.3 比例阀的比较93.2.4 阀的选取123.3 机械式氧气流量调节阀的设计123.3.1 调节阀的介绍：123.3.2 调节阀的设计123.4 开关的设计与改进16第四章 BR850项目电子流量计的组装204.1 装配布局的重要性204.2 原理结构图204.3 装配效果图224.3.1 前面板的设计安排224.3.2 内部的安装布局22第五章 软件流程设计245.1 主流程设计245.2 中断流程255.3 功能模块26第六章 总结27参考文献29致谢31IIIBR850项目电子流量计模块设计第一章 绪论1.1 课题背景最初麻醉机的设计相对简陋， 并由人工进行通气操作，部件主要为气压测量表、乙醚蒸发瓶、呼吸管路及一些阀门。经过多年临床使用的经验积累以及科学技术突飞猛进的发展， 逐渐成熟， 现已具备气体供应系统、残气吸附器、简易呼吸机等结构。随着麻醉医学的进步和麻醉师对安全监测的需要以及电子、计算机等高科技的发展，要求麻醉机的各项功能逐步完善。各种监测、报警、故障提示等功能已广泛应用于现代麻醉机，使其灵敏度、准确性、可靠性和精准度明显提高。数字化、智能化、系统化的麻醉机已逐渐成为引领现代麻醉机的重要标志。麻醉机在工作中首先把高压气体( 空气、氧气O2、笑气N2O 等) 经减压阀减压，得到压力低且稳定的气体，再通过流量计、O2-N2O 比例调控装置调节产生一定流量和比例的混合气体，进入呼吸管路；麻醉药物经挥发罐生成麻醉蒸气，并控制所需定量的麻醉蒸气进入呼吸回路，随混合气体一起输送给术者，含麻醉蒸气的混合气体，被人体呼吸时产生的吸气负压吸入肺部，通过血液循环输送到人体各个器官，使器官在一定的时间内暂时失去知觉和各种反射，从而达到麻醉目的。1.2 麻醉机的基本结构全手动麻醉机的基本结构可分为：呼吸器、呼吸回路系统、麻醉气体挥发罐、供气系统、呼吸安全监测系统和残气收集系统等如图1-1。流量计呼吸机呼吸回路挥发罐供气部分监护仪图1-1 全手动麻醉机结构 呼吸器：在麻醉过程中，呼吸器用于辅助和控制病人呼吸，是麻醉机必需的组成部分。 呼吸回路系统：呼吸回路系统是麻醉机与病人相连的气路装置。它负责向病人输送麻醉混合气体，回收病人呼出的气体，并将多余的麻醉气体排入残气收集系统。 麻醉气体挥发罐( 亦称蒸发器)：挥发罐是麻醉机的重要组成部分，它的作用将麻醉药转换成麻醉蒸气并按一定量输入呼吸回路，提供带麻醉蒸气的混合气体给术者。 供气系统：该系统包括：压缩气瓶( 或中心供气源)、压力表、压力调节器、流量计、减压阀和N2O-O2 比例调控保护装置等。 残气收集系统：该系统的作用主要是对病人呼出的气体( 主要是多余的麻醉气体，CO2 已经被凑吸收器吸收) 进行处理，保证排出的气体对环境空气没有污染，确保手术的工作环境的洁净，防止伤害医务人员的健康 气体安全监测系统：安全监测系统包括：低氧压自动切断装置及各种压力、容量和浓度监测部件和故障报警装置。实时监测设备的多项参数，如呼吸回路中气体流量、气体压力、呼吸次数、吸入端氧浓度和呼气末CO2 浓度等，由微电脑控制、处理和显示各项数据，同时，报警装置全程实时监控。1.3 麻醉机的定量供给技术麻醉机的供气来源有压缩气筒和中心供气源两种方式，供气种类有氧气O2、笑气N2O、空气等( 其中供气源气压应为3.854kg/cm2)。高压气需经减压阀减压，将高而易变的压力降为低而稳定的压力供麻醉使用。N2O 的基础上提供空气气源，减少全身麻醉时的并发症，提高了麻醉安全可靠性。同时配有各气源的流量计，以便低流量麻醉实施。N2O-O2 比例调控保护装置，保证输出的氧浓度水平不低于25%，氧气不足时，笑气供给自动切断。