医疗设备中对环境的控制系统及方法.pdf

本发明提出一种环境控制系统，包括一医疗设备控制器、至少一待控制设备或监测设备，所述环境控制系统还包括一个CAN输入/输出模块，所述医疗设备控制器通过所述CAN输入/输出模块对所述待控制设备进行控制或者从所述监测设备获取监测信息。所述CAN输入/输出模块通过一数/模转换器或者一脉宽调制发生器驱动所述待控制设备；或者将所述监测设备的监测信息通过一模/数转换器输入到所述CAN输入/输出模块。本发明采用了CAN输入/输出模块进行信号的传递，CAN输入/输出模块作为独立的节点，自成系统，实现了模块化，并从硬件的角度降低了成本。

1.  一种环境控制系统，包括一医疗设备控制器、至少一待控制设备或监测设备，其特征在于，所述环境控制系统还包括一个CAN输入/输出模块，所述医疗设备控制器通过所述CAN输入/输出模块对所述待控制设备进行控制或者从所述监测设备获取监测信息。

2.  根据权利要求1所述的环境控制系统，其特征在于，所述医疗设备控制器通过一CAN总线驱动所述CAN输入/输入模块。

3.  根据权利要求1所述的环境控制系统，其特征在于，所述CAN输入/输出模块通过一数/模转换器驱动所述待控制设备。

4.  根据权利要求3所述的环境控制系统，其特征在于，所述数/模转换器的输出先连接到一放大器，再通过所述放大器驱动所述待控制设备。

5.  根据权利要求1所述的环境控制系统，其特征在于，所述CAN输入/输出模块通过一脉宽调制发生器驱动所述待控制设备。

6.  根据权利要求5所述的环境控制系统，其特征在于，所述脉宽调制发生器的输出先连接到一驱动器或者放大器，再通过所述驱动器或者放大器驱动所述待控制设备。

7.  根据权利要求1所述的环境控制系统，其特征在于，将所述监测设备的监测信息通过一模/数转换器输入到所述CAN输入/输出模块。

8.  根据权利要求7所述的环境控制系统，其特征在于，所述监测设备的监测信息先通过一放大器，再将所述放大器的输出输入到所述模/数转换器。

9.  根据权利要求1所述的环境控制系统，其特征在于，所述待控制设备为照明设备或通风设备。

10.  根据权利要求1所述的环境控制系统，其特征在于，所述监测设备为温度监测设备。

11.  一种环境控制方法，用于一医疗设备系统，所述医疗设备系统包括一医疗设备控制器、至少一待控制设备或监测设备，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)所述医疗设备控制器向一CAN输入/输出模块发送一控制指令，所述CAN输入/输出模块通过所述控制指令控制所述待控制设备；或者
(2)所述监测设备向所述CAN输入/输出模块发送一监测信息，所述医疗设备控制器通过所述CAN输入/输出模块获取所述监测信息。

12.  根据权利要求11所述的环境控制方法，其特征在于，所述医疗设备控制器通过一CAN总线向所述CAN输入/输出模块发送控制指令。

13.  根据权利要求11所述的环境控制方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，所述CAN输入/输出模块首先通过一数/模转换器将所述控制指令转换为模拟信号，再通过所述模拟信号驱动所述待控制设备。

14.  根据权利要求11所述的环境控制方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，所述CAN输入/输出模块首先通过一脉宽调制发生器将所述控制指令转换为脉宽调制信号，再通过所述脉宽调制信号驱动所述待控制设备。

15.  根据权利要求11所述的环境控制方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，首先通过一模/数转换器将所述监测设备的监测信息输入到所述CAN输入/输出模块，然后所述医疗设备控制器再通过所述CAN输入/输出模块获取所述监测信息。

