单片机在微型氧气机中的应用

采用PSA(变压吸附)空气分离制氧技术的微型氧气机，由于其完全采用物理方式制氧，既方便安全，又价格低廉，在运动保健、医疗康复和健康空调等多种场合得到了广泛应用。而单片机以其低廉的价格、可靠的性能，在微型氧气机的自动控制系统中发挥了重要的作用。

本文探讨的微型氧气机采用世界先进的变压吸附PSA技术，利用沸石分子筛作为吸附剂，通过吸附剂对空气中氧、氮吸附能力的差异而将气体混合物分开，实现氧气和氮气的分离。外界空气先进行压缩增压，保持一定的压力，再送入变压吸附分离床。在分离床的作用下，床内空气中的氮气被吸附，而氧气不被吸附，这样可以在分离床出口端获得高纯度的氧气。输出氧气的流量采用机械式流量调节阀进行调节，当输出流量增加时氧气纯度会相应地降低，为了保证输出的氧磁胶电感气浓度，采用气敏传感器进行氧浓度的检测，并通过实时显示装置告知用户，当指标低于设定值时报警提醒。

1　电气控制要求

1．1　变压吸附分离床的工作过程

变压吸附分离床的工作原理如图1所示。分离床由2只装有制氧专用沸石分子筛的吸附装置A和B以及切换阀门1～8等组成，其中1，3为排放阀门，2，4为进气阀功率电感门，5，7为均压阀门，6，8为输出阀门。分离床在自动控制系统的作用下，吸附装置A、B交替工作，按照“A工作→A排气及均压→B工作→B排气及均压 →A工作…”的过程，不断循环。储气罐的作用是均衡输出氧气的压力。

吸附装置A工作时，阀门2，6打开(其余关闭)，压缩空气经阀门2进入A，滤去氮气，剩余氧气经阀门 6输出。在吸附装置A内的分子筛快被吸附饱和之前，进入A排气及均压状态，开启阀门1，5，7(其余关闭)，装置A解吸先前所吸附的氮气，使分子筛吸附剂得到再生，同时A、B均压以提高产气效率。均压后自动切换到吸附装置B工作置B中继续吸附制氧。同样，当吸附装置B内的分子筛快被吸附饱和之前，自动进入 B排气及均压状态，开启阀门3，5，7(其余关闭)，装置B实现减压解吸再生。4种工作状态依次循环，2只吸附装置交替重复进行吸附和再生，从而实现了连续制取氧气的目的。

1．2　基本控制要求
(1)完成系统的4个工作状态循环。
(2)输出氧气浓度的检测。
(3)用户参数设定。
　(4)显示与报警。

2　单片机自动控制系统

2．1　控制系统硬件设计

系统的硬件原理如图2所示。本系统选用AT89C51单片机，片内有4 kB的Flash存储器，这样不电感器生产厂家用再扩展外部的程序存储器。显示部分共模电感选用3位LED数码管，左边一位用于状态显示，“P”表示后两位当前显示的是输出的氧浓度；“b”表示后两位当前显示的是设定的最低氧浓度，当输出的氧浓度低于设定的浓度时进行报警。 AT89C51的P0口作LED的段控口，位控线选用P2．0 P2．1，P2．2，段控和位控信号都经ULN2003反相，以驱动LED。本系统设置4个按键，分别是开机、增1、减1和确认键，具体操作见软件设计部分。氧传感器测得的氧浓度值经放大后，送入ADC0809的通道0进行A/D转换，ADC0809的地址为7FFFH。根据氧气机的控制要求，选用 P1．0～P1．4作为1＃阀～8＃阀的控制端，再经固态继电器的隔离和驱动，控制相应阀的通与断，当P1．0～P1．4输出低电平时相应的电磁阀导通，高电平时阀断开。P1．5是电源指示，P1．6，P1．7是报警指示(其中P1．6接双色发光二极管的绿色部分，P1．7接红色部分)，刚开机时发黄色光 (红、绿都亮)表示待用状态，工作时若氧浓度高于设定值发绿色光表示工作正常，若氧浓度低于设定值发红色光进行报警。

2．2　控制系统软件设计

控制系统的软件主要包括主程序、显示子程序、按键处理子程序、氧浓度检测与处理子程序、报警判断与处理子程序和定时中断与电磁阀控制程序等几部分。

主程序流程如图3所示。氧气机上电后，空气压缩机工作，系统进入待机状态，按下“开机”键进入工作状态并开始制氧，工作过程中可随时进行氧浓度的下限设定。氧气浓度检测与处理子程序完成氧气浓度的测量与显示。ADC0809采用延时方式进行转换，由于CY-16氧传感器测得的氧浓度与输出电流呈对数关系，因此需要通过软件进行修正，并调用显示子程序进行显示。 1

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