CN105846478B - 可吞咽式电子胶囊的能量管理模块 - Google Patents

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Abstract

一种可吞咽式电子胶囊的能量管理模块，主要包括纽扣电池、非接触式开关、主控制器、条件选通式升压电路、电源路由器、阈值电压检测电路、基准电压芯片、负电荷泵。本发明采用了主控制器监测纽扣电池的输出电压，在空间和能源受限的条件下，对电子胶囊的能量使用进行高效、低功耗、智能化管理。最大程度地避免了能量的无用损耗，延长了电池的使用时间。

Description

可吞咽式电子胶囊的能量管理模块
技术领域
本发明涉及医疗器械，尤其涉及一种可吞咽式电子胶囊的能量管理模块。
背景技术
吞咽式电子胶囊可由口服进入消化道，通过其携带的微型摄像系统将消化道内的图像无线传输到体外，或者通过其携带的多个传感器对胃肠道内的多元信息进行检测和采集，或者通过执行机构对局部组织进行取样活检。由于电子胶囊处于消化道内，无法采用有缆式供能方法，且电子胶囊在消化道内工作时间较长，胶囊内的空间受到限制，由此制约了供能装置的体积。如何确保电子胶囊供能的可靠性和稳定性，是需要解决的一个关键技术。
从相关文献资料中可知，体内装置的供能方式包括：纽扣电池供电和无线能量传输两种方式。然而无线能量传输方式设计复杂并且存在能量传输“死角”。
目前，已有一些专利涉及能量管理方面。申请号为200580052531.4的文件“能量管理”主要涉及一种数据处理设备和方法的能量管理单元，能量管理单元可生成能量管理信息，该能量管理信息指示数据处理部件的至少其中之一在处理所述数据时的能量状态；以及可操作以接收所述能量管理信息并生成将所述能量状态与所述数据的处理关联的能量管理信息项目的逻辑。申请号为201110041790.4的文件“能量管理系统、能量管理装置以及能量管理方法”主要涉及一种能量管理系统、能量管理装置以及能量管理方法，包括管理蓄电池的损耗和电热水器的放热损耗的管理单元，进行使损耗少的能量储存设备优先用于PV发电量吸收的控制。申请号为201280064587.1的文件“能量管理系统”主要涉及电动汽车的电力供给单元的能量管理，确保所需的电池剩余量，并且实现电力成本的最小化、电力需求的均衡化。
尚无针对电子胶囊的工作特点，对纽扣电池的能量进行智能化管理的报导。
发明内容
本发明的目的，就是为了提供一种新型的智能能量管理方案，用于高效、低功耗、智能化地管理可吞咽式电子胶囊纽扣电池的能量，延长电池使用时间。
为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种可吞咽式电子胶囊的能量管理模块，设置在可吞咽式电子胶囊内向各个功能模块提供工作电压；包括纽扣电池、非接触式开关、主控制器、条件选通式升压电路、电源路由器、阈值电压检测电路、基准电压芯片和负电荷泵；纽扣电池的电流输出连接非接触式开关；非接触式开关的电流输出分别连接电源路由器、条件选通式升压电路和主控制器；电源路由器和条件选通式升压电路的电流输出分别连接阈值电压检测电路、基准电压芯片和负电荷泵；电源路由器、基准电压芯片、负电荷泵的电流输出分别连接可吞咽式电子胶囊并向可吞咽式电子胶囊的各个功能模块提供工作电压；电源路由器的信号输出连接阈值电压检测电路的信号输入，阈值电压检测电路与主控制器双向通讯相连，主控制器的信号输出分别与条件选通式升压电路、电源路由器的信号输入相连。
所述的主控制器监测纽扣电池的输出电压，对条件选通式升压电路的引入进行智能管理；在纽扣电池放电早期，当电池电压充足时，采用电源路由器将纽扣电池的电量经过电压转换、分配到后续功能模块；在纽扣电池放电后期，当电池电压低于设定的阈值时，主控制器控制条件选通式升压电路开始工作，将电压升压、稳压后，分配到后续功能模块。
在纽扣电池放电早期，在电子胶囊工作空闲时间，由主控制器从电源路由器输入端关断能源供给，主控制器自身进入休眠模式；在纽扣电池放电后期，在电子胶囊工作空闲时间，由主控制器从条件选通式升压电路的输入端关断能源供给，主控制器自身进入休眠模式。
所述的非接触式开关为一种磁性开关，作为纽扣电池电源的总开关。当电子胶囊尚未被吞咽进入消化道之前，磁性开关受外加强磁场的作用处于断开状态；当电子胶囊吞咽进入消化道后，由于远离了磁场作用，总开关恢复到常闭状态，电子胶囊总电源接通，开始工作。
所述的电源路由器，将纽扣电池的电量分别选通至基准电压芯片、负电荷泵的输入，经过电压转换，分配到后续功能模块，满足后续工作电路不同的电压需求。
所述的条件选通式升压电路由主控制器智能切换。当电源路由器的输出电压低于阈值检测电路设定的阈值，则主控制器发出控制信号，使条件选通式升压电路开始工作，将电压升压、稳压后，分配到后续电路。
