CN108139788A - 电源管理和深度放电保护 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于用电池运行的装置如手术台的控制设备(1)，所述控制设备包括用于控制所述用电池运行的装置的部件的至少两个微处理器(2、3)，以及至少一个输入装置(8‑11)，所述输入装置可以借助于输入通道向所述微处理器(2、3)中的至少一个发送指令，其中第一微处理器(2)被设计成使得所述第一微处理器可以被置入闲置状态下，在所述闲置状态下所述输入装置(8‑11)的所述输入通道被监测，而所述第二微处理器(3)被关闭，其中所述第一微处理器(2)被进一步设计为使得当从所述输入装置(8‑11)接收到指令时，所述第一微处理器首先将自身置于激活状态下然后将所述第二微处理器(3)置于激活状态下。

Description

电源管理和深度放电保护
技术领域
本发明涉及一种用于控制用电池运行的装置如移动手术台的设备和方法。
背景技术
在标准操作中，移动手术台的电力由电池供应，这意味着网络连接仅建立用于为电池充电。因此，可用电力的量是有限的并且必须节俭地使用。如果在特定的时间未使用手术台，它们将往往会处于待机模式下，这意味着它们将立即响应来自它们的输入装置中的一个输入装置的指令而无需首先开启。因此有必要的是，在待机模式下，手术台的电子设备的至少部分必须被永久供电，这样的结果是电池连续放电。
(铅)电池的一个特征是，当它们在没有充电的情况下贮藏时或者当它们放电超过一定水平时，它们失去它们的容量，即它们储存电力的能力。一个问题是，尤其是当在贮藏或运输过程中时，当手术台不能充电时，电池会连续放电。
此外，在控制手术台方面来自软件的更高要求需要具有高功率容量的更强大的微控制器，并且因此在手术台操作期间的高功耗。为了确保移动手术台的可靠长操作时间，因此有必要尽可能节省地使用存储在电池中的电力。
为了实现待机模式，一些附加的微控制器以低功率容量使用，所述附加的微控制器监测输入装置并通过根据需要激活主控制器的电源来唤醒主控制器。然而，使用附加控制器具有的缺点是系统变得更加复杂，并且因此更容易出错并且成本效益更低。附加微控制器需要其自身的软件，它们涉及制造和维护成本、它们增加了控制设备的空间需求并导致了增加的文件编制量。
发明内容
因此，本发明的任务是提供一种用于控制用电池运行的装置如手术台的设备和方法，其中所述装置的功耗被最小化，并且在一个或多个器械中使用的一个或多个电池的放电被相应地最小化，具有最低可能的制造成本和空间要求。
本发明的另一个任务是提供一种设备，利用所述设备可以借助于一个或多个电池使向用电池运行的装置供应电力的一个或多个电池的寿命最大化。
这个任务是根据第一方面通过一种用于用电池运行的装置如手术台的控制设备来实现的，所述控制设备例如包括用于控制用电池运行的装置的部件的至少两个微处理器，以及至少一个输入装置，所述输入装置可以借助于输入通道向所述微处理器中的至少一个发送输入。所述输入装置可以是无线或有线的输入装置，或者可以在用电池运行的装置上设置所谓的超控控制面板(override panel)，借助于所述超控控制面板用户可以例如通过启动按钮、开关或薄膜小键盘来向控制设备发送指令。
第一微处理器被设计成使得其可以进入闲置状态，在所述闲置状态中输入装置的输入通道被监测，第二微处理器被断开。其中微处理器被完全断开而另一处理器仅监测一个或少量输入通道的这种闲置状态允许控制设备的节能待机模式。此外，并且所述第一微处理器被进一步设计为使得当由所述输入装置输入指令时，所述第一微处理器首先将自身置于激活状态下然后将所述第二微处理器置于激活状态下。。因此，用户可以通过启动输入装置来终止待机模式，并使所述两个微处理器上电并置于它们的激活状态下，在所述激活状态下它们可以例如控制背板、腿板、头板、臀板、或手术台的其它部件或另一用电池运行的装置的运动。对于待机模式，使用与在控制设备的激活状态下同样负责控制用电池运行的装置的部件和控制设备的功能性的那些微处理器相同的微处理器。因此，不需要单独的微控制器来实现这种节能待机模式。因此，控制设备的生产、维护和文件编制成本以及空间需求可以被最小化。