由于麻醉机采用了精密的比例控制阀和电子气体流量传感器，因此机器不仅能自动监测和控制各种气体的补给量，还能像治疗用呼吸机那样自动控制，补给气体浓度比例，并精准地按照各种呼吸模式，控制病人进行呼吸。麻醉机自应用于临床以来，随着科技的发展， 正朝着智能化、集成化、信息化的方向发展。各部件结构更趋紧凑、合理，使用界面清晰友好，更符合人体工程学的设计，操作方便快捷。电子控制的呼吸机越来越接近ICU 呼吸机的性能，还具备了新生儿和肺疾患通气能力； 另一个发展方向就是采用潮气量补偿技术， 即是在容量控制模式下，通过监测到的数据， 合理调整机器运行， 确保麻醉呼吸机上设定的患者潮气量如数提供给患者。根据临床要求引入全面的监测功能特别是麻醉深度、肌松等参数， 大大保证了麻醉的安全性和有效性。当前麻醉机主要使用的是机械式手动调节控制气体流量，优点是该种调节控制采用的是氧笑联动调节，很多医生对能力其特别信任，它也没有让医生们失望，不过缺点是需要时刻关注并进行手动调节，还需要丰富的临床经验，在紧张的手术中进行操作，在整个手术过程中有太大的影响。1.4 研究内容与目的前景本课题是对BR850高端麻醉机项目的电子流量计的设计，包括了设计该流量计的组成，整体结构的安排，组成部件的设计选取以及期望能达到的要求，最终能方便安装在BR850高端麻醉机上并且不影响其性能的检测以及整体麻醉机美观的效果，设计的流量计能进行全自动的检测与调控，只是需要在面板中输入需要的数值即可，然后就不需要人工的调控，在特殊时亦能进行手动调节，而不影响麻醉机的使用。第二章 BR850电子流量计分析2.1 原理分析本设计的流量计需通入氧气、笑气、空气等三种气体，其过程为：氧气从氧气瓶中出来，经过一个三分接头，出来后分别接入控制开关的两接头，经过控制开关，一端接入备用手动调节阀，最终导入流量计：另一端与笑气、空气等气体分别接入气体混合装置中，经过电动比例阀的调节与传感器的检测后混合最终导入流量计，从而显示出最终流量，其中传感器测得的数据会传入系统，通过软件分析以及用户需求，进而控制比例阀调节流量，以达到要求。最终实现流量的全自动控制并能在电子控制系统出故障时亦能正常工作。原理如图2-1。图2-1 原理图2.2 组成分析本设计主要包括气体混合装置、控制开关、备用手动调节阀、流量计显示部分和软件部分。（1） 气体混合装置：主要功能是气体的输入、调节、检测、混合，其中气体的调节和检测为关键。（2） 控制开关：开关有两种状态，当处于其中一种状态时，只有一路能联通，另一路处于关闭状态，开关拥有安全限位功能。（3） 备用手动调节阀：该阀为机械式的，并能精确控制气体的流量，不会产生泄漏等问题。（4） 流量计显示部分：包括机械式玻璃显示管和电子LED 灯显示，使其在不同情况下均能正确的显示读书。（5） 软件部分：软件能对传感器导入的数据进行处理并与键盘输入的数据进行比较，对整个需求进行智能处理，也能反馈控制比例阀调节流量。第三章 设计及建模3.1 传感器的选择3.1.1 对传感器的要求流量传感器不仅在工业上得到广泛应用，在医疗行业也同样如此，很多医疗设备都配置了压力和流量传感器作为检测单元，比如麻醉机、睡眠呼吸机和其他一些医院诊断设备中。由于医疗设备对于病人而言非常重要，所以在选择传感器的时候，对精度和稳定性要求就比较高，既需要满足测量的需求，又要保证在医疗设备使用寿命内能够正常使用。 由于每个病人的体质不一样，麻醉剂设计的时候需要考虑病人的呼吸频率。为了能够正确地测量病人的吸气和呼气以及传递到气流之中的麻醉气体，传感器得非常灵敏才行。