專利名稱：一種用于呼吸機的控制系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于呼吸機的控制系統，具體來說，涉及一種采用微機進行 控制的用于呼吸機的控制系統。
背景技術：
呼吸機是一種用于支持呼吸能力不足的病人進行呼吸的醫療儀器，比如，通常可 作為麻醉機的一部分，在手術過程中對病人實施麻醉，并對麻醉后的病人實施被動呼吸。目前，幾乎所有呼吸機都是采用微機進行控制。比如，采用一個單片機來接收來自 傳感器的信號以及鍵盤的輸入、進行數據計算、控制通氣的頻率及氣壓、處理操作界面的顯 示等。隨著科技的進步，呼吸機所能實現的功能也日益復雜，相應的，對用于進行控制的微 機的性能要求也日益提高。比如，通常可采用一個32位的ARM單片機來對各外圍設置實施 控制，ARM單片機的運行速度高、數據處理能量、外部擴展能力也很強。作為維系病人生命的醫療儀器，必須保證呼吸機運行的穩定性。一旦控制系統由 于死機等原因發生崩潰，則可能造成病人窒息，導致生命危險。因此，在設計呼吸機的控制 系統時，必須將穩定性放在第一位，功能性放在第二位。同樣以上述ARM單片機為例，由于其連接的外圍設備比較多，這些外圍設備都是 掛在總線上的，并且程序是在外部ROM中運行，數據也是儲存在外部RAM中，因此抗干擾能 力相對較差。一旦總線上受到干擾，就會使程序跑飛，進而導致系統崩潰。工作中，系統一 旦崩潰，則必須令系統復位或重啟。復位后，ARM單片機按照開機流程，首先會進行系統自 檢。該自檢將花費一定時間，若時間過長，則會影響病人的生命安全。另一方面，即使自檢 速度較快，ARM單片機迅速進入工作狀態，但系統內的各項數據都被初始化，無法恢復到崩 潰之前的工作狀態。對于必須時刻根據病人的呼吸狀況來調整運行參數的呼吸機而言，這 種情況是絕對不允許發生的。于是，為了使得呼吸機的控制系統在死機復位后能盡快恢復到之前的工作狀態， 必須人工對控制系統進行監控，一旦發現數據被初始化，就迅速將目前的各參數輸入至系 統中，從而盡量減小由于系統復位所造成的影響。但無論人工監控有多么及時，都會浪費大 量時間用于復位時的自檢以及參數的輸入，從而無法百分之百確保病人的生命安全。
實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種能在工作中由于意外而復位時，自動恢復到復位 前的工作狀態的用于呼吸機的控制系統。為了實現上述目的，本實用新型采用了如下技術方案一種用于呼吸機的控制系統，包括外圍設備和用于控制所述外圍設備的微機部。 所述微機部具備第一單片機和第二單片機。其中，所述第一單片機包括通信模塊，用于向 所述第二單片機發起通信要求進而與所述第二單片機進行通信，并通過所述通信向所述第 二單片機發送至少一種運行參數，所述運行參數與所述第一單片機在發起所述通信要求時
4的運行狀態相關；計時模塊，用于控制發起任意兩次相鄰的所述通信要求之間的時間間隔 不超過一個預先設定的值；以及狀態設定模塊，用于當所述控制系統復位后，向所述第二單 片機發送一個要求所述第二單片機返送回所述運行參數的返送要求，并在接收到返送回的 所述運行參數后，根據所述運行參數設定所述第一單片機的運行狀態。所述第二單片機包 括存儲模塊，用于在接收到所述通信要求后，與所述第一單片機進行通信，從而接收并存 儲所述運行參數；監控模塊，用于監控所述時間間隔是否超過所述預先設定的值，并當所述 時間間隔超過所述預定的值時，向所述第一單片機發送一個復位信號從而令所述第一單片 機復位；以及返送模塊，用于當接收到所述返送要求時，從所述存儲模塊中讀取所述運行參 數，并將所述運行參數返送回所述第一單片機。