一种医疗设备及其控制系统的制作方法

1.本技术涉及医疗设备控制领域，具体涉及一种医疗设备及其控制系统。


背景技术：

2.现有医疗设备(例如麻醉机或呼吸机等)中都有大量复杂的控制电路和逻辑电路，主控cpu对于外围电路的控制无一例外都采用单线构架的控制方式，即通过一根控制线控制一个外围电路或者器件，这种控制方式如果一旦受到环境干扰而产生与控制信号近似的噪声就会产生误动作。特别是在主控cpu进行升级烧录的时候，其i/o脚是不受控的随机信号，例如，原来都该向外输出低电平的引脚，在升级的过程中间隔地向外同时输出高电平信号。这种情况容易导致外围电路和器件的误动作。


技术实现要素：

3.本技术提供一种能够在上位机升级时减少受控件误动作的控制系统，以及包括该系统的医疗设备。
4.基于上述目的，本发明一种实施例中公开了一种控制系统，包括：
5.上位机，包括至少一个第一信号输出端，每个所述第一信号输出端包括第一输出端和第二输出端，所述第一输出端和所述第二输出端用于在所述上位机工作时输出用于表征控制命令的逻辑相反的信号以及在所述上位机升级时输出逻辑相同的信号；
6.异或逻辑电路，包括至少一个第一信号输入端和对应的第二信号输出端，每个所述第一信号输入端包括第一输入端和第二输入端，至少一个所述第一信号输入端与所述第一信号输出端对应连接，其中，所述第一输入端与所述第一输出端连接，所述第二输入端与所述第二输出端连接；
7.受控件，与所述异或逻辑电路的至少一个所述第二信号输出端连接，以接收所述上位机发出的控制命令。
8.基于上述目的，本发明又一种实施例中公开了一种医疗设备，包括了上述控制系统。
9.上述实施例中在上位机和受控件之间采用了异或逻辑电路，当上位机正常工作时通过第一输出端和第二输出端输出逻辑相反的信号，从而向外输出以高电平信号表征的控制命令，而在升级烧录时，将第一输出端和第二输出端信号逻辑置为相同，例如，将第一输出端和第二输出端同时置为低电平信号，在升级过程中即便不受控地同时间隔性的同时变化成高电平信号，异或逻辑电路向受控件输出的仍为低电平信号，从而避免了受控件的误动作。
附图说明
10.图1为一种实施例的控制系统的示意图；
11.图2为一种实施例的异或逻辑电路的示意图；
12.图3为另一种实施例的控制系统的示意图；
13.图4为一种实施例的与门逻辑电路的示意图；
14.图5为又一种实施例的控制系统的示意图；
15.图6为一种实施例的逻辑控制电路的示意图；
16.图7为一种实施例的开关电路的示意图；
17.10、上位机；
18.20、异或逻辑电路；
19.30、受控件；
20.31、下位机；32、安全阀；33、背光电源；
21.40、与门逻辑电路；
22.50、开关电路；
23.60、逻辑控制电路；
24.61、时钟电路；62、重启电路。
具体实施方式
25.下面通过具体实施方式结合附图对本技术作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本技术能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本技术相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本技术的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
26.另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式，各实施例所涉及的操作步骤也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的组成和/或顺序。
27.本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本技术所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