医疗设备中对环境的控制系统及方法
技术领域
本发明涉及一种环境的控制系统及方法，尤其是一种在医疗设备中对环境的控制系统及方法。
背景技术
在一些医疗设备，例如核磁共振设备中，由于磁体的内径较小并且前后两端距离较长，所以磁体内部的光线较暗、空气流通较慢、在检查过程中温度变化较快。为了使病人在接受检查的时候有一个更舒适的环境、减轻心理压力，需要在磁体内部增加一个照明系统、通风系统，并且要对病人周围的环境温度进行监测。
现有技术中，核磁共振设备的环境控制系统如图1所示。图1中，一方面，微控制器通过IIC(Inter Integrated Circuit)总线发送控制信号给复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device；CPLD)模块，再由CPLD模块驱动一D/A转换器，由一放大电路将D/A转换器输出的模拟信号进行放大，以驱动LED照明设备。通风控制也采用类似于LED照明控制的方法，控制信号由微控制器发出，通过IIC总线到达CPLD模块，再由另一D/A转换器进行信号转换，转换后的信号经过一脉宽调制(Pulse Width Modulation；PWM)发生器驱动风扇的电机。
图1中，另一方面，一温度传感器将其输出信号经过放大器传送给一A/D转换器，A/D转换器将转换的数字信号传递给CPLD模块，再由CPLD模块将温度信号通过IIC总线传递给微控制器。
采用图1所示的系统能够实现核磁共振设备所需要的对环境的控制功能。但是，这个控制系统存在以下问题：
第一，该电路采用了一个CPLD，2个D/A转换器和一个A/D转换器，由于模块数目较多，电路较复杂，成本相对较高。
第二，该电路虽然通过使用CPLD扩展了微控制器的接口能够实现不同的硬件配置，但是由于环境控制系统功能较简单，而CPLD又具有大量的接口，因此导致CPLD的大多数接口并未得到充分的利用，造成了对CPLD使用的浪费。
第三，使用CPLD需要开发人员自己编制软件，因此软件开发成本较高，开发周期较长。
第四，目前对LED照明设备的控制和风扇调速使用了3级控制，每级间的控制跨度大，而且不同的病人在不同情况下对照明和通风的要求差别各异，采用CPLD的控制电路很难满足不同病人的要求。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种环境控制系统和环境控制方法，能够采用相对简单的配置来实现对于环境的控制，且成本较低、开发周期较短。
为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：一种环境控制系统，包括一医疗设备控制器、至少一待控制设备或监测设备，所述环境控制系统还包括一个CAN输入/输出模块，所述医疗设备控制器通过所述CAN输入/输出模块对所述待控制设备进行控制或者从所述监测设备获取监测信息。
根据本发明的一个方面，所述医疗设备控制器通过一CAN总线驱动所述CAN输入/输入模块。
根据本发明的一个方面，所述CAN输入/输出模块通过一数/模转换器驱动所述待控制设备。所述数/模转换器的输出通常先连接到一放大器，再通过所述放大器驱动所述待控制设备。
根据本发明的一个方面，所述CAN输入/输出模块通过一脉宽调制发生器驱动所述待控制设备。所述脉宽调制发生器的输出先连接到一驱动器或者放大器，再通过所述驱动器或者放大器驱动所述待控制设备。
根据本发明的一个方面，将所述监测设备的监测信息通过一模/数转换器输入到所述CAN输入/输出模块。所述监测设备的监测信息先通过一放大器，再将所述放大器的输出输入到所述模/数转换器。
根据本发明的一个方面，所述待控制设备为照明设备或通风设备；所述监测设备为温度监测设备。
相应地，本发明还提出了一种环境控制方法，用于一医疗设备系统，所述医疗设备系统包括一医疗设备控制器、至少一待控制设备或监测设备，该方法包括以下步骤：
(1)所述医疗设备控制器向一CAN输入/输出模块发送一控制指令，所述CAN输入/输出模块通过所述控制指令控制所述待控制设备；或者
