本發(fā)明屬于電子電路設(shè)計(jì)技術(shù)，具體涉及的是一種具備保護(hù)功能的電子儀器控制信號(hào)輸出電路及實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

醫(yī)學(xué)儀器主要用于對人的疾病進(jìn)行診斷和治療，其作用對象是條件復(fù)雜的人體，所以醫(yī)學(xué)儀器與其它儀器相比有其特殊性。常用的診斷及治療的電子儀器的臨床應(yīng)用是從上世紀(jì)初開始，以后隨著科學(xué)技術(shù)和電子工程的發(fā)展而有了很大的發(fā)展，醫(yī)學(xué)界的診斷手段和水平也更加依賴于醫(yī)用電子儀器。目前的醫(yī)學(xué)儀器越來越智能化、精密化、自動(dòng)化，且品種繁多、應(yīng)用廣泛。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)飛躍式的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)儀器的設(shè)計(jì)中，可以毫不夸張地說，幾乎每臺(tái)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)儀器中都至少有一顆及以上的處理器以及專門的軟件系統(tǒng)。充分利用現(xiàn)有計(jì)算機(jī)的軟硬件資源，發(fā)揮軟件系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上的靈活性，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)儀器的所有功能，而且也能方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄、存儲(chǔ)、回溯、分析等智能化功能。

在醫(yī)學(xué)儀器電路設(shè)計(jì)中，最重要的設(shè)計(jì)原則是應(yīng)充分考慮設(shè)備的安全性及電路的可靠性。國家相關(guān)部門在對醫(yī)學(xué)儀器審核時(shí)，也會(huì)根據(jù)如gb9706等安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行一系列嚴(yán)格苛刻的電氣安全檢測。盡管在實(shí)際情況下很少會(huì)發(fā)生，但在對醫(yī)學(xué)儀器整機(jī)作檢測時(shí)仍需要在設(shè)備的電源輸入端加入各種頻率的大功率強(qiáng)干擾信號(hào)，以測試設(shè)備的可靠性。因此必須在醫(yī)學(xué)儀器的電路設(shè)計(jì)中加入各種抗干擾電路，以確保設(shè)備在強(qiáng)干擾下的正常運(yùn)行?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)儀器的設(shè)計(jì)中，各種中央處理器(cpu)的應(yīng)用幾乎無處不在。其中微處理器(mcu)的應(yīng)用更是隨處可見，而運(yùn)行在處理器之上的軟件系統(tǒng)的可靠運(yùn)行則完全依賴于處理器電源系統(tǒng)的穩(wěn)定。然而目前一般地微處理的工作電壓常為5v或3.3v，甚至更低。相對大功率整機(jī)來說其電壓相對較低，因此極易受到干擾。為此在醫(yī)學(xué)儀器的電源設(shè)計(jì)中需求加入各種抗干擾電路及保護(hù)電路，以確保軟件系統(tǒng)能正常工作。盡管如此，在醫(yī)學(xué)儀器設(shè)計(jì)中仍然需要對由于各種強(qiáng)干擾以及未知原因引起的軟件系統(tǒng)的程序指針跑飛、系統(tǒng)崩潰、死機(jī)等一系列異常情況加以額外的保護(hù)處理，以避免異常引起的錯(cuò)誤輸出對治療對象(患者)造成意外傷害。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種具備保護(hù)功能的電子儀器控制信號(hào)輸出電路及實(shí)現(xiàn)方法。

為解決技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是：

提供一種具備保護(hù)功能的電子儀器控制信號(hào)輸出電路，包括通過電纜依次相連的微處理器和信號(hào)發(fā)生電路，信號(hào)發(fā)生電路的輸出端與電子儀器的功率輸出端相連；其特征在于，在信號(hào)發(fā)生電路與功率輸出端之間還設(shè)有一個(gè)使能開關(guān)，能根據(jù)接受到的使能信號(hào)決定使能開關(guān)的啟閉；

