CN102541044B - 故障监测电路及医疗设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种故障监测电路和包括该故障监测电路的医疗设备，故障监测电路包括微控制器、看门狗和失效检测电路，看门狗的输入端接收微控制器发出的喂狗信号，当看门狗在预定时间内没有接收到喂狗信号时输出复位信号到微控制器的复位端；失效检测电路，所述失效检测电路输入端耦合到看门狗的输出端，用于接收看门狗输出的复位信号，当检测到所述复位信号时，输出报警驱动信号。本发明能够有效对微控制器自身失效进行监测，并对MCU的故障进行提示或报警，及时提醒用户。

Description

故障监测电路及医疗设备

技术领域

本发明涉及一种医疗设备，尤其涉及一种故障监测电路。

背景技术

在医疗领域，医疗设备的应用越来越普遍。在应用医疗设备时，医疗设备自身的安全和稳定是非常重要的，这就关系到管理和/或控制医疗设备各部分工作的微控制器的故障管理和检测。例如，在除颤监护设备中，安全的风险等级非常高。而电源电路又是系统的关键部件之一。现今除颤监护仪的电源管理都是通过微控制器(MCU-Microcontroller Unit)控制来实现，可以方便地实现电源切换(电池与AC，电池与电池)，定时开关机，模块电压检测等复杂功能。但在系统中，对电源管理MCU的检测却是很少。如果MCU已经损坏或烧毁，此时医生使用的除颤监护仪无法开机，而电源指示装置又表明电源已经上电，此时系统没有任何报警提示，医生难以直接判断故障原因。

在已有的统计中，MCU的故障率大概每年0.3％，是比较容易出问题的部件。大多数的除颤监护仪中，都要进行大量的功能自检，许多自检是定时驱动的，不需要人工参与的。但是如果电源管理MCU损坏，系统自检没有办法完成，而且没有任何报警，医生无法直接发现除颤仪的故障，这样的风险很大。

在传统的除颤监护仪系统中，电源管理MCU的监控只是采用看门狗来实现。如图1所示，MCU定时发送WDI信号到看门狗，当程序跑飞或者死锁，则看门狗进行复位操作。同时看门狗提供欠压保护功能，当电源电压低于看门狗阀值电压，则看门狗复位。

现有的技术，具有以下的缺点：

第一，除颤监护仪属于急救设备，安全要求非常高，而电源管理MCU又是系统的关键器件。目前常见的除颤监护仪系统中，没有提供看门狗之外的MCU监测电路，从而如果电源MCU损坏，无法正常报警出来，只有通过维护人员的经验判断。由于除颤仪使用频率不高，经常处于关机状态，因此用户自检以及关机自检是十分重要的。但只有在电源管理MCU以及看门狗正常工作的时候才能够正常进行自检，否则不光自检无法进行，电源MCU以及看门狗的故障也无法报出，导致维护人员误以为仪器工作正常。

第二，看门狗芯片也会出现故障，其故障模式是频繁复位，复位时间大大小于额定值，从而系统无法启动。这种故障系统无法辨识，会导致除颤监护仪无法开机工作。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题是，提供一种故障监测电路及医疗设备，对微控制器和看门狗自身的失效进行监测。

根据本发明的一方面，提供一种故障监测电路，包括：

电源管理微控制器，用于对电源模块的工作进行管理和/或控制；

看门狗，所述看门狗的输入端耦合到电源管理微控制器，用于接收电源管理微控制器发出的喂狗信号，所述看门狗的输出端耦合到电源管理微控制器复位端，当看门狗在预定时间内没有接收到喂狗信号时输出复位信号到电源管理微控制器的复位端；

失效检测电路，其输入端耦合到看门狗的输出端，用于接收看门狗输出的复位信号，当检测到所述复位信号时，输出报警驱动信号。

其中所述失效检测电路可以包括锁存器，所述锁存器接收看门狗输出的复位信号，输出周期为复位信号周期的2^N倍的报警驱动信号，其中N为大于或等于1的正整数。

一种实施例中，所述电源管理微控制器的一控制端还与失效检测电路连接，当电源管理微控制器上电时向所述失效检测电路输出控制信号，控制失效检测电路输出清零。

根据本发明的另一方面，提供一种故障监测电路，包括：

微控制器，用于对管理对象的工作进行管理和/或控制；

看门狗，所述看门狗的输入端耦合到微控制器，用于接收微控制器发出的喂狗信号，所述看门狗的输出端耦合到微控制器复位端，当看门狗在预定时间内没有接收到喂狗信号时输出复位信号到微控制器的复位端；