(2)所述监测设备向所述CAN输入/输出模块发送一监测信息，所述医疗设备控制器通过所述CAN输入/输出模块获取所述监测信息。
根据本发明的一个方面，所述医疗设备控制器通过一CAN总线向所述CAN输入/输出模块发送控制指令。
根据本发明的一个方面，在所述步骤(1)中，所述CAN输入/输出模块首先通过一数/模转换器将所述控制指令转换为模拟信号，再通过所述模拟信号驱动所述待控制设备。
根据本发明的一个方面，在所述步骤(1)中，所述CAN输入/输出模块首先通过一脉宽调制发生器将所述控制指令转换为脉宽调制信号，再通过所述脉宽调制信号驱动所述待控制设备。
根据本发明的一个方面，在所述步骤(2)中，首先通过一模/数转换器将所述监测设备的监测信息输入到所述CAN输入/输出模块，然后所述医疗设备控制器再通过所述CAN输入/输出模块获取所述监测信息。
本发明相对于原有医疗设备的对环境的控制方法和系统具有以下优点：
第一，本发明采用了CAN输入/输出模块进行信号的传递，由于CAN输入/输出模块集成了A/D，D/A和PWM输出，相对于原系统省去了单独的A/D、D/A、PWM模块，而且CAN输入/输出模块具有很强的价格优势，因此从硬件的角度降低了成本。
第二，本发明采用了CAN输入/输出模块进行信号的传递，CAN输入/输出模块作为独立的节点，自成系统，实现了模块化。
第三，CAN输入/输出模块集成了标准的CANopen协议，大大降低了软件开发的工作量，从而降低了成本和设计开发的时间。
第四，基于CANopen协议的医学设备，系统能够直接访问和配置CAN输入/输出模块，从而扩大了系统的控制能。
第五，本系统对能够通过CANopen协议，对LED照明实现255级以上的调节。同样对风扇的PWM控制，也能通过标准的CANopen协议实现多极调速，从而满足病人对照明和通风强度的不同需求。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述，其中：
图1是现有技术中医疗设备上的环境控制系统示意图。
图2是本发明中医疗设备上的环境控制系统示意图。
图3是作为图2的医疗设备上的环境控制系统的具体连接示意图。
具体实施方式
图2是本发明中医疗设备上的环境控制系统示意图。该环境控制系统包括一位于图2左侧的医疗设备控制器、两个待控制设备、一个监测设备。两个待控制设备分别为LED照明设备、风扇。一个监测设备为温度监测器。
根据本发明，该医疗设备上的环境控制系统还包括一个CAN输入/输出模块，医疗设备控制器通过CAN输入/输出模块对LED照明设备进行照明控制、对风扇进行风量控制和/或从温度监测器获取温度信息。具体地讲，所述CAN输入/输出模块(或叫做CANopen输入/输出芯片)是基于DS401协议的一种芯片，在该芯片内部集成了D/A转换器、A/D转换器和PWM发生器。
医疗设备控制器通过CAN总线驱动CAN输入/输出模块。当要调节LED照明设备的亮度时，医疗设备控制器发出CANopen指令，通过CAN总线传递给CAN输入/输出模块，CAN输入/输出模块通过其内部集成的D/A转换器，将医疗设备控制器的CANopen指令转换成模拟信号，然后输出到放大器后驱动LED。类似地，当要控制风扇的风量时，医疗设备控制器发出CANopen指令，通过CAN总线传递给CAN输入/输出模块，CAN输入/输出模块通过其内部集成的PWM发生器产生不同占空比的PWM信号，将该PWM信号输出到风扇的驱动电路，控制风扇的速度。对于温度检测，温度传感器将其监测到的温度监测信息，即温度信号通过一外部放大器放大后，将放大后的信号通过CAN输入/输出模块内部集成的A/D转换器转换成数字信号，再通过CAN总线输出给医疗设备控制器。
图3是作为图2的医疗设备上的环境控制系统的具体连接示意图。其中F40是一个CAN输入/输出芯片，该芯片具有引脚1-8的8个配置引脚、引脚9-10的2个模拟参考电压引脚、引脚11-12的2个模拟输入引脚、引脚13-17、32、31、26-21、18共14个数字输入引脚、引脚30-27共4个数字输出引脚、引脚33、34的2个PWM信号引脚、引脚36-39共4个CAN总线引脚。