根据一些实施方案，可以设置成将微处理器耦合在主监管器结构中。以这种方式，在控制设备的激活状态下可以确保高度的安全性，因为所述微处理器中的一个，例如第二微处理器可以充当监管器来检查和监测充当主处理器的第一处理器的输出。
根据一些实施方案，第一微处理器可以包括节电电路(休眠域)，所述节电电路被设计为使得其监测输入通道，同时第一微处理器在闲置状态下的功耗与激活状态相比被降低。借助于节电电路，第一微处理器的功率容量可以由此在闲置状态下被降低。
根据一些实施方案，控制设备可以包括用于至少一个向用电池运行的装置供电的电池的至少一个连接件。此外，可以提供机电式开关，借助于所述机电式开关，用于所述至少一个电池的所述连接件可以与控制设备断开电连接。因此，即使在用电池运行的装置长期贮藏的情况下，也可以有效地防止电池的深度放电，这是因为电池可以由机电式开关与控制设备完全电隔离，所述机电式开关可以例如被设计为继电器。
可以设置成，在从最近的充电经过预定时间后和/或当[电池已经]放电到低于预定电压值时和/或当经由所述输入装置输入相应的指令时，所述至少一个电池的连接件借助于机电式开关而与控制设备断开电连接。因此，一个或多个电池的电连接断开可以在预定时间段之后自动完成，或者在一个或多个电池的预定放电状态下完成，或者当用户通过输入装置命令断开连接时完成。
根据另一方面，提供了一种用于控制用电池运行的装置如手术台的方法，所述方法包括放置控制设备，所述控制设备包括用于在闲置状态下控制用电池运行的装置的部件的至少两个微处理器，其中第一微处理器监测输入装置的输入通道，第二微处理器被断开。因此，提供了待机状态，在所述待机状态下因为所述微处理器中的仅一个是活动的，并且仅监测一个或少量输入通道，所以功耗被降低。当在受监测的输入通道上接收到指令时，控制设备被置入激活状态，在所述激活状态下第一微处理器和第二微处理器)控制用电池运行的装置的部件的运动。
根据一些实施方案，当在输入通道上接收到指令时，控制设备可以被从闲置状态置入检查状态，以检查接收到的指令是否包括有效的唤醒信号。这可能会短暂激活第一微处理器以便分析接收到的指令。
在测试条件下，可以例如有可能检查接收到的指令是否包含用电池运行的装置的有效地址。如果是这种情况，接收到的指令涉及连接到控制设备的用电池运行的装置，则控制设备可以被置入激活状态。如果所述指令不包含用电池运行的装置的有效地址，则有可能所述指令是例如从无线输入装置发送到另一个装置的，并且所述指令不是用于所述闲置状态下的装置的唤醒信号。然后，已经在检查状态下被激活的第一微处理器可以返回到继续监测输入通道的节能闲置状态。
根据一些实施方案，在控制设备被置入激活状态之前，控制设备可以处于唤醒状态下，以使得在唤醒状态下，第一微处理器是活动的，第二微处理器被开启并且用电池运行的装置的部件的运动被去活。因此，在唤醒状态下，例如在发生故障的情况下，阻止第一微处理器在第二微处理器是活动的并且能够监测第一微处理器的动作之前控制用电池运行的装置的部件。
根据第三方面，提供了一种用于用电池运行的装置如手术台的控制设备，所述控制设备包括用于向用电池运行的装置供电的至少一个电池的连接件并且还包括机电式开关，借助于所述机电式开关用于所述至少一个电池的所述连接件可以与控制设备断开电连接。所述控制设备被设计成使得在从最近的充电经过预定时间段后和/或当[电池已经]放电到低于预定电压值时和/或当从输入装置接收到相应的指令时，所述电池的所述连接件通过所述开关而断开电连接。因此，可以有效地防止一个或多个电池的深度放电，因为控制设备与一个或多个电池之间的完全电连接断开可以例如取决于从最近充电经过的时间段或作为一个或多个电池的充电状态的函数而自动完成，或者通过用户输入手动地完成。
