用于控制机电致动器的装置和方法与流程

1.本文描述的主题的实施例总体上涉及医疗装置，并且更具体地说，主题的实施例涉及具有改进的可靠性和减小的尺寸的可扩展致动器控制模块，其适用于便携式电子装置，如流体输注装置。


背景技术：

2.用于向患者递送或分配药剂如胰岛素或另一种处方药物的输注泵装置和系统在医学领域中是相对公知的。典型的输注泵包含泵驱动系统，所述泵驱动系统通常包含小型马达和将旋转马达运动转换成柱塞(或塞子)于储器中的平移位移的驱动系组件，所述储器通过创建于储器与用户的身体之间的流体路径将药物从储器递送到用户的身体。输注泵疗法的使用一直在增加，尤其是用于为糖尿病患者递送胰岛素。
3.不同的输注泵装置可能具有不同的形状因数、约束或以其它方式利用不同的技术，这导致最适合驱动系统的特定类型的致动器从一种类型的输注泵装置变化到下一种。通常，这还需要使用不同的控制器，所述控制器被设计成或以其它方式配置成与特定类型的致动器一起使用。可替代地，通过编程以支持与其一起部署的特定类型的致动器，可以跨不同的装置和致动器利用常见类型的微控制器或类似处理模块；然而，这通常需要足够数量的通用输入/输出端子来支持不同潜在类型的致动器，这进而又增加了微控制器封装的尺寸。因此，令人期望的是，提供一种致动器控制模块，其可扩展以与不同类型的致动器一起使用，而没有与现有方法相关联的缺点。结合附图和该背景技术，从随后的详细描述和所附权利要求书中，其它期望的特征和特性将变得显而易见。


技术实现要素：

4.提供了适用于如输注装置或输注系统等医疗装置或系统的机电致动装置、系统和方法。机电致动器驱动器模块的实施例包含接收输入命令信号的端子、耦接到所述端子以将所述输入命令信号转换成致动命令的命令逻辑，以及耦接到所述命令逻辑以基于所述致动命令为选定类型的机电致动器生成驱动器命令的解码逻辑。
5.在另一个实施例中，提供了一种用于驱动器模块的设备，其包含：输入端子，所述输入端子接收具有占空比的输入命令信号；多个输出端子，所述多个输出端子耦接到机电致动器；驱动器电路系统，所述驱动器电路系统耦接到所述多个输出端子；占空比测量逻辑，所述占空比测量逻辑耦接到所述输入端子以测量所述占空比从而获得命令式致动状态值；以及占空比解码逻辑，所述占空比解码逻辑耦接到所述占空比测量逻辑和所述驱动器电路系统以将所述命令式致动状态值转换成用于所述机电致动器的驱动器命令并向所述驱动器电路系统提供所述驱动器命令，其中所述驱动器电路系统根据所述驱动器命令在所述多个输出端子处提供输出信号。
6.在另一个实施例中，提供了一种响应于输入端子处的输入命令信号来控制机电致动器的方法。所述方法涉及：基于所述输入命令信号的特性确定命令式致动状态值；基于所
述命令式致动状态值和与所述机电致动器相关联的致动器类型生成驱动器命令信号；以及根据所述驱动器命令信号操作驱动器电路系统以在耦接到所述机电致动器的输出端子处提供输出信号。
7.提供本发明内容以便以简化的形式介绍下文在具体实施方式中进一步描述的一系列概念。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用作确定所要求保护的主题的范围的辅助手段。
附图说明
8.当结合以下附图考虑时，可以通过参考详细说明和权利要求得出对主题更彻底的理解，其中贯穿附图，相似的附图标记指代类似的元件，所述元件为了简洁和清楚起见而示出的并且不一定按比例绘制。
9.图1描绘了输注系统的示例性实施例；
10.图2是在一个或多个实施例中适于与流体输注装置一起使用的示例性控制系统的框图；
11.图3是在一个或多个实施例中适于在图2的控制系统中的输注装置中使用的示例性机电致动器驱动器模块的框图；
12.图4a-4b描绘了根据一个或多个示例性实施例的机电致动器驱动器模块(如图3的机电致动器驱动器模块)的示意图；
13.图5是在一个或多个示例性实施例中适于在图4a的机电致动器驱动器模块中使用的驱动器命令模块的示意图；并且
14.图6是在一个或多个示例性实施例中适于由机电致动器驱动器模块实施的示例性控制过程的流程图。
具体实施方式
15.以下具体实施方式在本质上仅仅是说明性的并且不旨在限制本主题或本技术的实施例或此类实施例的应用和使用。如本文所使用的，词语“示例性”意指“用作实例、例子或说明”。任何在本文中被描述为示例性的实施方案不一定被解释为优于或胜过其它实施方案。此外，不旨在被存在于上述技术领域、背景技术、发明内容或以下具体实施方式中的任何表述或暗示的理论约束。
16.虽然本文描述的主题可以在包含机电致动器的任何电子装置中实施，但本文描述的主题的示例性实施例结合医疗装置(如便携式电子医疗装置)来实施。尽管许多不同的应用是可能的，但是以下描述集中于将流体输注装置(或输注泵)作为输注系统部署的一部分并入的实施例。也就是说，本文描述的所述主题不限于输注装置(或其任何特定配置或实现)并且可在多次每日注射(mdi)治疗方案或其它医疗装置(如连续葡萄糖监测(cgm)装置、注射笔(例如，智能注射笔)等)的背景下以等效方式实施。为了简洁起见，与输注系统操作、胰岛素泵和/或输注器操作以及系统的其它功能方面(和系统的单独的操作组件)有关的常规技术在此可能不会详细描述。输注泵的实例可以属于但不限于以下美国专利中所描述的类型：第4,562,751号；第4,685,903号；第5,080,653号；第5,505,709号；第5,097,122号；第6,485,465号；第6,554,798号；第6,558,320号；第6,558,351号；第6,641,533号；第6,659,
980号；第6,752,787号；第6,817,990号；第6,932,584号；以及第7,621,893号；这些美国专利中的每个美国专利通过引用并入本文中。