進一步的，所述狀態設定模塊包括判斷模塊，用于判斷返送回的所述運行參數是 否為初始化狀態；自檢模塊，當所述運行參數為初始化狀態時，對所述第一單片機進行自 檢；以及恢復模塊，當所述運行參數并非初始化狀態時，將所述第一單片機的運行狀態恢復 到與所述運行參數相對應的運行狀態。更進一步的，所述存儲模塊包括用于存儲所述運行參數的RAM。更進一步的，所述存儲模塊包括用于存儲所述運行參數的EEPROM ；初始化模塊， 用于在執行所述第二單片機的正常關機流程時，將所述EEPROM的數據初始化。更進一步的，所述第二單片機還包括反饋模塊，用于在所述通信完成后，向所述第 一單片機發起反饋通信要求進而與所述第一單片機進行反饋通信，并通過所述反饋通信向 所述第一單片機發送反饋數據。更進一步的，所述微機部還包括一個同時與所述第一單片機和所述第二單片機相 連的數據緩沖區。所述第一單片機的所述通信模塊將所述運行參數存入所述數據緩沖區， 并向所述第二單片機發起所述通信要求，所述第二單片機在接收到所述通信要求后，從所 述數據緩沖區讀取所述運行參數，從而完成所述通信。所述第二單片機的所述反饋模塊將 所述反饋數據存入所述數據緩沖區，并向所述第一單片機發起所述反饋通信要求，所述第 一單片機在接收到所述通信要求后，從所述數據緩沖區讀取所述反饋數據，從而完成所述 反饋通信。更進一步的，所述外圍設備包括連接在所述第二單片機上的傳感器，用于接收與 病人的呼吸相關的信號；以及連接在所述第二單片機上的輸入設備，用于供操作者輸入指 令，所述反饋數據包括所述信號和所述指令。更進一步的，所述第一單片機為ARM單片機，所述第二單片機為PIC單片機。由于上述技術方案的采用，本實用新型具備如下優點第二單片機相當于第一單片機的看門狗，它在監控第一單片機是否處于正常工作 狀態的同時，還實時接收和儲存第一單片機的運行參數，然后在第一單片機由于系統異常 而復位后，將儲存的運行參數發回給第一單片機，從而令第一單片機能盡快恢復復位前的 正常工作狀態。這樣，第一單片機在復位時無需進行自檢和初始化步驟，節約了大量時間， 保證了工作的穩定性和持續性。并且，即使第一單片機在工作中發生復位，其系統內的運行 參數也能恢復到復位前的狀態，而不是被初始化，從保證了工作的連貫性，確保了病人的生 命安全。
圖1為實施例1的用于呼吸機的控制系統的模塊圖；圖2為實施例2的用于呼吸機的控制系統的模塊圖；其中10、ARM單片機；11、通信模塊；12、計時模塊；13、狀態設定模塊；14、判斷 模塊；15、自檢模塊；16、恢復模塊；20、PIC單片機；21、存儲模塊；22、監控模塊；23、返送 模塊；24、反饋模塊；25、內部RAM ；25’、EEPROM ；26、初始化模塊；30、數據緩沖區；31、通 信要求；32、復位信號；40、微機部；50、鍵盤；51、傳感器；52、模數轉換部；53、總線；54、外 部RAM ;55、外部ROM ;56、顯示驅動；57、數據閃存；58、擴展輸入口 ；59、擴展輸出口 ；100、 100，、控制系統。
具體實施方式
以下結合具體實施例，對本實用新型作進一步說明。應理解，以下實施例僅用于說 明本實用新型而非用于限定本實用新型的范圍。實施例1 附圖1為實施例1的用于呼吸機的控制系統100的模塊圖。如附圖1所示，該控制系統100由微機部40和外圍設備組成。其中，微機部40包 括ARM單片機10、PIC單片機20以及一個數據緩沖區30。ARM單片機1是32位的RISC架構的系統，運行速度高，數據處理能力強，外部擴展 能力也很強，所以它在此控制系統100中是作為主CPU，負責處理大多數的復雜的事件。在 ARM單片機10上通過總線53掛有外部RAM54、外部ROM 55、顯示驅動56、數據閃存57、擴展 輸入口 58和擴展輸入口 59等外圍設備。