28.本技术中所称的晶体管为三端子晶体管，其三个端子为控制极、第一极和第二极。晶体管可以为双极型晶体管或场效应晶体管等。例如当晶体管为双极型晶体管时，其控制极是指双极型晶体管的基极，第一极可以为双极型晶体管的集电极或发射极，对应的第二极可以为双极型晶体管的发射极或集电极；当晶体管为场效应晶体管时，其控制极是指场效应晶体管的栅极，第一极可以为场效应晶体管的漏极或源极，对应的第二极可以为场效应晶体管的源极或漏极。
29.本技术最重要的构思在于在上位机和受控件之间采用了异或逻辑电路，从而在上位机升级时，避免受控件收到错误的指令。
30.实施例一：
31.请参考图1，本实施例提供了一种控制系统，其包括上位机10、异或逻辑电路20以
及受控件30。该控制系统可以应用于各类由上位机10发出控制命令的设备中，典型的为医疗设备，例如呼吸机、麻醉机、监护仪等设备。
32.上位机10是指可以直接发出操控命令的计算机或微型计算机，其至少包括用于对数据进行处理以及执行程序的处理芯片(或mcu)，以及用于存储数据、程序的存储器。本实施例中上位机10包括两个第一信号输出端，每个第一信号输出端包括第一输出端和第二输出端，也就是说，上位机10包括两个第一输出端和两个第二输出端。在其他实施例中，上位机10也可以包括一个或超过两个的第一信号输出端。第一输出端和第二输出端用于在上位机10工作时输出用于表征控制命令的逻辑相反的信号以及在上位机10升级时输出逻辑相同的信号。
33.上位机10工作状态下与上位机10连接的受控件30会依照一定的时序接收到控制命令，下文中，当受控件30接收到高电平信号时，代表接收到了控制命令，反之则是没有接受到控制命令。
34.上位机10升级，通常指的是对上位机10的固件进行升级。本技术所称的固件(firmware)，指的是写入上位机10的存储器中的程序，存储器可以是eprom(可擦写可编程只读存储器)或eeprom(电可擦可编程只读存储器)等。一般来说，固件是担任一个产品最基础、最底层工作的软件。固件升级也被称为固件更新，固件升级的方式包括但不限于刷写、重写、烧录或刷机等，是指把新的固件写入上位机10中，代替原有的固件的过程。
35.上位机10的控制命令的发出，本质上是通过上位机10中处理芯片(或者是mcu或上位机10的cpu)的i/o脚(输入输出引脚)的脚位逻辑变化实现的，也就是说，第一输出端和第二输出端通过与处理芯片的引脚的连接，实现信号的输出。在上位机10升级过程中，上位机10处理芯片的i/o脚会输出不受控制的随机信号，例如间隔性的向外同时输出高电平或低电平，从而导致了受控件30的误操作，本技术正是针对这一技术问题所提出的方案。
36.异或逻辑电路20包括第一信号输入端和对应的第二信号输出端，并且，第一信号输入端包括第一输入端和第二输入端。具体的，请参照图2，异或逻辑电路20包括异或门芯片s1和必要的外围电路，外围电路除了图2所示的结构外，还可以做任意符合电路规律的变形。本实施例的异或逻辑电路20包括四个第一信号输入端和对应的第二信号输出端，具体的，四个第一输入端分别与引脚1a、引脚2a、引脚3a和引脚4a对应连接，四个第二输入端分别与引脚1b、引脚2b、引脚3b和引脚4b对应连接,四个第二信号输出端分别与引脚1y、引脚2y、引脚3y和引脚4y对应连接。在其他实施例中，也可以包括其他整数个的第一信号输入端和对应的第二信号输出端。每个第一信号输入端与上位机10的第一信号输出端对应连接，其中，第一输入端与第一输出端连接，第二输入端与第二输出端连接。
37.受控件30则与异或逻辑电路20的第二信号输出端连接，以接收上位机10发出的控制命令。
38.下面以一组第一信号输入端和第二信号输出端(与引脚1a连接的第一输入端、与引脚1b连接的第二输入端以及与引脚1y连接的第二信号输出端)为例，说明本实施例中的电路工作原理：上位机10正常工作时，当上位机10发出控制命令，引脚1a和引脚1b接收到逻辑相反的输入信号，例如引脚1a接收到高电平信号，引脚1b接收到低电平信号，引脚1y则输出高电平信号，受控件30接收到该高电平信号时则受控完成相应动作。在上位机10要升级时，则将与引脚1a连接的第一输出端和与引脚1b连接的第二输出端置为输出逻辑相同的信