所述的主控制器监测纽扣电池的输出电压，对纽扣电池的能量进行高效、低功耗、智能化管理。在纽扣电池放电早期，当电池电压充足时，采用电源路由器将纽扣电池的电量经过电压转换、分配到后续功能模块，且在电子胶囊工作空闲时间，由主控制器从电源路由器输入端关断了能源供给，主控制器自身进入休眠模式；在纽扣电池放电后期，当电池电压低于设定的阈值时，主控制器控制条件选通式升压电路开始工作，将电压升压、稳压后，由电源路由器分配到后续功能模块，且在电子胶囊工作空闲时间，由主控制器从条件选通式升压电路的输入端关断了能源供给，主控制器自身进入休眠模式。确保电路的无用功耗降到最低。
本发明的可吞咽式电子胶囊的能量管理模块具有以下优点和特点：
1、提供了一种适用于吞咽式电子胶囊状诊疗装置的智能能量管理方案，用于高效、低功耗、智能化地管理纽扣电池的能量，包含了两条能量转换通道。采用了条件选通式升压电路，根据电池电压的使用情况，智能化选通不同的能量转换通道，节省了无用的功率消耗，最大程度延长了电池使用时间。
2、智能能量管理装置包含两种模式：工作模式和休眠模式。在电子胶囊空闲状态，主控制器进入休眠模式。在该管理模式下实现了在电源输入信号流的最前端进行关断，并且主控制器自身也进入休眠状态，确保电路的总功耗降至最低。
附图说明
图1是本发明的结构原理示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明的可吞咽式电子胶囊的能量管理模块，包括纽扣电池1、非接触式开关2、主控制器3、条件选通式升压电路4、电源路由器5、阈值电压检测电路6、基准电压芯片7、负电荷泵8。
从能量流向来看：纽扣电池1的输出与非接触式开关2相连；非接触式开关2的输出同时与电源路由器5、条件选通式升压电路4、主控制器3的输入相连；电源路由器5的输出、条件选通式升压电路4的输出均与阈值电压检测电路6、基准电压芯片7、负电荷泵8的输入相连；电源路由器5、基准电压芯片7、负电荷泵8的输出为可吞咽式电子胶囊的各个功能模块9提供工作电压。从信号流向来看：电源路由器5的信号输出与阈值电压检测电路6的输入相连，阈值电压检测电路6与主控制器3双向连接，主控制器3的输出同时与条件选通式升压电路2、电源路由器5的输入连接。
本发明中的非接触式开关为一种磁性开关，当电子胶囊尚未被吞咽进入消化道之前，磁性开关受外加强磁场的作用处于断开状态；当电子胶囊吞咽进入消化道后，由于远离了磁场作用，非接触式开关恢复到常闭状态，电子胶囊总电源接通，开始工作。
在纽扣电池放电早期，主控制器通过阈值检测电路监测纽扣电池的输出电压。当电池电压充足时，即电源路由器的输出电压高于阈值检测电路设定的阈值，则主控制器发出控制信号，使条件选通式升压电路处于关断状态，电源路由器处于工作状态。电源路由器将纽扣电池的电量分别选通至基准电压芯片、负电荷泵的输入，经过电压转换后，分配到后续功能模块，满足后续工作电路不同的电压需求。并且，在电子胶囊工作空闲时间，由主控制器从电源路由器输入端关断能源供给，主控制器自身进入休眠模式。
在纽扣电池放电后期，当电源路由器的输出电压低于阈值检测电路设定的阈值，则主控制器发出控制信号，一方面关断电源路由器，同时使条件选通式升压电路开始工作，将电压升压、稳压后，分配到后续电路。并且，在电子胶囊工作空闲时间，由主控制器从条件选通式升压电路的输入端关断能源供给，主控制器自身进入休眠模式。确保电路的无用功耗降到最低。
作为能量智能管理的控制枢纽，主控制器要实现对电池电量的监测、条件选通式升压电路的关断与选通、电源路由器关断与选通等功能。在电子胶囊处于空闲状态时，主控制器要进入休眠模式，进一步降低功耗。
主控制器的具体控制流程如下：
主控制器上电初始化时，使能看门狗定时器、开启模数转换通道。在前期工作模式下，首先选通电源路由器能量通道，关断条件选通式升压电路，然后将采集到的电池电压与设定的阈值进行比较，如果电池电压高于设定的阈值，则通过电源路由器通道为后续电路提供能量；当电子胶囊处于空闲状态，能量管理装置进入休眠模式，此时主控制器关断电源路由器，且自身进入休眠状态，等待看门狗定时器溢出，将主控制器从休眠状态唤醒，从而进入下一个前期工作模式。
若在前期工作模式下，主控制器通过阈值检测电路监测到电池电压低于设定的阈值，则能量管理装置进入后期工作模式。在后期工作模式下，主控制器关断电源路由器和阈值检测电路，使条件选通式升压电路开始工作，为后续电路提供能量，当能量管理装置进入休眠模式时，主控制器关断条件选通式升压电路，且自身进入休眠状态，等待看门狗定时器溢出，将主控制器从休眠状态唤醒，进入下一个后期工作模式。