PIC單片機20是8位的單片機，它的運行速度相對較慢，所以在系統中是作為從 屬CPU，負責處理小部分的簡單事件，同時監控ARM單片機10的運行情況。在PIC單片機 20的端口上直接掛有鍵盤50和傳感器51，鍵盤50的作用是供醫生輸入操作指令，控制呼 吸機的運行，傳感器51的作用是接收與病人的呼吸相關的信號，并通過一個模數轉換部52 將模擬信號轉變為數字信號，輸入PIC單片機20中進行處理。由于ARM單片機10是3. 3V的系統，在其總線53上掛的外圍設備比較多，并且程 序是在外部ROM 55中運行，數據也是儲存在外部RAM 54中，所以ARM單片機10的抗干擾 能力比較差，一旦總線53上受到干擾就很容易造成程序跑飛(即死機)，進而導致系統崩潰。相比較之下，PIC單片機20是5V的系統，ROM和RAM均為內置，外圍設備少，并且 PIC單片機20的端口驅動能力強，所以它的抗干擾能力遠遠高于ARM單片機10。實驗證明， 即使用一個能瞬間釋放大功率的電子設備，比如高頻電刀，接近PIC單片機20的電路部分， 然后進行電刀切或凝的操作，使其瞬間釋放大功率，PIC單片機20仍然不會發生死機。而 在ARM單片機10上實施相同的實驗，發現ARM單片機10死機的概率很高。ARM單片機10具備通信模塊11、計時模塊12和狀態設定模塊13，PIC單片機20 具備存儲模塊21、監控模塊22、返送模塊23和反饋模塊24。正常工作時，ARM單片機10的通信模塊11向PIC單片機20發出通信要求31，并 與其進行數據交換，將與目前的運行狀態相關的運行參數發送給PIC單片機20。[0032]PIC單片機20的存儲模塊21接收由ARM單片機10所發送過來的運行參數，并將 其存入內置的一個內部RAM 25中。由于RAM內的數據掉電即失，因此內部RAM 25內的數 據在PIC單片機20開機時將自動被初始化。整個通信的過程是通過數據緩沖區30進行的。具體來說，ARM單片機10先將運 行參數存入數據緩沖區30內，然后向PIC單片機20發出通信要求31。PIC單片機20在接 到通信要求31后，從數據緩沖區30內讀取出運行參數，并將其轉存到內部RAM 25中。計時模塊12的作用是控制上述通信的頻率，使得兩次通信之間的時間間隔不大 于一個預先設定的值，本實施例中，該值為1秒。PIC單片機20的監控模塊22監控上述通信是否以預期的頻率進行。若在1秒內 接收到了下一次的通信要求，就認為ARM單片機2處于正常工作狀態。而一旦超過1秒ARM 單片機10都沒有發起下一次通信要求，就判斷ARM單片機10死機，于是向其發出一個復位 信號32，使得ARM單片機10復位。PIC單片機20還包括一個反饋模塊24，該反饋模塊24的作用是在完成由ARM單 片機10所發起的通信之后，向ARM單片機10發起一次反饋通信。該反饋通信的過程如下 反饋模塊24將需要反饋給ARM單片機10的數據，比如醫生通過鍵盤50輸入的指令，以及 傳感器5 1接收到的信號等，存入數據緩沖區30，再向ARM單片機10發送一個反饋通信要 求31，ARM單片機10在接收到該反饋通信要求31后，從數據緩沖區30中讀取數據。ARM單片機10的狀態設定模塊13具備判斷模塊14、自檢模塊15以及恢復模塊16 構成。復位后，狀態設定模塊13首先會向PIC單片機20發送一個要求信號，要求PIC單片 機20提供在死機前發送過去的運行參數。在從PIC單片機20獲得這些運行參數后，判斷 模塊1 4將判斷這些運行參數是初始化狀態的，還是工作狀態的。若為初始化狀態，則判斷 為上電復位，啟動自檢模塊15，進行自檢流程；若為工作狀態的，則判斷位死機復位，啟動 恢復模塊16，根據上述運行參數將ARM單片機10的運行狀態恢復到與死機前相同，從而能 持續的進行工作。