号，例如，将第一输出端输出的信号置为低电平信号，第二输出端输出的信号也置为低电平信号，此时异或门芯片s1的第二信号输出端输出的也是低电平信号，可以认为受控件30处于待机或者停止动作的状态。在上位机10升级的过程中，当第一输出端和第二输出端输出的信号(在不受控的情况下)同时变为高电平信号时，第二信号输出端仍输出低电平信号，故受控件30不会受到错误信号的控制。
39.需要说明的是，上位机10的处理芯片的引脚的脚位逻辑控制是本领域的常规技术手段，其可以通过硬件、软件或软硬件结合的方式完成。以硬件的方式为例，可以在上位机10工作时给处理芯片的使能引脚一个使能信号，这样处理芯片的引脚就可以依照时序发出高电平信号，而当上位机10要升级时，则不给处理芯片的使能引脚使能信号，则处理芯片的引脚均置为低电平。
40.本实施例中，上位机10的处理芯片可以只通过引脚中的第一引脚和第二引脚就可以完成控制命令的输出，具体的，两个第一输出端分别与第一引脚连接，两个第二输出端分别与第二引脚连接。
41.通过上述连接布局方式，使得两路第一信号输入端接收到的信号同源，其对应的第二信号输出端输出的信号也就是相同的，故通过两个引脚就实现了通过异或逻辑电路20的两路输出，从而简化了电路结构的布局，使得上位机10能够对更多的受控件30进行控制。类似的思路可以扩展到更多引脚的连接上。
42.本实施例控制系统中受控件30的种类和含义是多样的，其根据控制系统所应用的设备不同也会有所差别，以呼吸机为例，受控件30可以是安全阀32、呼吸机的背光电源33等，此外，受控件30也可以是通常设备中接收上位机10发出的控制命令的下位机31。
43.根据受控件30的不同，与之连接的第二信号输出端的数目也不同，例如，当受控件30是安全阀32或背光电源33时，受控件30通常与一个第二信号输出端连接，而当受控件30是下位机31时，则可以与两个以上的第二信号输出端连接，当两个以上的第二信号输出端中一个输出表征控制命令的信号时，则下位机31执行正确的操作命令。例如，两个第二信号输出端中一个输出了正确的高电平信号，另一个因为故障输出了低电平信号，下位机31就在高电平信号的作用下执行命令。多个的第二信号输出端向下位机31传输控制命令，相当于提供了多个保险，一条线路出错另一条仍能够输出正确的信号，从而提高控制系统的稳定性和可靠性。
44.实施例二：
45.本实施例在实施例一的基础上，对于受控件30是安全阀32或背光电源33等元件的情况做了进一步改进。请参照图3与图4，本实施例中的控制系统还包括与门逻辑电路40，与门逻辑电路40包括第三输入端、第四输入端和第三信号输出端，第三输入端和第四输入端分别与异或逻辑电路20的不同第二信号输出端连接，第三信号输出端则与受控件30上用于接收使能信号的使能端连接。一个与门逻辑电路40串联于异或逻辑电路20和一个受控件30之间。如图4所示，该图中左侧的与门逻辑电路40包括与门芯片s2和必要的外围电路。与门芯片s2的引脚a与引脚1y(异或门芯片s1的一个第二信号输出端)连接，与门芯片s2的引脚b与引脚2y(异或门芯片s1的另一个第二信号输出端)连接。在其他实施例中，当有多个的第二信号输出端时，第三输入端和第四输入端同样与多个第二信号输出端中的不同第二信号输出端连接。
46.通过上述电路结构，当和与门逻辑电路40连接的两个第二信号输出端均输出高电平信号时，与门逻辑电路40才发出作为使能信号的高电平信号，以背光电源33为例，此时背光电源33才会发亮，从而进一步减少了设备的受控件30因为上位机10自身故障、升级等引起的错误而执行错误的命令。
47.实施例三
48.请参照图5，本实施例与实施例一的区别在于，控制系统还包括开关电路50和逻辑控制电路60，且本实施例中的受控件30为下位机31。