所以，就会使用2个或3个气体流量传感器来测量特定的气动子系统。工程师可能应该为设备中所有重要的子系统配备一个专用的气体流量传感器。 此外，由于麻醉药剂和高湿度融合在一起会给传感器测量带来影响，所以可以认为呼气电路中的差分压力传感器性能要高于气体流量传感器。差分压力传感器对于湿气、麻醉药剂和其他材料造成的气体介质污染的适应性要更强。 在需要高压输送源，或者传感器需要直接接触浓缩氧气或麻醉药剂的情况下，应使用与介质隔离的传感器。这时，选用与介质隔离的不锈钢压力传感器是最好的选择，因为它抗环境性能好，更加的耐用。 如果需要便携式的设备，就应该考虑使用低功耗的气体流量以及压力传感器（如图3-1），这不仅可以减小所需要的电源的尺寸，还能减少设备的总重量。如果将传感器安装于气流通道的歧管处，则可以帮助减小设计尺寸和重量。 另一项必须考虑因素是传感器的输出。数字输出，比如I2C和SPI协议，可以使传感器的分辨率以及与微处理器的集成得以最优化。但仍然存在着对模拟输出的需求，主要原因是，在某些安全电路中由于整流的需求不允许软件参与其中。用户可能希望使用传感器的原始输出来触发警报或安全状况。同时提供数字和模拟这两种选项的能力是很重要的。图3-1 压力传感器 第一： 对经常使用的气体传感器，要注意它的使用寿命，不要过期使用。一般来说，在便携式传感器中，LEL传感器的使用寿命大约为三年左右;光离子化检测仪的寿命为四年或更长一些;电化学特定气体传感器的寿命一般为一到两年;一氧化碳传感器的寿命大概在一年左右。注意如果是电化学传感器，为了防止里面的电解液出现干涸,长久不用的情况下，应该把它密封且防止在低温环境中，这样可以有效延长它的使用寿命。在本设计中传感器用于检测气体氧气、笑气、空气的的流量浓度、 第二： 气体传感器需要经常性的校准和检测。气体传感器通常是用相对比较法进行测定的。所以，校零和校准是传感器日常维护中一项不可缺少的工作。 第三、注意传感器的浓度测量范围。任何超过或太低浓度的测量，都会使传感器测量误差增大，或使传感器发生损坏。第四、气体传感器同别的传感器相比较，有一个问题需要特别注意，就是各种气体之间的干扰型。通常，每种气体传感器都对应一个特定的检测气体，所以，在选择的时候，应当了解待测气体的性质，是否对传感器输出造成干扰。3.1.2 所选传感器介绍本设计的流量传感器选用美国霍尼韦尔流量传感器。该传感器具有如下特点：AWM5000 流量传感器系列为文丘里流量管形外壳，可以测量最高至20 升/分钟，最大压降2.25”水的气流。微桥芯片直接与气流接触，大大减少了由于通气孔或旁路堵塞引起的误差。坚固，通用的封装形式坚固，塑料的封装能承受50psi的共模压力，内部的小型传感芯片能允许100 克的冲击在额定指标下，两个测量孔是单独模件，可在最小的模具花费下根据实际更改，插入式AMP 连接器提供十分可靠的连接。内置的信号处理电路每个AWM5000系列产品都包括含放大 线性修正 温度补偿和气体标定，气体标定通过激光校整得到（如图3-2）（参数表3-3）.图3-2 流量传感器表3-3 传感器参数参数SFM4100校准可用空气、氮气、氧气、一氧化二氮、氩或二氧化碳分辨率12位预定(9到16位看到文档)零点accuracy3,40.03 slmAccuracy3,4流2.5 - -100%:-100%的阅读跨度可重复性0.25%的阅读或5 sccm哪个更大抵消由于转向温度变化2 sccm /C由于温度变化跨度转变阅读每C的0.05%抵消稳定 0.01 slm /年在全压降流 25mbar 响应时间4.6毫秒 12位分辨率为响应时间(见文档其他决议,例如1.3 ms与10位)热身时间第一可靠的测量Max 500 ms。