CAN输入/输出芯片F40使用引脚33的PWM2发生器产生不同占孔比的PWM信号，输出到一个放大电路，即图3中右下方的场效应管BS。场效应管BS的栅极与引脚33的PWM信号相连，源极与一+12V电压相连，漏极则与两个LED组相连。其中，每个LED组都由若干发光二极管组成。
CAN输入/输出芯片F40使用引脚34的PWM3发生器产生不同占孔比的PWM信号，输出到一个2K电阻和一个三极管的基极上，该三极管的发射极接地，其集电极通过一个33K电阻连接到+48V的电源上。在其集电极电阻的两端分别连接风扇电源和风扇控制信号，通过风扇控制信号对风扇进行控制。为了避免风扇控制信号的电压超过预定的控制信号电压，在风扇控制信号前面与地之间添加一个12V的稳压二极管。
除了上述采用引脚34通过PWM信号对风扇进行驱动外，另一种驱动风扇的替代方法是通过使用图3中的F40芯片的30-27共4个数字输出引脚来输出4级电压信号对风扇进行驱动。进一步说，可以在这4个数字输出引脚上分别连接一个开关(例如场效应管)，每个开关后面连接一个放大电路，放大电路后面连接不同等级的电压信号。例如，在上述开关后面的放大电路中分别连接1V、2V、3V、4V电压信号。例如，如果要使用1V的电压信号，则将该路开关打开，将其他三路开关关闭。
CAN输入/输出芯片F40使用引脚11、12的模拟输入引脚AI1、AI2作为温度监测设备的输入，图3中使用了2个温度监测设备，例如2个温度传感器，所述温度传感器可以是热敏电阻。每个温度传感器的两端分别通过一个15K电阻连接到+15V、-15V电压上，随后通过一滤波和采集电路加到第一级运算放大器上，其中大容量电容(例如1000μF的电容)是为了滤除低频噪声，小容量电容(例如0.1μF的电容)是为了滤除高频噪声。温度信号经过第一级运算放大器后，去除了干扰噪声，有用的温度信号被采集出来，然后再经过第二级运算放大器进行信号放大。例如图3中第二级运算放大器的信号放大比例为两个电阻的比值，即1M/300k，约3倍。
对于图3中的其他引脚也可以根据需要进行简单的配置。例如，对于任何一个模拟输入，都需要设置一个模拟参考电压，而引脚9、10就是作为模拟参考电压，通常可设置为5V。再例如，对于任何一个CAN OPEN网络都需要进行节点设置，可使用引脚1-4进行节点配置，使用引脚5-6进行比特率配置，引脚7-8可根据不同功能进行配置，例如可以将模拟引脚作为数字输入使用；或者根据实际使用的需要，将数字输入引脚的数量增多，将数字输出引脚的数量减少。
图3中的引脚36-39为CAN总线引脚。CAN总线通过两个电压差(图中的CANH、CANL)来实现CAN通信。在CAN总线中没有信号时，CANH、CANL两端的电压相同，例如都为2.5V，因此CANH、CANL两端电压差为0。当CAN总线中有信号时，CANH一端的电压由2.5V上升为5V，CANL一端的电压由2.5V下降为0V，CANH、CANL两端电压差为5V。事实上38、37引脚的b2、b3可以直接连接CANH、CANL，但是考虑到总线信号上可能存在一些干扰信号或者存在对CAN输入输出芯片造成损害的大电压，为了更好地保证CAN输入输出芯片的安全，此处采用一个CAN收发器82C250连接CANH、CANL，即通过39、36引脚的b1、b4先连接到图中的CAN收发器82C250，CAN收发器82C250再连接到CANH、CANL。
通过CAN收发器82C250进行连接后，就可以将差分信号CANH、CANL通过CAN收发器82C250的引脚1、4转变为普通的发射信号和接收信号，该普通的发射信号和接受信号分别连接到F40芯片的39、36引脚上。
图3中的引脚13-17、32、31、26-21、18共14个数字输入引脚、引脚30-27共4个数字输出引脚此处由于没有使用而悬空设置。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。