Claims (3)

1.一种可吞咽式电子胶囊的能量管理模块，设置在可吞咽式电子胶囊内向各个功能模块提供工作电压；其特征在于：包括纽扣电池、非接触式开关、主控制器、条件选通式升压电路、电源路由器、阈值电压检测电路、基准电压芯片和负电荷泵；纽扣电池的电流输出连接非接触式开关；非接触式开关的电流输出分别连接电源路由器、条件选通式升压电路和主控制器；电源路由器和条件选通式升压电路的电流输出分别连接阈值电压检测电路、基准电压芯片和负电荷泵；电源路由器、基准电压芯片、负电荷泵的电流输出分别连接可吞咽式电子胶囊并向可吞咽式电子胶囊的各个功能模块提供工作电压；电源路由器的信号输出连接阈值电压检测电路的信号输入，阈值电压检测电路与主控制器双向通讯相连，主控制器的信号输出分别与条件选通式升压电路、电源路由器的信号输入相连。
2.如权利要求1所述的可吞咽式电子胶囊的能量管理模块，其特征在于：所述的主控制器监测纽扣电池的输出电压，对条件选通式升压电路的引入进行智能管理；在纽扣电池放电早期，当电池电压充足时，采用电源路由器将纽扣电池的电量经过电压转换、分配到后续功能模块；在纽扣电池放电后期，当电池电压低于设定的阈值时，主控制器控制条件选通式升压电路开始工作，将电压升压、稳压后，分配到后续功能模块。
3.如权利要求1所述的可吞咽式电子胶囊的能量管理模块，其特征在于：在纽扣电池放电早期，在电子胶囊工作空闲时间，由主控制器从电源路由器输入端关断能源供给，主控制器自身进入休眠模式；在纽扣电池放电后期，在电子胶囊工作空闲时间，由主控制器从条件选通式升压电路的输入端关断能源供给，主控制器自身进入休眠模式。
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