一般50毫秒3.2 比例阀的选择比例阀对流量的控制是连续控制，阀口可以根据需要打开任意一个开度，由此控制通过流量的大小，电控的。以电控方式实现对流量的节流控制（当然经过结构上的改动也可实现压力控制等），既然是节流控制，就必然有能量损失。3.2.1 阀的分类比例阀对流量的控制是连续控制，阀口可以根据需要打开任意一个开度，由此控制通过流量的大小，电控的。以电控方式实现对流量的节流控制（当然经过结构上的改动也可实现压力控制等），既然是节流控制，就必然有能量损失。阀对流量的控制可以分为两种：一种是开关控制：要么全开、要么全关，流量要么最大、要么最小，没有中间状态，如普通的电磁直通阀、电磁换向阀、电液换向阀。另一种是连续控制：阀口可以根据需要打开任意一个开度，由此控制通过流量的大小，这类阀有手动控制的，如节流阀，也有电控的，如比例阀、伺服阀。所以使用比例阀或伺服阀的目的就是：以电控方式实现对流量的节流控制（当然经过结构上的改动也可实现压力控制等），既然是节流控制，就必然有能量损失，伺服阀和其它阀不同的是，它的能量损失更大一些，因为它需要一定的流量来维持前置级控制油路的工作。3.2.2 伺服阀与比例阀的区别伺服阀与比例阀之间的差别并没有严格的规定，因为比例阀的性能越来越好，逐渐向伺服阀靠近，所以近些年出现了比例伺服阀。比例阀和伺服阀的区别主要体现在以下几点：1.驱动装置不同。比例阀的驱动装置是比例电磁铁；伺服阀的驱动装置是力马达或力矩马达；2.性能参数不同。滞环、中位死区、频宽、过滤精度等特性不同，因此应用场合不同，伺服阀和伺服比例阀主要应用在闭环控制系统，其它结构的比例阀主要应用在开环控系统及闭环速度控制系统；2.1 伺服阀中位没有死区，比例阀有中位死区；2.2 伺服阀的频响（响应频率）更高，可以高达200Hz左右，比例阀一般最高几十Hz；2.3 伺服阀对液压油液的要求更高，需要精过滤才行，否则容易堵塞，比例阀要求低一些；3.阀芯结构及加工精度不同。比例阀采用阀芯+阀体结构，阀体兼作阀套。伺服阀和伺服比例阀采用阀芯+阀套的结构。4.中位机能种类不同。比例换向阀具有与普通换向阀相似的中位机能，而伺服阀中位机能只有O型（Rexroth产品的E型）。5.阀的额定压降不同。而比例伺服阀性能介于伺服阀和比例阀之间。比例换向阀属于比例阀的一种，用来控制流量和流向。3.2.3 比例阀的比较（1）电液比例阀电液比例阀是以传统的工业用液压控制阀为基础，采用模拟式电气-机械转换装置将电信号转换为位移信号，连续地控制液压系统中工作介质的压力、方向或流量的一种液压元件。此种阀工作时，阀内电气-机械转换装置根据输入的电压信号产生相应动作，使工作阀阀芯产生位移，阀口尺寸发生改变并以此完成与输入电压成比例的压力、流量输出。阀芯位移可以以机械、液压或电的形式进行反馈。当前，电液比例阀在工业生产中获得了广泛的应用。比例阀把电的快速性、灵活性等优点与液压传动力量大的优点结合起来，能连续地、按比例地控制液压系统中执行元件运动的力、速度和方向，简化了系统，减少了元件的使用量，并能防止压力或速度变换时的冲击现象。比例阀主要用在没有反馈的回路中，对有些场合，如进行位置控制或需要提高系统的性能时，电液比例阀也可作为信号转换与放大元件组成闭环控制系统。比例阀与开关阀相比，比例阀可简单地对油液压力、流量和方向进行远距离的自动连续控制或程序控制，响应快, 工作平稳，自动化程度高，容易实现编程控制，控制精度高，能大大提高液压系统的控制水平。