17.一般来说，流体输注装置包含马达或其它致动布置，所述马达或其它致动装置可操作以使柱塞(或塞子)或其它递送机构位移，以从设置在流体输注装置内的储器向患者的身体递送一定剂量的流体，如胰岛素。可以根据与特定操作模式相关的递送控制方案以自动方式生成支配致动的剂量命令，并且可以以受用户身体内生理状况的当前(或最近)测量结果影响的方式生成剂量命令。举例来说，在闭环操作模式中，剂量命令可基于用户身体中的间质液葡萄糖水平的当前(或最近)测量结果和目标(或参考)葡萄糖值之间的差生成。在这方面，输注速率可随当前测量值和目标测量值之间的差波动而变化。出于解释的目的，本文在输注的流体为用于调节用户(或患者)的葡萄糖水平的胰岛素的背景下描述主题；然而，应当理解许多其它流体可通过输注施用，并且本文所描述的主题不必限于与胰岛素一起使用。
18.如下文主要在图3-5的上下文中更详细地描述的，本文描述的示例性实施例采用可扩展且能够支持任何数量的不同类型的机电致动器的机电致动模块。在这方面，机电致动模块可以跨使用不同类型的机电致动器(例如，无刷直流(bldc)马达、有刷直流(bdc)马达、步进马达、形状-记忆合金致动器等)的不同类型或配置的流体输注装置部署。机电致动模块包含用于接收输入命令信号的单独输入端子和将输入命令信号映射或以其它方式转换成命令式致动的命令逻辑电路系统。机电致动模块还包含耦接到命令逻辑电路系统的解码逻辑，所述命令逻辑电路系统生成对应的驱动器命令，用于实现机电致动模块的特定类型的致动器的命令式致动。驱动器命令被提供给机电致动模块的驱动器电路系统，所述驱动器电路系统进而生成对应的输出电压信号，所述输出电压信号被施加或以其它方式提供给机电致动器的适当输入。在这方面，由解码逻辑生成的驱动器命令和用于给定命令式致动状态的对应输出电压信号将根据所选择的要支持的致动器类型而变化。
19.在示例性实施例中，输入命令信号被实现为具有可变占空比的脉宽调制(pwm)电压信号。命令逻辑电路系统测量占空比的宽度(或持续时间)，从而将占空比转换成提供给解码逻辑的离散数字表示。在示例性实施例中，机电致动模块包含附加的安全逻辑，所述额外的安全逻辑在输入命令信号维持恒定时禁用额外的致动，例如，通过提供导致驱动器电路系统接地或以其它方式在机电致动器的输入处提供高阻抗的命令式致动状态值。这消除了对机电致动模块的专用启用信号的需要，同时还防止了如果异常情况导致静态输入命令信号则可能会导致的失控情况。
20.图1描绘了输注系统100的一个示例性实施例，其包含但不限于流体输注装置(或输注泵)102、感测布置104、命令控制装置(ccd)106和计算机108。输注系统100的组件可以使用不同的平台、设计和配置来实现，并且图1中所示出的实施例不是穷举或限制。在实践中，如图1中所展示的，输注装置102和感测布置104固定在用户(或患者)的身体上的期望位置处。在这方面，图1中的输注装置102和感测布置104固定到用户的身体的位置仅作为代表性的非限制性实例而提供。输注系统100的元件可以类似于美国专利第8,674,288号中所描述的元件，所述美国专利的主题通过引用以其全文在此并入。
21.在图1的所展示的实施例中，输注装置102被设计成适于将流体、液体、凝胶或其它药物输注到用户的身体中的便携式医疗装置。在示例性实施例中，所输注的流体是胰岛素，
尽管可以通过输注来施用许多其它流体，如但不限于hiv药物、治疗肺动脉高压的药物、铁螯合药物、止痛药物、抗癌治疗、药物、维生素、激素等。在一些实施例中，流体可以包含营养补充剂、染料、追踪介质、盐水介质、水合介质等。
22.感测布置104通常表示被配置成感测、检测、测量或以其它方式定量用户的状况的输注系统100的组件，并且可以包含用于提供指示由感测布置感测、检测、测量或以其它方式监测的状况的数据的传感器、监测器等。在这方面，感测布置104可以包含对用户的生物状况(如血糖水平等)具有反应性的电子器件和酶，并且将指示血糖水平的数据提供给输注装置102、ccd 106和/或计算机108。例如，输注装置102、ccd 106和/或计算机108可以包含用于基于从感测布置104接收的传感器数据向用户呈现信息或数据(例如，用户的当前葡萄糖水平、用户的葡萄糖水平对时间的曲线或图表、装置状态指示器、警报消息等)的显示器。在其它实施例中，输注装置102、ccd 106和/或计算机108可以包含被配置成分析传感器数据并且基于传感器数据和/或预编程的递送例程操作输注装置102以将流体递送到用户的身体的电子器件和软件。因此，在示例性实施例中，输注装置102、感测布置104、ccd 106和/或计算机108中的一个或多个包含允许与输注系统100的其它组件通信的发射器、接收器和/或其它收发器电子器件，使得感测布置104可以将传感器数据或监测器数据传输到输注装置102、ccd 106和/或计算机108中的一个或多个。
23.仍然参考图1，在各个实施例中，感测布置104可以固定到用户的身体或在远离输注装置102被固定到用户身体时的位置的位置处嵌入用户的身体。在各个其它实施例中，感测布置104可以并入输注装置102内。在其它实施例中，感测布置104可以与输注装置102分离并隔开并且可以例如作为ccd 106的一部分。在此类实施例中，感测布置104可以被配置成接收生物样品、分析物等以测量用户的状况。
24.在一些实施例中，ccd 106和/或计算机108可以包含被配置成执行处理、递送例程存储并且以受由感测布置104测量到的和/或从所述感测布置接收到的传感器数据影响的方式控制输注装置102的电子器件和其它组件。通过将控制功能包含在ccd 106和/或计算机108中，输注装置102可以用更简化的电子器件制成。然而，在其它实施例中，输注装置102可以包含所有控制功能并且可以在没有ccd 106和/或计算机108的情况下进行操作。在各个实施例中，ccd 106可以是便携式电子装置。另外，在各个实施例中，输注装置102和/或感测布置104可以被配置成将数据传输到ccd 106和/或计算机108以由ccd 106和/或计算机108显示或处理数据。