還包括一個(gè)保護(hù)電路，其輸入端接至微處理器，用于接收微處理器發(fā)送的脈沖信號(hào)，輸出端接至使能開關(guān)用于提供使能信號(hào)；該保護(hù)電路由依次相連的微分電路、半波整流電路和反向上拉電路組成。

本發(fā)明中，所述保護(hù)電路的具體電路結(jié)構(gòu)為：第一電容(c1)接至二級(jí)管(d1)的陽極，二級(jí)管(d1)的陰極通過第二電阻(r2)接至三極管(q1)的基極；第一電阻(r1)的一端接至第一電容(c1)與二級(jí)管(d1)的中點(diǎn)，電解電容(c2)的正極接至二級(jí)管(d1)與第二電阻(r2)的中點(diǎn)，第一電阻(r1)的另一端、電解電容(c2)的負(fù)極和三極管(q1)的發(fā)射極同時(shí)接地；三極管(q1)的集電極通過第三電阻(r3)與使能開關(guān)相接，三極管(q1)與第三電阻(r3)的中點(diǎn)處為使能信號(hào)輸出(en)，用于接入使能開關(guān)的控制端；其中，第一電容(c1)和第一電阻(r1)構(gòu)成微分電路，二級(jí)管(d1)和電解電容(c2)構(gòu)成半波整流電路，第二電阻(r2)、第三電阻(r3)與三極管(q1)構(gòu)成反向上拉電路。

本發(fā)明還進(jìn)一步提供了基于前述電子儀器控制信號(hào)輸出電路的電子儀器保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)方法，包括：

(1)當(dāng)內(nèi)置于微處理器中的程序模塊向信號(hào)發(fā)生電路發(fā)送控制信號(hào)時(shí)，還同時(shí)向保護(hù)電路輸出一個(gè)脈沖信號(hào)用于指示程序正常運(yùn)行；

(2)信號(hào)發(fā)生電路接收控制信號(hào)并進(jìn)行解析和放大處理后，通過使能開關(guān)傳送至電子儀器的功率輸出端，用于驅(qū)動(dòng)電子儀器進(jìn)入工作狀態(tài)；

(3)使能開關(guān)的啟閉由保護(hù)電路輸出的使能信號(hào)控制；當(dāng)微處理器中內(nèi)置程序模塊運(yùn)行正常時(shí)，保護(hù)電路將輸出有效的使能信號(hào)保證使能開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，信號(hào)發(fā)生電路輸出的控制信號(hào)能夠傳送至功率輸出端以驅(qū)動(dòng)電子儀器工作；

(4)如果微處理器受到干擾導(dǎo)致其內(nèi)置程序模塊運(yùn)行異常，則向保護(hù)電路輸出電平信號(hào)，使保護(hù)電路最終輸出的使能信號(hào)失效，進(jìn)而阻斷信號(hào)發(fā)生電路的異常輸出，起到對電子儀器的保護(hù)作用。

本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)原理：

本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)是：基于微分電路的保護(hù)電路，將微處理程控輸出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成輸出控制使能信號(hào)。

在正常情況下，微處理器由內(nèi)置程序控制輸出一定頻率的脈沖信號(hào)，并經(jīng)過基于微分電路的保護(hù)電路后變成低電平而作為整臺(tái)醫(yī)學(xué)儀器的輸出控制使能端有效信號(hào)，此時(shí)電子儀器控制信號(hào)輸出電路可以正常輸出(治療)信號(hào)。

當(dāng)外界有強(qiáng)干擾信號(hào)及其它未知原因引起微處理異常時(shí)，由于程序無法正常運(yùn)行，微處理器將無法輸出脈沖信號(hào)，其輸出為電平信號(hào)(或高或低)。而電平信號(hào)將無法通過微分電路，使得保護(hù)電路輸出為高電平，即輸出使能信號(hào)無效，此時(shí)儀器無法正常輸出，從而起到保護(hù)作用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

1、針對基于微處理器程序軟件控制的電子儀器，提出了一種基于微分電路的保護(hù)電路，可以作為整個(gè)電子儀器各種抗干擾及保護(hù)措施設(shè)計(jì)的一種，用于增強(qiáng)安全性和可靠性。