与伺服阀相比，电液比例阀虽然动静态性能有些逊色，但使用元件较少，结构简单，制造较电液伺服阀容易，价格低，效率也比伺服高(伺服控制系统的负载压力仅为供油压力的23)，系统的节能效果好，使用条件、保养和维护与一般液压阀相同，大大地减少了由污染而造成的工作故障，提高了液压系统的工作稳定性和可靠性。（2） 电磁阀电磁阀里有密闭的腔，在的不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排油的孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油刚的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞竿带动机械装置动。这样通过控制电磁铁的电流就控制了机械运动。国内外的电磁阀从原理上分为三大类（即：直动式、分步直动式、先导式）直动式电磁阀（如图3-4） 原理：通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭。 特点：在真空、负压、零压时能正常工作，但通径一般不超过25mm图3-4 单电控直动式电磁阀 分布直动式电磁阀 原理：它是一种直动和先导式相结合的原理，当入口与出口没有压差时，通电后，电磁力直接把先导小阀和主阀关闭件依次向上提起，阀门打开。当入口与出口达到启动压差时，通电后，电磁力先导小阀，主阀下腔压力上升，上腔压力下降，从而利用压差把主阀向上推开；断电时，先导阀利用弹簧力或介质压力推动关闭件，向下移动，使阀门关闭。 特点：在零压差或真空、高压时亦能可*动作，但功率较大，要求必须水平安装。先导式电磁阀（如图3-5）原理：通电时，电磁力把先导孔打开，上腔室压力迅速下降，在关闭件周围形成上低下高的压差，流体压力推动关闭件向上移动，阀门打开；断电时，弹簧力把先导孔关闭，入口压力通过旁通孔迅速腔室在关阀件周围形成下低上高的压差，流体压力推动关闭件向下移动，关闭阀门。图3-5 单电控外部先导式电磁阀的动作原理图3.2.4 阀的选取本设计选用单电控直动式电磁阀（即瑞士诺冠电磁比例阀如图3-6），这种阀非常适合于本课题的设计，体积很小，占用空间小，采用电驱动，控制也能满足设计的要求。 图3-6 瑞士诺冠电磁比例阀其性能如下表3-7表3-7 电磁阀性能数据表参数电磁比例阀阀门类型双向常闭媒体空气、二氧化碳、氮气、氧气和氦气操作环境32 - 140F(0 - 60C)存储温度-40到158F(158 - 70C)阀体聚丁烯对苯二酸酯(PBT)电量2.0瓦特最大3.3 机械式氧气流量调节阀的设计3.3.1 调节阀的介绍：用以控制流体的执行组件。它是一种可调试的机械节流装置，又称调节机构。调节阀一般安装在管道上，改变它的阻力系数，就可改变流过管道的介质(如气体，液体或粉料等)流量。从流体力学的观点看，调节阀是一种局部阻力可以变化的节流组件。对于不可压缩流体，流量仅随阻力系数变化。调节阀的阻力系数的变化是通过阀芯行程的改变实现的。一般调节阀与执行机构结合在一起工作。例如调节阀与气动执行机构结合成一个整体，即构成气动执行器，是现代工业控制系统中应用最广的一种执行器。调节阀与电动执行机构相配合，可用作各种控制系统中的执行器。3.3.2 调节阀的设计原理：流量调节阀是在一定压力差下，依靠改变节流口间隙的大小来控制节流口的流量，从而达到调节气体流量的目的。主要组成部分：流量阀阀体、手动调节阀芯、套筒导向、平衡式阀芯（1）流量阀阀体采用一体化阀芯和阀座式设计，主要是为克服双座阀密封性差的缺点，采用相同材质的一体化阀芯和阀座组成阀内件，将泄漏量和不平衡力同时减到最小。