25.在一些实施例中，ccd 106和/或计算机108可以向用户提供促进用户随后使用输注装置102的信息。例如，ccd 106可以向用户提供信息以允许用户确定要施用到用户的身体中的药物的速率或剂量。在其它实施例中，ccd 106可以向输注装置102提供信息以自主控制施用到用户的身体中的药物的速率或剂量。在一些实施例中，感测布置104可以集成到ccd 106中。此类实施例可以允许用户通过将例如他或她的血液的样品提供给感测布置104以评估他或她的状况来监测状况。在一些实施例中，感测布置104和ccd 106可以用于在不使用或不需要输注装置102与感测布置104和/或ccd 106之间的电线或电缆连接的情况下确定用户的血液和/或体液中的葡萄糖水平。
26.在一些实施例中，感测布置104和/或输注装置102被协作地配置成利用闭环系统以将流体递送到用户。利用闭环系统的感测装置和/或输注泵的实例可以在以下美国专利
中发现但不限于以下美国专利：第6,088,608号、第6,119,028号、第6,589,229号、第6,740,072号、第6,827,702号、第7,323,142号和第7,402,153号或美国专利申请公开第2014/0066889号，所有这些专利通过引用以其全文并入本文中。在此类实施例中，感测布置104被配置成感测或测量用户的状况，例如血糖水平等。输注装置102被配置成响应于由感测布置104感测的状况而递送流体。进而，感测布置104继续感测或以其它方式定量用户的当前状况，由此允许输注装置102无限期地响应于由感测布置104当前(或最近)感测到的状况而连续地递送流体。在一些实施例中，感测布置104和/或输注装置102可以被配置成仅在一天中的一部分中(例如，仅在用户睡着或醒着时)利用闭环系统。
27.图2描绘了适于与输注装置202(如上文所描述的输注装置102)一起使用的控制系统200的示例性实施例。控制系统200能够将患者的身体201中的生理状况控制或以其它方式调节到期望(或目标)值，或以其它方式以自动或自主的方式将状况维持在可接受值的范围内。在一个或多个示例性实施例中，所调节的状况由通信地耦接到输注装置202的感测布置204(例如，感测布置104)来感测、检测、测量或以其它方式定量。然而，应当注意，在替代性实施例中，由控制系统200调节的状况可以与由感测布置204获得的测量值相关。也就是说，出于清楚和解释的目的，本文可以在感测布置204被实现为感测、检测、测量或以其它方式定量正在由控制系统200在患者的身体201中进行调节的患者的葡萄糖水平的葡萄糖感测布置的背景下描述主题。
28.在示例性实施例中，感测布置204包含一个或多个间质葡萄糖感测元件，所述一个或多个间质葡萄糖感测元件生成或以其它方式输出具有与患者的身体201中的相对间质液葡萄糖水平相关、受其影响或以其它方式指示其的信号特性的电信号(在本文中可替代地被称为测量信号)。对输出的电信号进行滤波或以其它方式进行处理以获得指示患者的间质液葡萄糖水平的测量值。在一些实施例中，血糖仪230(如指棒装置)用于直接感测、检测、测量或以其它方式定量患者的身体201中的血糖。在这方面，血糖仪230输出或以其它方式提供测得的血糖值，所述测得的血糖值可以用作用于校准感测布置204并将指示用户的间质液葡萄糖水平的测量值转换成对应的经过校准的血糖值的参考测量结果。出于解释的目的，基于由感测布置204的一个或多个感测元件输出的电信号计算出的经过校准的血糖值在本文中可以可替代地被称为传感器葡萄糖值、感测到的葡萄糖值或其变型。
29.尽管在图2中未示出，控制系统200的实际实施例可以包含一个或多个附加的感测布置，所述一个或多个附加的感测布置被配置成感测、检测、测量或以其它方式定量指示患者身体中的状况的患者身体特性。例如，除了葡萄糖感测布置204之外，一种或多种辅助感测布置可以被佩戴、携带或以其它方式与患者的身体201相关联以测量可能影响患者的葡萄糖水平或胰岛素敏感性的特性或状况，如心率传感器(或监测器)、乳酸传感器、酮传感器、加速度传感器(或加速度计)、环境传感器等。
30.在所展示实施例中，泵控制系统220通常表示输注装置202的电子器件和其它组件，所述电子器件和其它组件根据期望的输注递送程序以受指示患者的身体201中的当前葡萄糖水平的感测到的葡萄糖值影响的方式来控制流体输注装置202的操作。例如，为了支持闭环操作模式，泵控制系统220维持、接收或以其它方式获得目标或命令式葡萄糖值，并自动生成或以其它方式确定用于操作机电致动器232(例如，bldc马达、bdc马达、步进马达、形状-记忆合金致动器等)的剂量命令以基于感测到的葡萄糖值与目标葡萄糖值之间的差
来使柱塞217位移并将胰岛素递送到患者的身体201。在其它操作模式中，泵控制系统220可以生成或以其它方式确定被配置成将感测到的葡萄糖值维持低于葡萄糖上限、高于葡萄糖下限或以其它方式在葡萄糖值的期望范围内的剂量命令。在实践中，输注装置202可以将目标值、一个或多个葡萄糖上限和/或下限、一个或多个胰岛素递送限制和/或一个或多个其它葡萄糖阈值存储或以其它方式维持在泵控制系统220可访问的数据存储元件中。如更详细描述的，在一个或多个示例性实施例中，泵控制系统220自动调整或调节一个或多个参数或其它控制信息，所述一个或多个参数或其它控制信息用于生成用于以考虑到因进餐、锻炼或其它活动导致的患者葡萄糖水平或胰岛素反应的可能变化的方式操作机电致动器232的命令。