2、利用硬件電路實(shí)現(xiàn)了對微處理器軟件的運(yùn)行狀況的監(jiān)測。通過硬件電路實(shí)時(shí)監(jiān)測軟件是否正常運(yùn)行，一旦軟件異常，硬件電路實(shí)時(shí)保護(hù)。

3、通過電路元器件的參數(shù)的調(diào)整，可根據(jù)需要修改保護(hù)電路的靈敏度(響應(yīng)時(shí)間)。

4、保護(hù)電路簡單可靠，易于維護(hù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的功能模塊結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的電路圖。

圖3為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例示意圖。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施例，對本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行詳細(xì)描述。

如圖1所示，具備保護(hù)功能的電子儀器控制信號(hào)輸出電路，包括通過電纜依次相連的微處理器和信號(hào)發(fā)生電路，信號(hào)發(fā)生電路的輸出端與電子儀器的功率輸出端相連；其特征在于，在信號(hào)發(fā)生電路與功率輸出端之間還設(shè)有一個(gè)使能開關(guān)，能根據(jù)接受到的使能信號(hào)決定使能開關(guān)的啟閉；還包括一個(gè)保護(hù)電路，其輸入端接至微處理器，用于接收微處理器發(fā)送的脈沖信號(hào)，輸出端接至使能開關(guān)用于提供使能信號(hào)；該保護(hù)電路由依次相連的微分電路、半波整流電路和反向上拉電路組成。

對于由微處理器程序控制的治療信號(hào)的產(chǎn)生及輸出的醫(yī)學(xué)儀器，程序在產(chǎn)生治療信號(hào)的同時(shí)，必須同時(shí)輸出一脈沖信號(hào)，以指示程序正常運(yùn)行。脈沖信號(hào)通過保護(hù)電路輸出控制使能信號(hào)，等同于一開關(guān)控制信號(hào)。只有使能信號(hào)有效時(shí)，治療脈沖才能正常輸出。當(dāng)微處理器程序因干擾導(dǎo)致異常時(shí)，用于保護(hù)的脈沖信號(hào)變成電平信號(hào)，以致保護(hù)電路輸出的使能信號(hào)失效。盡管微處理器控制信號(hào)也同時(shí)失效，治療信號(hào)發(fā)生電路將輸出不受控的未知信號(hào)，但無法輸出的驅(qū)動(dòng)電路，從而起到保護(hù)作用。

具體而言，本發(fā)明中所述電子儀器控制信號(hào)輸出電路的電子儀器保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下內(nèi)容：

(1)當(dāng)內(nèi)置于微處理器中的程序模塊向信號(hào)發(fā)生電路發(fā)送控制信號(hào)時(shí)，還同時(shí)向保護(hù)電路輸出一個(gè)脈沖信號(hào)用于指示程序正常運(yùn)行；

(2)信號(hào)發(fā)生電路接收控制信號(hào)并進(jìn)行解析和放大處理后，通過使能開關(guān)傳送至電子儀器的功率輸出端，用于驅(qū)動(dòng)電子儀器進(jìn)入工作狀態(tài)；

(3)使能開關(guān)的啟閉由保護(hù)電路輸出的使能信號(hào)控制；當(dāng)微處理器中內(nèi)置程序模塊運(yùn)行正常時(shí)，保護(hù)電路將輸出有效的使能信號(hào)保證使能開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，信號(hào)發(fā)生電路輸出的控制信號(hào)能夠傳送至功率輸出端以驅(qū)動(dòng)電子儀器工作；

(4)如果微處理器受到干擾導(dǎo)致其內(nèi)置程序模塊運(yùn)行異常，則向保護(hù)電路輸出電平信號(hào)，使保護(hù)電路最終輸出的使能信號(hào)失效，進(jìn)而阻斷信號(hào)發(fā)生電路的異常輸出，起到對電子儀器的保護(hù)作用。