阀体共开有三个口，其中两个分别位于两对面，主要是用于安装“L”型管接头，中间比较大的孔用于安装套筒导向和手动调节阀芯。设计如图（3-8）所示图3-8 流量阀阀体（2）手动调节阀芯与套筒导向及平衡式阀芯配合，通过转动手动调节阀芯来调节与平衡式阀芯之间的间隙，从而达到控制气体流量的目的。设计的结构如图（3-9）所示图3-9 手动调节阀芯 （3）套筒导向用于手动调节阀芯与调节阀体之间的连接配合，作用是对中、降低摩擦、有利于降噪、有利于流量特性的互换.外部与调节阀体内部与手动调节阀芯进行螺纹配合。密封性能和摩擦性能是矛盾的两方面，用这种方案能很好的解决这种问题。设计的结构如图（3-10）所示图3-10 套筒导向（4）平衡式阀芯这个部件的设计主要是为降低执行机构推力，采用平衡式阀芯对整个调节阀有非常好的作用，也有利于改善系统的动态性能。与手动调节阀芯配合，更加有效的控制流量，并能提高流量调节的精度。设计的结构如图（3-11）所示图3-11 平衡式阀芯（5）调节阀的装配图效果如图（3-12）所示出气口进气口图3-12 调节阀的装配效果图3.4 开关的设计与改进在本设计中采用一常开一常闭的行程开关，其作用是控制氧气的通断。（1）开关主体采用一体化设计的方案，具有安装简单，结构易懂，外观整体感强，内部孔易加工，简单明了的特点（如图3-13）.图3-13 开关主体（2）开关弹簧轴开关弹簧轴采用双轴设计，为满足使用要求，设计的轴为两根形状相似，但长度不同，轴上要求能安装密封圈，使其能与开关座密封配合。亦能安装弹簧，要求两轴上的弹簧长度性能完全相同。原理是通过轴的轴向移动，密封圈的配合位置，而与开关座产生不同的配合，以达到控制通道的通断功能（如图3-14）。图3-14 开关弹簧轴（3）开关座与开关主体螺钉连接，将开关主体固定，并将整个开关螺钉连接固定于需要安装的位置上（如图3-15）。图3-15 开关座（4） 开关主轴帽用于开关弹簧轴与开关旋钮的连接处，开关旋钮通过开关主轴帽的移动以及开关弹簧轴上的弹簧来控制开关弹簧轴的移动（如图3-16），图3-16 开关主轴帽（5）开关旋钮开关的操作手柄，采用流线型设计，外观优美，满足人们的视觉感受。调节旋钮，与其相连的开关主轴帽移动，从而使开关弹簧轴的移动，最终达到控制通道通断的功能（如图3-17）.图3-17 开关旋钮（6）开关装配图结构如图（3-18）所示通向电子流量计主体模块通向氧气流量调节阀通入氧气图3-18 开关装配图正常工作时弹簧保持无形变状态，此时通往电子流量计模块方向的通道是畅通的，氧气能通过，而另一通道则是处于关闭状态；遇突发情况，电子模块不能正常工作时，调节开关，弹簧压缩，往电子流量计模块方向的通道关闭，而另一通道打开，氧气能通过机械式流量调节阀的通道。从而实现了电子流量计模块既能使用电子调节，又能使用机械式手动调节。同时开关安装有触点行程开关，以达到保护开关各部件的的作用。第四章 BR850项目电子流量计的组装4.1 装配布局的重要性在现代社会中，随着物质生活和文化生活水平的不断提高，人们对产品的要求越来越高。无论是结构所表现的实用性，还是外观形态所表现的艺术性，都是衡量产品价值的主要方面。工业设计因而具有非常广泛的社会性，它直接影响和决定了人类生活、生产的方式。随着市场的变化，竞争的激烈，对能够带来产品附加增值的设计压力也在增大。设计是企业发展的必须。产品设计将更加贴近企业、贴近市场需求，以得到更大的经济效益。