從死機到恢復原本的運行狀態這一過程，時間不超過2秒，對病人的呼吸 所產生的影響幾乎是微不足道的。綜上所述，由于PIC單片機20的抗干擾能力強，幾乎不會發生死機，所以采用PIC 單片機20當作ARM單片機10的看門狗，能提高整個控制系統100的穩定性。并且，PIC單 片機20不僅能在ARM單片機10死機時及時給與復位信號32，而且還會告訴ARM單片機10 是在什么狀態下發生的死機，從而能使其在復位后迅速恢復到原來的工作狀態。比如，如果 死機前呼吸機正在給病人進行通氣，那么復位后將繼續按照原來的參數設置給病人通氣。 同時，ARM單片機10還能根據從PIC單片機20接收到的狀態參數的性質來判斷是屬于上 電復位還是死機復位。若為上電復位，則按照正常開機流程進行自檢等步驟，然后再進入工 作狀態。實施例2 在前文中，雖然通過實驗證明了 PIC單片機20幾乎不會由于外界干擾而發生死 機，但并不代表Pic單片機20 —定不會死機。萬一 PIC單片機20發生死機，則在實施例中， 由于是采用RAM來當作存儲器的，而儲存在RAM中的數據掉電即失，每次PIC單片機20復 位時這些數據都會被初始化。因此，萬一 PIC單片機20也由于死機而復位，則將導致ARM 單片機10也隨之進入上電復位模式，不但需要進行開機自檢，而且無法恢復到復位前的工作狀態。為進一步解決上述問題，如附圖2所示，在實施例2的控制系統100’中，將存儲模 塊2 1中的存儲器由內部RAM 25改為EEPROM 25’，即電可擦可編程只讀存儲器，并且增設 了初始化模塊26，用于在正常關機流程中對EEPROM 25，進行初始化。這樣，存在EEPROM 25’中的數據即使意外掉電也不會消失。實施例2與實施例1的區別僅在于PIC單片機20將接收到的狀態參數存入 EEPROM 25，，而非實施例1中的內部RAM 25中。開機后，PIC單片機20開始運行，系統初 始化，但EEPROM 25’內的數據并不會被初始化，依然保持在控制系統100’上一次斷電前的 狀態。PIC單片機20若接收到由操作者發出的關機指令，就會執行一個正常關機的流 程，該流程包括一個由初始化模塊26將EEPROM 25’內的數據初始化的步驟，然后控制系統 100，才關閉。假如PIC單片機20是因為意外死機而復位，由于沒有接收到關機指令，將不會執 行最后的初始化步驟，從而使得EEPROM 25’內依然儲存有復位前所接收到的ARM單片機10 的狀態參數。這樣一來，在PIC單片機20復位后，ARM單片機10也隨之復位，并且能接收 到在復位前所儲存的狀態參數，從而使得ARM單片機10以及PIC單片機20都能恢復到復 位前的狀態繼續工作。通過采用EEPROM 25’作為存儲器，就能進一步避免由于PIC單片機20死機復位 而造成的影響，進一步提高了控制系統100’的可靠性。
權利要求一種用于呼吸機的控制系統，包括外圍設備和用于控制所述外圍設備的微機部，其特征在于所述微機部具備第一單片機(10)和第二單片機(20)，其中，所述第一單片機(10)包括通信模塊(11)，用于向所述第二單片機(20)發起通信要求進而與所述第二單片機(20)進行通信，并通過所述通信向所述第二單片機(20)發送至少一種運行參數，所述運行參數與所述第一單片機(10)在發起所述通信要求時的運行狀態相關；計時模塊(12)，用于控制發起任意兩次相鄰的所述通信要求之間的時間間隔不超過一個預先設定的值；以及狀態設定模塊(13)，用于當所述控制系統復位后，向所述第二單片機(20)發送一個要求所述第二單片機(20)返送回所述運行參數的返送要求，并在接收到返送回的所述運行參數后，根據所述運行參數設定所述第一單片機(10)的運行狀態，所述第二單片機(20)包括存儲模塊(21)，用于在接收到所述通信要求后，與所述第一單片機(10)進行通信，從而接收并存儲所述運行參數；監控模塊(22)，用于監控所述時間間隔是否超過所述預先設定的值，并當所述時間間隔超過所述預定的值時，向所述第一單片機(10)發送一個復位信號(32)從而令所述第一單片機(10)復位；以及返送模塊(23)，用于當接收到所述返送要求時，從所述存儲模塊中讀取所述運行參數，并將所述運行參數返送回所述第一單片機(10)。