49.上位机10在正常工作状态下其处理芯片通过其一个i/o引脚(下文记为第三引脚)发送第一状态位信号，该第一状态位信号可以通过预先存储于上位机10的处理芯片内的程序实现，也可以通过上位机10内部的硬件电路实现，对于本领域的技术人员来说，该硬件电路是非常容易搭建的，故在此不进行详细说明。在一些实施例中，第一状态位信号可以是高电平信号，也就是说，当上位机10正常工作时，其通过第三引脚发送高电平信号，当上位机10工作异常时，第三引脚不发送高电平信号，也可以认为此时第三引脚向外发送低电平信号。在一些实施例中，该第一状态位信号是以上位机10的工作频率定期发送的。
50.开关电路50串联于异或逻辑电路20和下位机31之间，本实施例中，上位机10和下位机31之间通过两路数据传输线相连，每路数据传输线上都设置有一个开关电路50，上位机10在其他实施例中，每路数据传输线上也可以设置有一个以上的开关电路50，而在另一些实施例中，上位机10和下位机31之间也可以通过一路或者两路以上的数据传输线相连，各数据传输线组成了上位机10和下位机31之间的数据交互通道，上位机10向下位机31发出的控制命令也是在数据传输线上传输的。
51.逻辑控制电路60包括第二信号输入端和控制信号输出端，第二信号输入端用于与上位机10连接，以接收第一状态位信号，控制信号输出端与开关电路50连接。逻辑控制电路60在接收到第一状态位信号时，将用于控制开关电路50导通的第一控制信号发送至开关电路50,使得上位机10与下位机31之间的数据交互通道连通，也就是说，逻辑控制电路60以第一状态位信号为输入，向开关电路50输出第一控制信号。而当逻辑控制电路60未接收到第一状态位信号时，则会将用于控制开关电路50断开的第二控制信号发送至开关电路50,开关电路50接收到第二控制信号后会断开，使得上位机10和下位机31之间的数据交互通道断开。
52.通过上述逻辑控制电路60和开关电路50的配合，相当于上位机10自身出现故障时由自身发送断开数据交互的指令，保证了上位机10不会将错误的指令发送给下位机31。
53.请参照图6，时钟电路61包括用于产生时钟信号的晶振y，该晶振y的引脚ts通过电阻r22与电源连接，晶振y的引脚vcc1为电源供电脚，晶振y的引脚gnd1接地，晶振y的引脚out则通过电阻r21与mcu的引脚ra5连接，用于向mcu输出触发mcu工作(例如触发mcu自身定期接收第一状态位信号)的时钟信号。此外，时钟电路61还包括在电源和地之间的滤波电容c21和c22。
54.mcu的引脚vdd1连接至电源，引脚vss接地，引脚rc4通过电阻r13与上位机10的第三引脚连接，mcu的引脚ra4通过电阻r11与开关电路50连接，用于向开关电路50发送第一控制信号或第二控制信号，本实施例中，第一控制信号为高电平信号，第二控制信号为低电平信号，在其他实施例中，也可以是第一控制信号为低电平信号，第二控制信号为高电平信
号，或者第一控制信号和第二控制信号为其他类型的信号。
55.请参照图7，图7中所示为两路数据传输线上的开关电路50的具体结构示意图，以其中一个开关电路50为例，该开关电路50包括晶体管(q1，q2)、型号为sn74lvc1g66的模拟开关芯片(u1，u2)以及必要的外围电路，在其他实施例中，也可以采用其他型号的模拟开关芯片，或者搭建能够实现相同功能的电路。
56.如图7所示，晶体管q1的控制极与mcu的引脚ra4连接，晶体管q1的第一极为漏极d，漏极d与模拟开关芯片u1的控制引脚c相连，并且晶体管q1的漏极d通过电阻r31连接至电源。晶体管q1的第二极为源极s,该源极s接地，电阻r32的一端连接至晶体管q1的源极s，另一端连接至晶体管q1的栅极g，用于提供偏置电压以及保护栅极g和源极s。如果采用其他类型的晶体管，其源极s和漏极d也可以互换。