31.仍然参考图2，泵控制系统220所利用的目标葡萄糖值和其它阈值葡萄糖值可以从外部组件(例如，ccd 106和/或计算装置108)接收，或者由患者通过与输注装置202相关联的用户接口元件240输入。在实践中，与输注装置202相关联的一个或多个用户接口元件240通常包含至少一个输入用户接口元件，例如按钮、小键盘、键盘、旋钮、操纵杆、鼠标、触摸面板、触摸屏、麦克风或另一种音频输入装置等。此外，一个或多个用户接口元件240包含用于向患者提供通知或其它信息的至少一个输出用户接口元件，例如显示元件(例如发光二极管等)、显示装置(例如液晶显示器等)、扬声器或另一种音频输出装置、触觉反馈装置等。应当注意，尽管图2将一个或多个用户接口元件240描绘为与输注装置202分离，但是在实践中，一个或多个用户接口元件240可以与输注装置202集成。此外，在一些实施例中，除一个或多个用户接口元件240与输注装置202集成之外和/或作为其替代，一个或多个用户接口元件240与感测布置204集成。一个或多个用户接口元件240可以由患者操纵以按照需要操作输注装置202来递送校正团注、调节目标值和/或阈值、修改递送控制方案或操作模式等。
32.仍然参考图2，在所展示的实施例中，输注装置202包含制动器控制模块212，所述制动器控制模块耦接到机电致动器驱动器模块214，所述机电致动器驱动器模块进而耦接到机电致动器232，所述机电致动器可操作以使储器中的柱塞217位移并向患者的身体201提供期望量的流体。在这方面，柱塞217的位移导致能够影响患者的生理状况的流体(如胰岛素)通过流体递送路径(例如，经由输注器的管)递送到患者的身体201。机电致动器驱动器模块214耦接在能量源218和机电致动器232之间，并且致动器控制模块212生成或以其它方式提供命令信号，所述命令信号操作机电致动器驱动器模块214以将来自能量源218的电流(或功率)提供给机电致动器232，从而响应于从泵控制系统220接收到剂量命令而使柱塞217位移，所述剂量命令指示要递送的流体的期望量。
33.在示例性实施例中，能量源218被实现为容纳在提供直流(dc)功率的输注装置202内的电池。在这方面，机电致动器驱动器模块214通常表示逻辑电路系统、硬件和/或其它电气组件的组合，所述其它电气组件被配置成将由能量源218提供的dc功率转换或以其它方式传输成施加到机电致动器232的输入(例如，马达的定子绕组的相应相位)的交变电信号，所述交变电信号导致电流流动，所述电流流动导致机电致动器232使柱塞217位移。例如，致动器驱动器模块214可以生成施加到马达的定子绕组的相位的电压信号，所述电压信号导致电流流过定子绕组，从而生成定子磁场并导致马达的转子旋转。
34.致动器控制模块212被配置成从泵控制系统220接收或以其它方式获得命令式剂量、将命令式剂量转换成柱塞217的命令式平移位移，以及命令、发信号或以其它方式操作
机电致动器驱动器模块214以使机电致动器232致动一定量，所述量产生柱塞217的命令式平移位移。例如，致动器控制模块212可以确定产生柱塞217的平移位移所需的转子的旋转量，所述量实现从泵控制系统220接收的命令式剂量。致动器控制模块212监测由感测布置216的输出指示的当前致动状态(例如，转子相对于由转子感测布置指示的马达定子的旋转位置(或取向))并向致动器驱动器模块214提供一个或多个命令信号，直到实现期望的致动量，从而实现向患者的期望流体递送。
35.例如，使用bldc马达作为致动器232，致动器控制模块212从感测布置216接收当前转子位置测量数据，并使用查找表确定与相对于当前转子位置的期望流体递送相对应的期望的转子配置或取向。致动器控制模块212然后使用另一个查找表向致动器驱动器模块214提供具有固定频率的pwm电压信号，所述pwm电压信号的占空比对应于期望的转子位置。随着测量的转子位置改变，致动器控制模块212适当地动态更新pwm电压信号的占空比，从而以期望的方式将转子位置从一种状态移动到另一种状态。例如，致动器控制模块212可以提供占空比为10％的pwm电压信号以将转子移动到30度的取向，然后提供20％的占空比以将转子从30度的取向移动到60度的取向。一旦转子到达期望位置，致动器控制模块212就可以将占空比维持在对应于该位置的百分比，以将转子保持或以其它方式维持在所述特定角取向。
36.如下文在图3-5的上下文中更详细地描述的，在示例性实施例中，致动器控制模块212提供输入电压信号，所述输入电压信号的占空比与机电致动器232的旋转角度(以及柱塞217的对应位移)相对应，用于实现命令式旋转角度。在此类实施例中，致动器驱动器模块214仅需要单个输入端子来接收来自致动器控制模块212的输入命令信号。致动器驱动器模块214包含逻辑，所述逻辑被配置成将输入占空比转换成适当的电信号以施加到机电致动器232从而实现与输入占空比相对应的期望致动(或换向)状态，以及然后将这些电信号施加到机电致动器232的输入。例如，在机电致动器232被实现为bldc马达的情况下，致动器驱动器模块214施加电压信号，以在转子磁极相对于定子的适当取向并且以适当的顺序对定子绕组的相应相位进行换向，从而提供使转子在期望方向上按命令的量旋转的旋转定子磁场。
37.在一些实施例中，在致动器控制模块212操作机电致动器驱动器模块214和/或机电致动器232以实现命令式旋转角度之后，致动器控制模块212停止操作机电致动器驱动器模块214和/或机电致动器232，直到接收到随后的旋转角度命令为止。如以下在图3-4和6的上下文中更详细地描述的，为了将机电致动器232置于空闲状态，致动器控制模块212可以提供固定或恒定的输入命令信号(例如，0％或100％的占空比)，所述输入命令信号进而导致机电致动器驱动器模块214允许机电致动器232的输入接地或以其它方式进入高阻抗状态，在此期间机电致动器驱动器模块214有效地将机电致动器232与能量源218断开连接或隔离。