好的产品设计应该是：利用先进的技术、材料，造型多样合理、操作简单易学、交互智能化、使用舒适，并注意传统文化含量的增加，使其具有优秀的功能、先进的技术、便捷的使用性。麻醉机作为手术室关键设备，其产品的外形部件和功能控制是否适合麻醉医生的日常操作，关系到手术是否能顺利进行。装配布局是产品制作的重要环节。其合理性与否不仅关系到产品在装配、焊接、调试和检修过程中是否方便，而且直接影响到产品的质量与电气性能，甚至影响到电路功能能否实现，因此，产品需设计出合理、有效的的布局方案。4.2 原理结构图根据设计要求，可以将流量测量仪的硬件系统分解为六大模块，即流量计主体模块，备用机械式氧气流量调节模块，氧气开关控制模块，主控CPU智能模块，玻璃管流量显示模块和上 位机通讯模块，系统结构如图4-1所示。 氧气 氧气控制开关空气笑气 机械式氧气流量调节阀 传感器反馈调节 数据显示反馈调节传感器 数据显示 主控CPU智能模块 图4-1 原理结构图即氧气先通过控制开关模块，分成两路，一路与笑气、空气并行通入比例阀，再通过传感器，测得流量数据导入CPU智能模块，进行处理，数据在显示模块中显示出来，并通过比例阀反馈调节气体通入的流量；另一路直接通入备用机械式氧气流量调节模块，流量大小直接在玻璃流量管显示模块中显示。4.3 装配效果图4.3.1 前面板的设计安排前面板显示主要包括了流量显示、开关旋钮、氧气流量阀旋钮，其中流量显示又包括了玻璃管显示和电子LED灯显示（如图4-2）。开关旋钮氧气流量阀旋钮流量显示图4-2 面板4.3.2 内部的安装布局开关与氧气流量阀并排安装，方便气管的连接。电磁比例阀并排等距安装在流量计控制主体上，然后连接传感器，传感器又最终并排安装于流量混合块上如图4-3.图4-3 装配图1流量控制主体通过与其通过螺钉固定的电子流量计固定板固定到高端流量计面板上部分。在上部分同时安装LED灯显示和玻璃管显示。在安装的空闲部分用于气管管路的放置以及少量电路线的放置。各种通道口的作用如下所标示。最终效果如图4-4。显示部分显示流量数据空气笑气氧气图4-4 总装配图第五章 软件流程设计5.1 主流程设计流量计的主程序为流量仪的监测程序，程序首先对系统进行初始化，清各工作单元，置计数器及标志位初值，自检指示灯，开中断，启动计数器，然后进行频率数据采集。仪器采用微型键盘和LED指示灯相配合，使仪器的各种功能清晰有序。主程序流程图如下图5-1。开始系统初始化设置数据缓冲区初值和程序运行标志初值采集实时数据数据处理中断服务器子程序数据输出玻璃管和LED数据显示是与设定数据相同？否图5-1 主程序流程图5.2 中断流程进入中断服务程序共有3种类型的中断源，分别如下：（1）定时器中断定时器中断根据定时时间的不同，分别设置液晶刷新标志位、温度、压力检测标志位及断电保护标志位。并设定延时判断按键是否为干扰信号。（2）串口接收中断串口接收中断主要接收通信模块返回的字节命令。根据返回的字节，系统得到流量的相关信息，并判断通讯是否正常，然后设置标志位并执行相应的操作。（3）外部中断外部中断程序流程图如下图5-2。中断开始开中断，断点和现场保护否定时中断否电平中断是否温压检测标志位置是键盘中断是温压检测标志位置串行通信中断判断是哪个按键温压检测标志位置相应标志位置通信标志位置中断返回图5-2 外部中断程序流程图5.3 功能模块除了主程序外，仪器通过键盘输入命令，可随时得到用户所需的结果，这就要用到功能程序块。功能程序块包括键盘、显示和通信等功能块。键盘子程序功能是寻找是否有键按下，输入键值，然后根据不同的键值执行相应的功能子程序；显示功能块的作用是根据用户的需要转入相