如圖2所示，所述保護(hù)電路的具體電路結(jié)構(gòu)為：第一電容c1接至二級(jí)管d1的陽極，二級(jí)管d1的陰極通過第二電阻r2接至三極管q1的基極；第一電阻r1的一端接至第一電容c1與二級(jí)管d1的中點(diǎn)，電解電容c2的正極接至二級(jí)管d1與第二電阻r2的中點(diǎn)，第一電阻r1的另一端、電解電容c2的負(fù)極和三極管q1的發(fā)射極同時(shí)接地；三極管q1的集電極通過第三電阻r3與使能開關(guān)相接，三極管q1與第三電阻r3的中點(diǎn)處為使能信號(hào)輸出en，用于接入使能開關(guān)的控制端；其中，第一電容c1和第一電阻r1構(gòu)成微分電路，二級(jí)管d1和電解電容c2構(gòu)成半波整流電路，第二電阻r2、第三電阻r3與三極管q1構(gòu)成反向上拉電路。

第一電阻r1與第一電容c1組成rc微分電路，其充電時(shí)間常數(shù)t＝rc，當(dāng)輸入脈沖周期tp<<t時(shí)，其輸出電壓近似等于輸入電壓。通過調(diào)整rc值，可以改變時(shí)間常數(shù)，從而改變對輸入脈沖信號(hào)的頻率要求，即改變保護(hù)電路的響應(yīng)時(shí)間或稱為靈敏度。二級(jí)管d1與電解電容c2組成半波整流電路，以確保輸出的電壓足以驅(qū)動(dòng)反向的三極管q1。三極管q1的集電極通過第三電阻r3(上拉電阻)輸出為高電平，當(dāng)保護(hù)電路輸入有效脈沖信號(hào)時(shí)，飽和通道輸出變?yōu)榈碗娖?，即有效使能信?hào)。

圖3為本發(fā)明在經(jīng)顱刺激治療儀中的應(yīng)用示意圖。經(jīng)顱刺激儀主要由高壓發(fā)生器、高壓電容及刺激線圈組成，在微處理器程序的控制下，用2000v左右的電壓對高壓電容進(jìn)行充電，充電到設(shè)定值后再將電容兩端電壓對刺激線圈瞬間放電以產(chǎn)生強(qiáng)磁場用于對患者的治療。對電容的充電、充電時(shí)間的控制、充放電的切換、放電時(shí)間控制，以及整個(gè)電路中的各種過壓、過流保護(hù)的判處及處理均由微處理產(chǎn)生一組時(shí)序信號(hào)來控制。當(dāng)微處理器異常時(shí)，輸出的控制時(shí)序邏輯將不可預(yù)知。在未添加保護(hù)電路時(shí)，錯(cuò)誤的控制時(shí)序有可能將高壓直接連接到刺激線圈，從而引起輸出短路，進(jìn)而造成儀器燒毀甚至有可能對治療對象(患者)造成損害。在添加保護(hù)電路后，一旦微處理器程序死機(jī)，電路將阻斷高壓輸出，并在程序恢復(fù)正常運(yùn)行后恢復(fù)正常輸出。

通過上述實(shí)施例可以看到：對于基于微處理器程序控制的電子儀器，只有在微處理器程序正常運(yùn)行時(shí)，通過保護(hù)電路輸出有效使能信號(hào)，使得儀器可以的輸出有效治療信號(hào)。而當(dāng)由外界有強(qiáng)干擾信號(hào)及其它未知原因引起微處理異常時(shí)，微處理器程序無法正常運(yùn)行，使得保護(hù)電路輸出使能信號(hào)無效，從而阻斷儀器的異常輸出，起到對電子儀器的保護(hù)作用以及對使用對象(患者)的人身安全保護(hù)作用。

最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的若干具體實(shí)施例子。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例子，還可以有許多變形。例如，本發(fā)明的應(yīng)用領(lǐng)域不僅僅局限于醫(yī)療儀器，任何基于微處理器程序控制的電子儀器均可運(yùn)用本發(fā)明。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。