失效检测电路，所述失效检测电路包括锁存器，所述锁存器接收看门狗输出的复位信号，输出与复位信号周期相关的报警驱动信号。

本发明还提供一种医疗设备，包括：

电源模块，用于为医疗设备提供要求的电源；

上述故障监测电路，所述故障监测电路中的电源管理微控制器与电源模块相连。

本发明能够有效对微控制器自身失效进行监测，并对MCU的故障进行提示或报警，及时提醒用户。

附图说明

图1为通常的微控制器监控电路；

图2为本发明一种实施例的故障监控电路的方框图；

图3为本发明一种实施例中失效检测电路的结构示意图；

图4为本发明中另一种实施例的故障监控电路的方框图；

图5为本发明另一种实施例中失效检测电路的结构示意图；

图6为复位信号以及控制信号时序图；

图7为本发明的系统工作流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

在本发明的实施例中，通过设计失效检测电路，利用看门狗芯片输出的复位信号来实现对微控制器故障和看门狗自身失效的监测与报警。如图2所示，故障监测电路包括微控制器(即MCU)、看门狗和失效检测电路，微控制器用于对管理对象的工作进行管理和/或控制，当管理对象是电源模块时，微控制器用于对电源模块的工作进行管理和/或控制。根据具体的设计，微控制器还可用于对多个管理对象甚至整个系统进行管理和/或控制。看门狗用于监控微控制器的程序是否跑飞，通常采用看门狗芯片实现，看门狗的输入端耦合到微控制器，用于接收微控制器发出的喂狗信号，输出端耦合到微控制器复位端，当看门狗在预定时间内没有接收到喂狗信号时输出复位信号到微控制器的复位端。失效检测电路用于监测微控制器是否发生自身故障或者失效，失效检测电路的输入端耦合到看门狗的输出端，用于接收看门狗输出的复位信号，当检测到所述复位信号时，输出报警驱动信号。报警驱动信号可通过各种提示装置来提示用户，例如可通过显示器上的弹出框或声光报警。例如在故障监测电路中设计报警单元，报警单元可以是扬声器和/或指示灯，报警单元在报警驱动信号的驱动下发出声音和/或被点亮。

上述实施例中，看门狗发送复位信号RST到MCU以及失效检测电路，如果MCU工作正常，定时发送喂狗信号WDI，看门狗不会发出复位信号RST。如果MCU工作异常，看门狗在没有定时接收到喂狗信号WDI的情况下，会按照本身的复位频率发出复位脉冲。在电压低于它的阀值电压的时候，同样会按照本身的复位频率发出复位脉冲，通知电源管理MCU复位同时发送给失效检测电路。复位信号RST会触发失效检测电路，失效检测电路输出报警驱动信号，驱动报警单元工作，从而达到监控MCU的目的。

对于看门狗的失效，如果看门狗的失效模式是开路，即复位功能无效，则通过MCU上电自检可以检测出来。如果看门狗的失效模式是复位时间变短，则可以通过失效检测电路报出来，从而达到监控看门狗的目的。

因此，上述实施例能够有效对微控制器自身失效进行监测，并对MCU的故障进行报警，及时提醒用户。对于电源管理微控制器，则保证了电源系统控制部分的安全性以及可靠性。

为防止故障监测电路在系统上电时被误触发，微控制器的一控制端还与失效检测电路连接，当微控制器上电时向所述失效检测电路输出控制信号INIT，控制失效检测电路输出清零。在延时一定时间后终止该控制信号，使失效检测电路可响应看门狗的复位信号RST，由复位信号RST所触发。根据需要，通过对程序的设计，还可在另一种实施例中当微控制器喂狗正常时，即向所述失效检测电路输出控制信号INIT，控制失效检测电路输出清零，即不再被复位信号RST所触发，直到微控制器喂狗异常时，再使能失效检测电路。

实施例一：

请参考图3，失效检测电路包括锁存器，锁存器接收看门狗输出的复位信号，输出与复位信号周期相关的报警驱动信号。在一种具体实例中，锁存器可通过各种触发器实现，例如RS触发器、D触发器、JK触发器等，以及这些触发器的组合。下面以D触发器为例说明本实施例的结构和工作过程。