38.取决于实施例，致动器控制模块212可以用被设计成执行本文所描述的功能的通用处理器、微处理器、控制器、微控制器、状态机、内容可寻址存储器、专用集成电路、现场可编程门阵列、任何合适的可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其任何组合来实施或实现。在示例性实施例中，致动器控制模块212包含或以其它方式访问能够存储由致动器控制模块212执行的编程指令的数据存储元件或存储器，包含任何种类的随机存
取存储器(ram)、只读存储器(rom)、闪存、寄存器、硬盘、可移动磁盘、磁性或光学大容量存储器或任何其它短期或长期存储介质或其它非暂时性计算机可读介质。当由致动器控制模块212读取和执行时，计算机可执行编程指令使致动器控制模块212执行或以其它方式支持本文所描述的任务、操作、功能和过程。
39.应当理解，出于解释的目的，图2是输注装置202的简化表示并且不旨在以任何方式限制本文所描述的主题。在这方面，取决于实施例，感测布置204的一些特征和/或功能可以由泵控制系统220实施或以其它方式集成到所述泵控制系统中或者反之亦然。类似地，在实践中，致动器控制模块212的特征和/或功能可以由泵控制系统220实施或以其它方式集成到所述泵控制系统中或者反之亦然。此外，泵控制系统220的特征和/或功能可以由定位于流体输注装置202中的控制电子器件来实施，而在替代性实施例中，泵控制系统220可以由与输注装置202(例如，ccd 106或计算装置108)在物理上不同和/或分离的远程计算装置来实施。
40.图3描绘了适于与任何数量的不同类型的机电致动器一起使用的机电致动器驱动器模块300的示例性实施例。在这方面，机电致动器驱动器模块214可以用作具有任何数量的不同类型的机电致动器232的输注装置202中的机电致动器驱动器模块214。应当理解，出于解释的目的，图3是机电致动器驱动器模块300的简化表示并且不旨在以任何方式限制本文所描述的主题。
41.在示例性实施例中，机电致动器驱动器模块300包含但不限于：输入命令逻辑电路系统302(在本文中可替代地被称为占空比测量逻辑)，其将输入命令端子301处的输入命令信号映射或以其它方式转换成命令式致动状态；解码逻辑电路系统304(在本文中可替代地被称为占空比解码逻辑)，其耦接到输入命令逻辑电路系统302以将命令式致动状态映射或以其它方式转换成适用于正在使用的特定类型的机电致动器的驱动器命令信号；以及驱动器电路系统306，其耦接到解码逻辑电路系统304以响应于来自解码逻辑电路系统304的驱动器命令信号，在耦接到机电致动器的对应输入的一个或多个输出端子307处生成电输出信号。例如，驱动器电路系统306可以使用任何种类的驱动器或功率转换电路系统(例如，h桥、功率逆变器等)来实现，以调制或以其它方式调节电源电压输入端子305和一个或多个输出端子307之间的电流。机电致动器驱动器模块300还包含附加的安全逻辑308(在本文中可替代地被称为防失控逻辑)，其耦接到输入命令端子301和输入命令逻辑电路系统302以基于输入命令信号禁用致动，如下文更详细描述的。
42.在一个或多个示例性实施例中，机电致动器驱动器模块300的逻辑组件302、304、306、308被封装或以其它方式包含在公共外壳或装置封装320内。例如，逻辑组件302、304、306、308可以全部形成或以其它方式设置在用于机电致动器驱动器模块300的公共基板或支撑结构上，如例如印刷电路板或类似的电子基板、引线框架或管芯焊盘等。端子301、305、307通常表示致动器驱动器装置封装320的输入/输出接口，并且可以使用任何种类的引脚、焊盘、连接器、端口等来实现。在这方面，在其中输入命令信号被实现为具有可变占空比的电压信号的示例性实施例中，致动器驱动器装置封装320需要仅包含用于接收输入命令信号的信号输入端子301。此外，由于安全逻辑308响应于静态占空比而禁用致动，致动器驱动器装置封装320不需要包含用于使能输入信号的附加或单独端子。此外，输出端子307的数量可以被限制为要支持的不同类型的机电致动器中的最大输入数量。例如，在一个或多个
实施例中，驱动器电路系统306包含四个半h桥布置，每个半h桥布置耦接在输入电压端子305和相应的输出端子307之间，使得机电致动器驱动器模块300包含总共四个输出端子307，所述输出端子能够支持双极步进马达，此外还支持三相bldc马达、三相bdc马达或形状-记忆合金致动布置，所述形状-记忆合金致动布置具有少于四个输入(或致动器)。
43.现在参考图4a-4b并继续参考图3，在示例性实施例中，输入命令逻辑电路系统302被配置成测量占空比的宽度或持续时间，并将对应的电周期百分比映射到提供给解码逻辑304的离散数字值。占空比测量逻辑302包含振荡器电路系统402，其被配置成生成或以其它方式提供具有固定频率(例如，10mhz)的数字时钟信号。在示例性实施例中，数字时钟信号的频率大于输入命令信号的频率。例如，在一个或多个实施例中，数字时钟信号的频率比输入命令信号的频率大至少1000倍(例如，时钟频率为10mhz，输入命令信号频率为10khz或更低)。振荡器电路系统402输出的时钟信号被提供给计数器404的时钟输入，在示例性实施例中，所述计数器被实现为12位状态计数器。计数器404的复位输入连接到输入命令端子301，使得输入占空比命令信号的逻辑高电压电平在输入占空比命令信号的每个新周期开始时复位计数器404的值。计数器404的输出耦接到数据(d)触发器电路系统406的输入，所述触发器电路系统被配置成当输入占空比命令信号转变为逻辑低电压电平时(例如，通过将输入命令信号的逻辑反相提供给d触发器电路系统406的时钟输入)，锁存计数器404的输出。因此，计数器404计数的值和d触发器电路系统406锁存的值对应于输入端子301处逻辑高电压电平的占空比的持续时间。