57.模拟开关芯片u1具有第一数据传输引脚a、第二数据传输引脚b、引脚gnd、控制引脚c和引脚vcc，其中，引脚gnd接地，引脚vcc则为电源供电引脚。第一数据传输引脚a和异或门芯片的引脚1y相连，第二数据传输引脚b则与下位机31相连。该模拟开关芯片u1的工作原理为：当晶体管q1接收到第一控制信号时，晶体管q1向控制引脚c发送高电平信号，模拟开关芯片u1处于导通状态，第一数据传输引脚a、第二数据传输引脚b之间导通；当晶体管q1接收到第二控制信号时，晶体管q1向控制引脚c发送低电平信号，模拟开关芯片u1处于断开状态，第一数据传输引脚a、第二数据传输引脚b之间断开。
58.下面对逻辑控制电路60和开关电路50的工作过程进行说明。
59.时钟电路61用于产生时钟信号，以触发mcu执行接收第一状态位信号的步骤，如果mcu接收到第一状态位信号，则向晶体管q1的控制极发送高电平信号，晶体管q1导通，第一数据传输引脚a和第二数据传输引脚b导通，此时开关电路50导通。如果mcu未接收到第一状态位信号，则向晶体管q1的控制极发送低电平信号，晶体管q1处于截止状态，控制引脚c处的电势发生变化，模拟开关芯片u1的第一数据传输引脚a和第二数据传输引脚b之间断开连接，使得上位机10和下位机31之间的一路数据传输断开。开关电路50内的另一组晶体管q2和模拟开关芯片u2的工作过程可参照上述说明。当然的，在其他实施例中，也可以采用其他结构的开关电路50。
60.在其他实施例中，mcu的引脚rc0作为重启信号输出端还与上位机10内用于重启的引脚相连，当mcu未接收到第一状态位信号时，则向上位机10发送第一重启信号，使得上位机10重启，例如将引脚rc0置为高电平状态。上述方式相当于把复位功能也集成在了本技术的逻辑控制电路60结构当中，进一步简化了电路的结构。
61.在一些实施例中，逻辑控制电路60还包括重启电路62，重启电路62包括与mcu连接的监控芯片u3和相应的外围电路，该监控芯片u3用于对mcu的状态进行监控，以在mcu自身故障时重启mcu。
62.例如，请继续参照图6，图6所示的实施例中采用型号为tps3828
‑
33dbvt的监控芯片u3，在其他实施例中，也可以采用其他型号的监控芯片u3或者搭建实现相同功能的电路。
63.监控芯片u3的引脚vdd2为电源供电引脚，引脚gnd2接地，引脚wdi与mcu的引脚rc5相连，引脚reset则与mcu的引脚ra3相连。mcu在正常工作时通过引脚rc5向监控芯片u3发送第二状态位信号。监控芯片u3的工作原理为：如果未接收到第二状态位信号，则控制引脚reset向mcu发送第二重启信号，使得mcu重启。
64.本实施例中的第二状态位信号为高电平信号，而监控芯片u3则是将引脚reset置为高电平状态，从而使得mcu重启。
65.通过设置监控芯片u3，使得mcu的正常工作也有了保障，提高了可靠性。
66.此外，监控芯片u3自身还可以手动重启，如图6所示，监控芯片u3的引脚mr通过电阻r41与电源相连，当移动开关sw使得触点
①
和触点
②
连接时，电源施加电压在引脚mr上，使得监控芯片u3重启。
67.在一些实施例中，重启电路62还包括发光二极管d1，该发光二极管d1的第一极通过电阻r44与电源连接，发光二极管d1的第二极通过电阻r43连接至监控芯片u3的引脚wdi上。本实施例中，发光二极管d1的第一极为阳极，第二极为阴极。当mcu工作异常时，阳极和阴极之间的电势差增大，使得发光二极管导通发光，从而起到报警的作用。
68.实施例四
69.本实施例公开了一种医疗设备，该医疗设备可以是呼吸机、麻醉机或监护仪等设备，该医疗设备包括上述任一实施例中的控制系统。
70.上述实施例，通过异或逻辑电路减少了上位机升级过程中向受控件发送错误控制命令的现象，并且，通过与门逻辑电路进一步提高了受控件执行命令的正确性，同时，还能够有效防止上位机故障时将错误命令发送给下位机而引发连环故障。
71.以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。