浮标式氧气吸入器为医院供氧医疗中心配套设备，供医疗单位急救给氧和缺氧病人做氧气吸入用，是医院急症、病房必备常规设备。而设备的良好工作状态是保证病人得到可靠治疗的必要保证，因此对于设备的定期检定成为保障病人健康的首要工作。由于医疗机构通常保有大量的浮标式氧气吸入器，而常用的检定设备依靠传统的机械式方法逐台检定，所以通常会存在效率不高的现象，因此设计一套可以实现对多台浮标式氧气吸入器同时检定，同时能提高检定精度的多路控制系统显得尤为重要，而此次研究设计的系统是二路同时检定系统设计方案为例，采用嵌入式系统，以及多路24位高精度AD作为模拟量采集，通过数据总线采集数字信号，理论上可以实现无限路系统同时在线采集，整体系统由视觉图像采集系统、控制采集系统、系统处理系统、传感器系统等组成，而此次主要设计控制采集系统的设计和实现，因为此系统为整体设备的核心关键，是实现多路系统同时检定设计方案的核心。以下将此采集控制系统部分的设计实现做具体的研究。
一、系统电源
此控制系统集成多种高精度采集模块，最高精度实现24位AD数模转换，所以此部分的电源设计需要多路独立设计，以保证整体电源不受干扰，主电源采用MP1582作为电源核心总电源，通过DC－DC降压设计，实现将总输入电源24V转化为12V输出电源，通过磁珠隔离将电源实现模拟－数字电源隔离，进而将模拟电源再次通过LDO实现降压设计，此部分电源主要实现对模拟电路信号以及传感器信号的电源供给，通过磁珠的隔离可以有效的隔离数字模拟电源之间的高频隔离，最终可以实现模拟电源的稳定，而主电路通过MP1470实现DC－DC再次降压设计，可以利用DC－DC的开关特性，可以实现很好的稳压实现，最终如模拟电源，通过低压差稳压芯片实现主电路3.3V电源的转换，此部分电源的多路隔离设计可以保证模拟参考信号的稳定，进而可以避免数字电路的高频特性干扰，可以实现模拟采集的精度要求。在模拟参考部分原先采用78L05作为独立5V参考源，由于其文波较大，致使参考电压不稳定，最后采用ADI的ADR02ARZ作为5V参考电压稳压芯片，ADR02芯片具有低温漂（3mmp/℃），高精度特性（线性精度±0.1%），由于经过设计验证，参考电压文波会极大的影响模拟数据的采集精度，按照AD采样的精度实现，24位AD的采样精度在5.9×10-8，如果采用78L05作为参考芯片，其他最高精度为±4%，因此采样精度会在5.9×10-8×5×（±4%），而如果采用12位DA输出的数模转换（控制输出），其精度为0.000244，如果采用78L05，其精度就会低于采样精度的0.4级要求，所以此处我们采用精度为0.1%的ADR02ARZ作为参考电源芯片。
二、模拟信号采集、控制输出
标准器的模拟信号主要包括多个传感器的信号模拟电压采集，其中包括高压压力采集、低压压力采集、低压流量采集以及流量阀体信号控制输出。检定标准器的精度要求主要为高压压力0.4级，流量精度1.0级，此次模拟采集电路部分采用ADC7192作为24位AD模数转换设计电路，此芯片可以实现四路模拟信号24位高精度转换，我们选用的传感器均为0~5V电压模拟信号输出，所以选用一片此模数转换芯片可以实现同时转换，从生产成本上可以很好的控制，同时又能实现模拟信号的高精度转换。由于此系统可以实现流量阀体的自动控制输出，而控制信号也为0~5V模拟信号控制，所以我们采用TI的DAC122S085数模转换芯片，此芯片为12位DA输出信号，原先我们采用8位精度的DAC082S085作为DA输出芯片作为方案，但是经过计算发现DAC082S085的精度为0.0039，作为流量传感器的最大量程为10L/min，则线性误差会将近0.039，这样加上电源参考误差，所采集信号的误差将会大于国标规范要求，因此选用12位DA输出满足此方案设计要求，其精度将达到0.000244，通过主芯片MCU的数字输入，进而通过数模转换，最终实现阀体的控制，最终实现0~10L/MIN的气体流量控制输出，检定者可以通过系统编程实现流体自动指定流量的控制输出。压力、流量模拟量的输出采集同时配合着压力和流量的控制输出，由于压力和流量都是通过模拟量的采集以及模拟量的输出，这就可以为传感器的精密校准作为基础，通过模拟量的二次标定，不需要以数字量作为参考依据进行二次标定，进而可以通过算法进行二次校准，这样的设计可以最大可能的抵消掉传感器的本身线性误差，由于参照国标浮标式氧气吸入器检定规程JJG913－2015的标准要求，压力误差要保证0.4级，流量误差1.0级，此参数对检定标准器的精度要求较高，为符合此规格要求，传感器必须控制在内控0.2级压力以及0.5级流量精度范围内，而此类规格传感器对于生产工艺要求较高，很难匹配，而如果传感器为模拟输出，同时可以进行二次标定，对传感器本身的线性误差就不做要求，因此相对来说就容易符合设计要求。
三、自动调压器控制设计
自动调压设计部分主要采用LV8731V作为驱动，通过步进电机的驱动实现对调压器电路的自动调压，此部分电路主要通过主芯片PWM波形实现驱动控制，通过简易联轴器实现电机与调压器的连轴驱动，最终通过电机转动实现对调压器的转动调压，调压的反馈通过传感器的检定抄读实现，检定操作通过编程目标电压实现调节最终结果，此部分设计简易稳定，可以实现检定过程中指定升压、降压的实现，最大误差不超过一个步距角，完全符合升降压误差。通过电机的输出控制信号，进而通过传感器的输出反馈形成一个类似PID闭环控制，通过步进电机的布距控制输出进行压力调节，此部分设计结合PID控制理论，通过得到最终压力数值，将输出经过比例、积分、微分等多种运算方式，进而叠加到输出中，最终实现系统地控制。
四、结语
整体系统可以通过全自动多路系统设计，从电源，数模，模数，驱动等多方面结合设计，通过MCU的整体系统控制实现，嵌入式系统结合多种算法进行数据分析处理，最主要的是通过PID算法对控制的精密输出，同时采用非线性矫正的相关算法进行二次校准最终实现系统的整体架构，通过主系统的通信编程理论上可以实现无线路检定系统同时执行检定流程，这可以极大提高了检定效率，降低了工作成本，同时可以保证检定对象－浮标式氧气吸入器的检定规范要求，保证用户使用设备的安全。
作者:毛敏 陆金霞 洪程鑫 全凤慧 单位:南通市计量检定测试所