44.所示的占空比解码逻辑304包含多个不同的驱动器命令模块412、414、416、418，每个驱动器命令模块412、414、416、418对应于由机电致动器驱动器模块300支持的不同类型的机电致动器。在这方面，每个驱动器命令模块412、414、416、418包含使能输入，所述使能输入耦接或以其它方式连接到解码器410的对应输出，所述解码器用于选择所使用的特定类型的机电致动器。例如，在具有四个驱动器命令模块412、414、416、418的所示实施例中，解码器410可以被实现为2对4线解码器，所述解码器响应于选择输入00，在耦接到步进马达驱动器命令模块412的输出处提供逻辑高电压信号，并在耦接到其它驱动器命令模块414、416、418的输出处提供逻辑低电压信号；响应于选择输入01，在耦接到bldc马达驱动器命令模块414的输出处提供逻辑高电压信号，并在耦接到其它驱动器命令模块412、416、418的输出处提供逻辑低电压信号；依此类推。在一些实施例中，到解码器410的选择输入被硬连线以永久地选择特定类型的机电致动器以被支持用于机电致动器驱动器模块300的给定部署。也就是说，在其它实施例中，到解码器410的选择输入可以耦接到机电致动器驱动器模块300的装置封装320的对应的选择输入端子，以允许耦接到输出端子307的选定类型的机电致动器改变。
45.d触发器电路系统406输出的锁存状态计数值表示命令式致动，其对应于输入命令信号的所测量的占空比。命令式致动状态计数值被提供给驱动器命令模块412、414、416、418中的每一个的对应输入。驱动器命令模块412、414、416、418中的每一个包含逻辑、电路系统、硬件和/或其它电气组件，所述其它电气组件被配置成生成对应于针对其相应类型的机电致动器的命令式致动计数值的驱动器命令信号，如下面在图5的上下文中更详细地描述的。在这方面，启用的驱动器命令模块412、414、416、418将由d触发器电路系统406提供的锁存的命令式致动状态计数值映射或以其它方式转换成对应的驱动器命令信号，所述驱动
器命令信号由相应的驱动器命令模块412、414、416、418输出并被提供给驱动器电路系统305的输入。
46.基于输入到驱动器电路系统305的驱动器命令信号，驱动器电路系统306选择性地使来自电源电压端子305的电源电压能够被提供给一个或多个输出端子307，从而使产生的电流能够流向机电致动器以致动所述机电致动器。例如，如上所述，在示例性实施例中，驱动器电路系统306包含h桥布置420，其包含对应于四个输出端子307的四个半h桥，其中每个半h桥被操作以根据施加到相应半h桥的开关的驱动器命令信号选择性地将其相应的输出端子307耦接到电源电压端子305或接地(或负)参考电压节点。
47.防失控逻辑308包含具有时钟输入的安全计数器430，所述时钟输入接收由振荡器电路系统402输出的时钟信号。安全计数器430的复位输入耦接到输入命令端子301，使得输入占空比命令信号的逻辑高电压电平在输入占空比命令信号的每个新周期开始时复位安全计数器430的值。安全计数器430的溢出输出被反相并提供给与门432的输入，所述与门输出溢出输出位的反相和输入占空比命令信号的逻辑连接。与门432的输出被提供给置位-复位(sr)触发器434的置位输入，所述触发器的复位输入耦接到安全计数器430的溢出输出并且其输出耦接到振荡器电路系统402的使能输入。因此，在正常操作期间，当输入命令信号在逻辑高电压电平和低电压电平之间变化时，安全计数器430不会溢出，只要输入命令信号具有逻辑高电压，与门432的输出就是逻辑高电压，从而启用振荡器电路系统402和占空比测量逻辑302的对应操作。在一个或多个实施例中，安全计数器430被配置成当输入命令信号在至少一个半电周期内恒定时溢出。
48.当输入端子301处的输入命令信号具有0％或100％的占空比并持续足够长的时间以使安全计数器308溢出(例如，大于一个半电周期)时，sr触发器434被复位，从而禁用振荡器电路系统402。此外，d触发器电路系统406的复位输入接收sr触发器434的输出的反相，这导致d触发器电路系统406复位并向驱动器命令模块412、414、416、418提供零的命令式致动状态值。在示例性实施例中，驱动器命令模块412、414、416、418被配置成响应于零的输入值生成驱动器命令信号，这导致驱动器电路系统306允许输出端子307接地或以其它方式进入高阻抗状态。例如，响应于零的命令式致动状态值，驱动器命令模块412、414、416、418中的每一个可以被配置成提供驱动器命令信号，所述驱动器命令信号导致h桥布置420的每个开关元件被打开或以其它方式关闭以防止电流流过h桥布置420并有效地提供高阻抗，从而允许输出端子307在机电致动器滑行到停止时浮动。因此，参考图2，当致动器控制模块212确定致动已经足以实现期望的剂量命令时，致动器控制模块212可以向机电致动器驱动器模块214、300的输入端子301提供恒定的逻辑低电压信号(例如，零占空比)，以停止机电致动器232的进一步致动，而不必断言或取消断言用于机电致动器232的专用启用/禁用信号。此外，防失控逻辑308防止任何潜在的异常情况，在所述异常情况下，致动器控制模块212可能无意中在输入命令端子301处维持逻辑高电压电平。