如图3所示，看门狗的输入端连接到微控制器MCU的喂狗信号端，用于接收微控制器MCU发送的喂狗信号，看门狗的输出端分别耦合到微控制器MCU的复位端和D触发器U1的时钟端，用于发送复位信号RST到MCU以及D触发器U1的时钟端，D触发器U1的输出端Q输出报警驱动信号，另一输出端为输出端Q的反端(简称Q反)，其耦合到D端，D触发器的置位端SET接高电平。D触发器U1的置零端CLR耦合到电容C1和电阻R3的串联节点上，电容C1和电阻R3串联中电源VDD和地之间。当系统刚上电时，因电容C1的作用，将置零端CLR拉到低电平，D触发器U1输出为“0”，而D端输入为“1”。随着电容C1被充电，置零端CLR输入高电平，D触发器U1的输出将跟随D端的电平而变。当首次检测到复位信号时，触发D触发器状态翻转，D触发器输出为“1”，之后D触发器每检测到一次复位信号其状态翻转一次，将D触发器输出的电平信号作为报警驱动信号。

为防止D触发器U1被误触发，微控制器MCU的一控制端耦合到D触发器U1的置零端CLR，通过将置零端CLR置高电平或低电平，从而控制D触发器是否被复位信号所触发而发出报警驱动信号。微控制器可以仅在上电的一段时间内向D触发器的置零端CLR输出高电平的控制信号INIT，从而使D触发器的输出置“0”，也可以在喂狗信号正常的情况下向D触发器的置零端CLR输出高电平的控制信号INIT，从而使D触发器的输出置“0”。

实施例二：

请参考图4，失效检测电路包括反相器、锁存器和驱动器。反相器的输入端接收看门狗的复位信号RST，其输出端耦合到锁存器，将复位信号RST反向后输出到锁存器。驱动器的输入端耦合到锁存器的输出端，用于将锁存器输出的电平信号转换为报警单元需要的报警驱动信号。具体电路如图5所示。

反相器可通过如图5中的三极管电路实现，也可以通过非门实现。本实施例中仍以锁存器为D触发器为例进行说明。

对于看门狗输出的复位信号为负脉冲的情况，失效检测电路还包括连接在看门狗的输出端和D触发器U1之间的反相器100，所述反相器100将看门狗输出的复位信号RST反向后输出到D触发器U1。本实施例中，复位信号RST需要经过反相器100后才能进入D触发器U1。由于在刚上电时，D触发器U1的置零端电平在电容C1以及电阻R3的作用下为低电平，保证D触发器U1初始输出为低电平。而上电时看门狗的复位信号跳到高电平，在此时D触发器U1的置零端电平也已经由低变高，不再控制D触发器U1的输出电平。如果缺少反相器，复位信号的上升沿将触发D触发器，会使D触发器输出高电平，从而误触发报警单元。而复位信号在经过反相器以后变成下降沿触发，保证上电过程中报警单元不会被误触发。

由于看门狗复位信号是脉冲信号，高低电平占空比相差很大，如果报警单元是报警灯就无法闪烁，需要使用锁存器完成复位信号锁存工作。图5中锁存器由D触发器构成，在时钟脉冲作用下，D触发器状态的变化只取决于输入信号的状态。由于输出的Q反信号连接到触发器的输入端，在每个上升沿脉冲的触发下，输出端Q的状态翻转一次。图6表示了在输入的复位脉冲RST驱动下，输出端CON状态的变化。由于RST信号需要经过反相器，输出端CON在每一个RST的下降沿状态翻转一次。如果RST的周期为T，输出信号CON的周期就为2T，从而为报警系统提供了驱动信号。

系统中报警电平为高时有效。驱动器的作用是将报警电平转换为报警单元需要的驱动信号，有的是方波，有的是不同占空比的驱动信号。不同的报警单元可能需要不同的驱动形式，通过隔离驱动器将报警信号转换为报警单元需要的驱动形式。

看门狗芯片也会因工艺不良等问题导致故障，其故障模式是频繁复位，复位时间大大小于手册规定的值。这种情况下，MCU无法启动，看门狗芯片的复位信号同样可以触发失效报警电路，提醒用户系统已经故障。

上电过程中，复位信号可能导致故障监测电路误工作。因此需要通过MCU的控制信号进行中间状态的处理。如图7所示，MCU在上电以后，首先通过控制信号INIT将锁存器输出清零。而后在系统稳定以后再打开锁存器控制端，保证只有在MCU异常或者看门狗复位时间太短的情况下报警有效。

锁存器除了上述实施例中的实现方式，在另外的实施例中，锁存器还可以包括多个触发器，所述多个触发器被耦合为：第一个触发器的时钟端耦合到看门狗的输出端，用于接收看门狗输出的复位信号，其后的每一个触发器的时钟端耦合到前一个触发器的输出端，最后一个触发器的输出端输出报警驱动信号，并且输出周期与复位信号的周期相关。假设复位信号的周期为T，当锁存器包括两个D触发器时，输出的报警驱动信号的周期为4T，当锁存器包括三个D触发器时，输出的报警驱动信号的周期为8T，依此类推。