2.根據權利要求1所述的用于呼吸機的控制系統，其特征在于所述狀態設定模塊 (13)包括判斷模塊(14)，用于判斷返送回的所述運行參數是否為初始化狀態； 自檢模塊(15)，當所述運行參數為初始化狀態時，對所述第一單片機(10)進行自檢；以及恢復模塊(16)，當所述運行參數并非初始化狀態時，將所述第一單片機(10)的運行狀 態恢復到與所述運行參數相對應的運行狀態。
3.根據權利要求2所述的用于呼吸機的控制系統，其特征在于所述存儲模塊包括用 于存儲所述運行參數的RAM(25)。
4.根據權利要求2所述的用于呼吸機的控制系統，其特征在于所述存儲模塊包括 用于存儲所述運行參數的EEPR0M(25’ )；初始化模塊(26)，用于在執行所述第二單片機(20)的正常關機流程時，將所述EEPROM 的數據初始化。
5.根據權利要求1 4中任一項所述的用于呼吸機的控制系統，其特征在于所述第 二單片機(20)還包括反饋模塊(24)，用于在所述通信完成后，向所述第一單片機(10)發起 反饋通信要求進而與所述第一單片機(10)進行反饋通信，并通過所述反饋通信向所述第 一單片機(10)發送反饋數據。
6.根據權利要求5所述的用于呼吸機的控制系統，其特征在于所述微機部還包括一 個同時與所述第一單片機(10)和所述第二單片機(20)相連的數據緩沖區，所述第一單片機(10)的所述通信模塊將所述運行參數存入所述數據緩沖區，并向所述第二單片機(20)發起所述通信要求，所述第二單片機(20)在接收到所述通信要求后，從 所述數據緩沖區讀取所述運行參數，從而完成所述通信，所述第二單片機(20)的所述反饋模塊將所述反饋數據存入所述數據緩沖區，并向所 述第一單片機(10)發起所述反饋通信要求，所述第一單片機(10)在接收到所述通信要求 后，從所述數據緩沖區讀取所述反饋數據，從而完成所述反饋通信。
7.根據權利要求6所述的用于呼吸機的控制系統，其特征在于所述外圍設備包括 連接在所述第二單片機(20)上的傳感器(51)，用于接收與病人的呼吸相關的信號；以及連接在所述第二單片機(20)上的輸入設備(50)，用于供操作者輸入指令，所述反饋數 據包括所述信號和所述指令。
8.根據權利要求1 4中任一項所述的用于呼吸機的控制系統，其特征在于所述第 一單片機(10)為ARM單片機，所述第二單片機(20)為PIC單片機。
專利摘要本實用新型公開了一種用于呼吸機的控制系統，其微機部具備第一單片機和第二單片機。第一單片機包括定時與第二單片機通信并向其發送運行參數的通信模塊、控制上述通信的時間間隔不超過一個預設值的計時模塊以及在第一單片機復位后，要求第二單片機將運行參數返送回，并根據該運行參數將第一單片機的工作狀態恢復到死機前的狀態設定模塊。第二單片機包括存儲來自第一單片機的運行參數的存儲模塊、監控通信的時間間隔是否超過預設值的監控模塊以及用于將存儲的運行參數返送回第一單片機的返送模塊。第一單片機在死機復位后可根據返送回的運行參數直接恢復到死機前的狀態，無需進行自檢，節約了時間，保證了工作的連貫性，確保了病人的生命安全。
文檔編號A61M16/00GK201759959SQ20102029175
公開日2011年3月16日 申請日期2010年8月13日 優先權日2010年8月13日
發明者宋智廣, 袁方 申請人:上海力申科學儀器有限公司