49.图5描绘了步进马达驱动器命令模块500的示例性实施例，所述模块适于用作上述一个或多个实施例中描绘的机电致动器驱动器模块214、300中的占空比解码逻辑304中的步进马达驱动器命令模块412。步进马达驱动器命令模块500包含多路复用器502，所述多路复用器被配置成选择性地将从8位输入之一提供给多路复用器502的选定的8位输入值提供给多路复用器502的对应的8位输出，所述多路复用器进而可以耦接到四个半h桥布置420的
相应开关元件，以根据耦接到相应开关元件的激活输入的相应位线选择性地打开或闭合相应开关元件。多路复用器502的使能输入耦接到解码器410的对应的使能输出，以允许步进马达驱动器命令模块500的输出在使用步进马达时被启用(或以其它方式禁用)。
50.多路复用器502的相应输入可以耦接到硬件数据存储布置504，所述硬件数据存储布置被配置成维持表示驱动器电路系统306(例如，h桥布置420的开关)的适当操作的固定状态值，用于实现步进马达不同的换向状态。例如，硬件数据存储布置504可以被配置成支持驱动器命令信号状态(或激励状态)的查找表510，其可以对应于步进马达的不同换向状态。
51.多路复用器502的选择输入耦接到选择逻辑电路系统506(在本文中可替代地被称为选择线解码电路系统)，所述选择逻辑电路系统被配置成映射或以其它方式转换从占空比测量逻辑302(例如，d触发器电路系统406的输出)提供到多路复用器502的对应选择输入的命令式致动状态值，这导致对应于命令式致动的特定固定状态值组被提供给驱动器电路系统306以实现步进马达的命令式致动。在这方面，图5包含表520，其描绘了用于选择线解码电路系统506的实施例的命令式致动状态值到选择输入值(或对应的驱动器命令信号状态)的示例性映射。选择线解码电路系统506将当前的命令式致动状态值与预定值(或范围)进行比较，以解码或以其它方式识别适当的选择输入状态和对应的驱动器命令信号状态，用于实现对应于输入占空比的换向状态。例如，在所示实施例中，响应于100和200之间的命令式致动状态值，选择线解码电路系统506选择在第一输入处提供给多路复用器502的一组值，这导致导致驱动器命令信号关闭或禁用耦接在电源电压端子305和第一输出端子332处的第一马达输入之间的第一半h桥的第一开关、打开或启用耦接在第一输出端子332和接地参考电压节点之间的第一半h桥的第二开关、打开或启用耦接在电源电压端子305和第二输出端子334处的第二马达输入之间的第二半h桥的第一开关、关闭或禁用耦接在第二输出端子334和接地参考电压节点之间的第二半h桥的第二开关、打开或启用耦接在电源电压端子305和第三输出端子336处的第三马达输入之间的第三半h桥的第一开关、关闭或禁用耦接在第三输出端子336和接地参考电压节点之间的第三半h桥的第二开关、关闭或禁用耦接在电源电压端子305和第四输出端子338处的第四马达输入之间的第四半h桥的第一开关，以及打开或启用耦接在第四输出端子338和接地参考电压节点之间的第四半h桥的第二开关。如图所示，防失控逻辑308响应于静态输入命令信号而产生的命令式致动状态值零导致由多路复用器502输出的驱动器命令信号将输出端子332、334、336、338接地，从而允许步进马达滑行到停止。
52.参考图5并参考图2-5，在一个或多个示例性实施例中，致动器控制模块212可以利用占空比(或命令式致动状态值)之间的映射来确定提供给输入端子301的输入命令信号的适当占空比，以实现步进马达232的旋转角度，从而实现期望的流体递送剂量。例如，如果期望的剂量对应于通过两个换向状态致动步进马达232，并且感测布置216指示马达232处于第一状态(状态1)，则致动器控制模块212可以提供输入命令信号，所述输入命令信号的占空比导致命令式致动状态值介于300和400之间，以使步进马达驱动器命令模块500将步进马达232推进到下一个换向状态(状态2)，然后增加占空比以实现500和600之间的命令式致动状态值以使步进马达驱动器命令模块500将步进马达232推进到以下换向状态(状态3)，从而通过两个换向状态驱动步进马达232并递送期望的剂量。应当理解，用于机电致动器驱
动器模块300的相同装置封装和封装硬件可以与任何数量的不同类型的机电致动器232一起使用和/或在不同类型或型号的输注装置202中使用，其中致动器控制模块212根据用于特定实施方案的致动器232的特定类型生成提供给致动器驱动器模块214、300的输入命令信号。
53.应当注意的是，图5是出于解释的目的而提供的用于步进马达的驱动器命令模块的简化表示。应当理解，用于其它类型的机电致动器的驱动器命令模块可以以等效方式实施以实现那些类型的机电致动器的期望操作。此外，如本领域将理解的，虽然图5描绘了基于硬件的实施方案，但替代实施例可以利用软件来将命令式致动状态值映射或以其它方式转换成驱动器命令信号。
54.图6描绘了适于由机电致动器驱动器模块214、300实施以控制机电致动器232的操作的控制过程600的示例性实施例。虽然本文描述的示例性实施例使用硬件来实施控制过程600，但替代实施例可以利用任何合适的由处理电路系统执行的电子元件、逻辑、固件和/或软件的组合。出于说明的目的，以下描述参考了上文结合图2-5所提及的元件。应当理解，控制过程600可以包含任何数量的另外的或替代性任务，这些任务不必以所展示顺序执行和/或这些任务可以同时执行，和/或控制过程600可以结合到具有未在此详细描述的另外的功能的更全面的程序或过程中。此外，只要预期的整体功能保持完整，图6的上下文中所示出和所描述的任务中的一个或多个任务就可以从控制过程600的实践实施例中省略。