可见，通过改变触发器的个数，可改变输出的报警驱动信号的周期，报警驱动信号的周期为复位信号周期的2^N倍，其中N为大于或等于1的正整数。

上述实施例的故障监测电路可应用到医疗设备中，例如应用到除颤仪、监护仪或除颤监护仪中，故障监测电路中的微控制器与电源模块相连，微控制器为电源管理微控制器，用于对电源模块的工作进行管理和/或控制，而故障监测电路可应用于对电源管理微控制器的故障监测。

由于电源管理微控制器是整个电源管理系统的核心，所以一旦发生故障则会造成整机无法正常工作，本发明可以对这种故障进行有效的监测和报警，其技术效果为：

1、能够及时有效检测出微控制器自身故障，并提供报警；

2、能够及时有效检测看门狗芯片故障，并提供报警。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种故障监测电路，其特征在于包括：

电源管理微控制器，用于对电源模块的工作进行管理和/或控制；

看门狗，所述看门狗的输入端耦合到电源管理微控制器，用于接收电源管理微控制器发出的喂狗信号，所述看门狗的输出端耦合到电源管理微控制器复位端，当看门狗在预定时间内没有接收到喂狗信号时输出复位信号到电源管理微控制器的复位端；

失效检测电路，其输入端耦合到看门狗的输出端，用于接收看门狗输出的复位信号，当检测到所述复位信号时，输出报警驱动信号；

其中，当所述看门狗的失效模式是开路，通过所述电源管理微控制器的上电自检，检测出所述看门狗失效，当所述看门狗的失效模式是复位时间变短，通过所述失效检测电路检测出所述看门狗失效。

2.如权利要求1 所述的故障监测电路，其特征在于，所述电源管理微控制器的一控制端还与失效检测电路连接，当电源管理微控制器上电时向所述失效检测电路输出控制信号，控制失效检测电路输出清零。

3.如权利要求1 所述的故障监测电路，其特征在于，所述失效检测电路包括锁存器，所述锁存器接收看门狗输出的复位信号，输出周期为复位信号周期的2N倍的报警驱动信号，其中N为大于或等于1 的正整数。

4.如权利要求3 所述的故障监测电路，其特征在于，所述锁存器包括一触发器，所述触发器被耦合为：所述触发器的时钟端接收看门狗输出的复位信号，输出端输出报警驱动信号，每检测到一次复位信号所述触发器的状态翻转一次；或者所述锁存器包括多个触发器，所述多个触发器被耦合为：第一个触发器的时钟端耦合到看门狗的输出端，用于接收看门狗输出的复位信号，其后的每一个触发器的时钟端耦合到前一个触发器的输出端，最后一个触发器的输出端输出报警驱动信号。

5.如权利要求3 所述的故障监测电路，其特征在于，所述看门狗输出的复位信号为负脉冲信号，所述失效检测电路还包括连接在看门狗的输出端和锁存器之间的反相器，所述反相器将看门狗输出的复位信号反向后输出到锁存器。

6.如权利要求3 至5 中任一项所述的故障监测电路，其特征在于，所述故障监测电路还包括与失效检测电路的输出端耦合的报警单元，所述报警单元响应报警驱动信号进行报警。

7.如权利要求6 所述的故障监测电路，其特征在于，所述失效检测电路还包括驱动器，所述驱动器的输入端耦合到锁存器的输出端，用于将锁存器输出的电平信号转换为报警单元需要的报警驱动信号。

8.一种医疗设备，其特征在于包括：

电源模块，用于为医疗设备提供要求的电源；

如权利要求1-7 中任一项所述的故障监测电路，所述故障监测电路中的电源管理微控制器与电源模块相连。

9.如权利要求8 所述的医疗设备，其特征在于，所述医疗设备为除颤仪、监护仪或除颤监护仪。

10.一种故障监测电路，其特征在于包括：

微控制器，用于对管理对象的工作进行管理和/或控制；

看门狗，所述看门狗的输入端耦合到微控制器，用于接收微控制器发出的喂狗信号，所述看门狗的输出端耦合到微控制器复位端，当看门狗在预定时间内没有接收到喂狗信号时输出复位信号到微控制器的复位端；

失效检测电路，所述失效检测电路包括锁存器，所述锁存器接收看门狗输出的复位信号，输出与复位信号周期相关的报警驱动信号；

其中，当所述看门狗的失效模式是开路，通过所述微控制器的上电自检，检测出所述看门狗失效，当所述看门狗的失效模式是复位时间变短，通过所述失效检测电路检测出所述看门狗失效。