55.在示例性实施例中，控制过程600响应于检测到在机电致动器驱动器模块的输入命令端子处断言或以其它方式提供的输入命令信号的上升沿而初始化或以其它方式开始(任务602)。响应于在输入命令信号转变为逻辑高电平时检测到上升沿，控制过程600在计数之前复位或以其它方式初始化状态和安全计数器，直到检测到输入命令信号的下降沿(任务604、606)。例如，如上文在图4b的上下文中所描述的，输入命令端子301连接到状态计数器404和安全计数器430的复位输入，以在输入命令端子301处的信号转变为逻辑高电压电平时将计数器404、430的值复位为零。
56.响应于检测到输入命令信号的下降沿，控制过程600锁存或以其它方式缓冲状态计数器的值，然后将锁存的状态计数值映射或以其它方式转换成对应的驱动器输出状态(任务608、610)。例如，如上所述，来自输入命令端子301的输入命令信号可以在被提供给d触发器布置406的时钟输入之前被反相，使得d触发器布置406响应于输入命令信号的下降沿而锁存状态计数器404的值。然后将锁存的命令式致动状态值提供给占空比解码逻辑304，所述占空比解码逻辑将命令式致动状态值映射或以其它方式转换成对应的驱动器状态。例如，如上文在图4-5的上下文中所描述的，用于所选类型的机电致动器232(例如，选择线解码电路系统506)的驱动器命令模块412、414、416、418可以将输入命令式致动状态值与对应于不同的驱动器输出状态的预定义值或阈值进行比较(例如，使用查找表520)，以识别分配给所述命令式致动状态值的适当驱动器输出状态。在这方面，与其中命令信号的占空比与在电周期期间递送到负载的电流(或功率)的量(或百分比)相关或以其它方式成比例地相关的系统相比，本文描述的实施例将占空比映射到离散的通信状态(或致动状态)。此后，控制过程600操作机电致动器驱动器模块的驱动器电路系统以将其输出端子(其耦接到机电致动器的输入)处的电压电平设置为用于实现命令式致动的适当值(任务612)。例如，在将命令式致动状态值映射到对应的选择输入状态之后，选择线解码电路系统506操作多
路复用器502的选择输入以将对应于命令式致动的驱动器命令信号施加到驱动器电路系统306，从而将机电致动器驱动器模块300的输出端子307设置为用于实现对应于输入命令信号的占空比的命令式致动的电压电平。
57.由任务602、604、606、608、610和612定义的循环在机电致动器232的整个操作过程中重复，同时致动器控制模块212改变提供给致动器驱动器模块214、300的输入命令信号的占空比，以实现期望的致动，从而实现期望的流体递送。在不存在输入命令信号的上升沿或下降沿的情况下，控制过程600监测安全计数器的值以检测或以其它方式识别安全计数器的溢出情况(任务614、618)。响应于安全计数器的溢出(或到期)，控制过程600将机电致动器与电源断开连接并退出(任务616)。例如，如上所述，安全计数器430的复位输入耦接到输入命令端子301，并在输入命令信号的每个新周期的上升沿复位。因此，当输入命令信号维持在逻辑高电压或逻辑低电压时，安全计数器430不会复位并最终溢出。作为响应，附加的安全逻辑432、434禁用振荡器电路系统402并将命令式致动状态设置为零值(例如，通过复位d触发器布置406)，这导致占空比解码逻辑304操作驱动器电路系统306以将输出端子307与电源电压断开连接。在示例性实施例中，驱动器电路系统306被操作以在输出端子307处提供高阻抗并且允许机电致动器232滑行到停止。此后，可以通过改变输入端子处的输入命令信号(例如，任务602)来重新启动控制过程600，如上所述。
58.凭借本文描述的主题，可以使用单个控制信号和公共电气硬件平台来驱动各种不同类型的机电致动器。除了增加机电致动器驱动器模块的灵活性、可扩展性和/或可重复使用性之外，还可以通过减少输入命令到单个端子所需的i/o接口的数量来减小驱动器模块的尺寸。类似地，提供输入命令信号的控制模块的封装尺寸也可以通过减少输出命令信号所需的i/o接口的数量来减小。此外，用于生成驱动器命令的控制信号可以包含在驱动器模块封装内，只留下单个控制信号(例如，输入命令信号)暴露于环境因素(例如，湿度、进水等)或其它外部因素(例如，电磁干扰、静电放电等)，从而提高安全性。也可以通过在输入命令端子处要求具有特定占空比(例如，以映射到特定的命令式致动状态)的命令信号来抑制转子的无意致动或运动，从而防止噪声、瞬变或其它杂散信号实现致动。本文描述的基于硬件的实施方案还允许更可靠的性能，这减少了软件负担并且更不容易出错。
59.为简洁起见，与马达和相关致动系统和控制、逻辑电路、电子装置、装置封装和本主题的其它功能方面相关的常规技术可能不会在本文中详细描述。另外，某些术语也可以仅出于参考目的在本文中使用，并且因此并非旨在是限制性的。例如，除非由上下文明确指示，否则术语“第一”、“第二”和指代结构的其它此类数字术语不暗示顺序或次序。前面的描述还可以涉及“连接”或“耦接”在一起的元件或节点或特征。如本文所使用的，除非另有明确说明，否则“耦接”是指一个元件/节点/特征直接或间接地并且不一定是机械地接合到另一个元件/节点/特征(或直接或间接地与另一个元件/节点/特征连通)。因此，尽管各个附图可以描绘组件之间的直接电连接，但替代实施例可以采用居间的电路元件和/或组件，同时以基本上类似的方式起作用。
60.虽然前述具体实施方式中已经呈现了至少一个示例性实施例，但是应当理解，存在大量变化。还应当理解，本文所描述的一个或多个示例性实施例不旨在以任何方式限制所要求保护的主题的范围、适用性或配置。例如，本文所描述的主题不限于本文所描述的输注装置和相关系统。此外，前述具体实施方式将为本领域的技术人员提供用于实施一个或
多个所描述的实施例的便捷路线图。应当理解，在不脱离由权利要求书限定的范围的情况下，可以对元件的功能和布置做出各种改变，所述改变包含在提交本专利申请时已知的等效物或可预见的等效物。因此，在没有明显相反的意图的情况下，上文所描述的示例性实施例的细节或其它限制不应当被读入权利要求中。