附图说明
以下参照附图描述本发明的示例性实施方案，其中相同的附图标记表示相应的相同或对应的元件。
图1示出了手术台的示意图。
图2示出了根据一个实施方案的用于手术台的控制设备的示意图。
图3示出了图1的控制设备的操作状态的流程图。
具体实施方式
在以下描述中，将参照附图描述本发明的示例性实施方案。附图不一定按照真实比例；它们仅仅旨在示意性地说明相应的特征。
应注意的是，下面描述的特征和部件可以分别与彼此组合，而不管它们是否已经在单个实施方案的上下文中描述。各个实施方案中的特征的组合仅旨在说明要求保护的装置和要求保护的方法的基本结构和功能。
为了避免不必要的重复，结合装置或方法的各个实施方案来描述各个方面。所述方法的特征也可以在所述装置中使用，反之亦然，鉴于此，所述方法的各个方面可以与所述装置的各个方面组合，反之亦然。图1示出了手术台100的示意图，所述手术台具有模块化构型并且包括多个可移动部件。例如，手术台100的用于患者的承载表面可以被细分若干次而分成一个或多个腿板101、一个或多个臀板102、以及一个或多个背板103。根据其它实施方案，可以另外提供一个或多个头板和/或其它部件。这些部件101-103可以分别相对于彼此并相对于手术台100的床身(column)105可移动。床身105可以包括用于调节手术台100的高度的提升机构106。
如由图1中的相应箭头所示意性示出，对于部件101-103中的每一者可以提供多个不同的运动轴线，例如以便调节各个部件相对于彼此和/或床身105的倾斜度或侧向倾斜，并且以便为诸如头部、躯干和腿部设置多个位置。此外，可以设置成，部件101-103在手术台的纵向方向上相对于床身105可移动。
背板103和/或腿板101的向上和纵向运动和/或倾斜可以使用马达来产生，液压、气动或电动系统可以用于所述马达。控制设备107可以容纳在床身105中以便控制部件101-103的运动。用于控制设备107和用于部件101-103的相应驱动器的电源可以通过可以布置在手术台100的脚部108中的电池来实现。
图2示出了用于控制用电池运行的装置的设备1的示意图，所述设备诸如可以用作例如图1所示的手术台100的控制设备107。出于安全原因，使用其中提供主处理器2和监管器3(监测处理器)的架构。仅当两个处理器2、3都是活动的时，才启动开关4(安全释放端口)，所述开关接通到至少一个马达5和至少一个阀6的电力供应，所述马达和阀用于液压调节装置的部件。一旦安全释放端口4被开启，控制信号就可以从处理器传输到马达5和阀6。除了借助于由马达5驱动的泵和至少一个阀6进行液压调节之外，还可以提供电动马达调节。在这种情况下，安全释放端口4启动到各个电动马达的电力供应，所述电动马达随后由来自处理器的控制信号来控制。
到主处理器2和监管器3的电力供应是经由电池7实现的，所述电池容纳在例如手术台100的脚部108中。在控制设备107中产生用于处理器2、3和驱动器5、6的操作的不同操作电压。出于此目的，电池7可以提供例如24V的电压，然后可以在控制设备107中借助于DC转换器从所述电压产生其它电压来用于操作各个处理器和部件。
用户可以使用多个输入装置，诸如红外遥控器8、脚踏开关9或有线控制单元10，来向装置1输入指令。此外，可以直接在手术台100处(例如在床身105上)设置所谓的超控11作为控制面板，从而即使不连接外部输入装置也允许用户向装置1发送指令。
如果一个或多个电池7是借助于电力供应提供的，则机电式(继电器)开关12可以集成在电池7与控制设备1之间的接口中。或者，继电器开关12也可以单独形成并且与在电池7与控制设备1之间的接口连接。在定时电路的控制下，电池7可以随后在一段时间不活动之后与控制设备1断开连接。例如，当从最近充电起已经过了预定时间段时可以实现这种断开连接。
替代地或另外，当电压下降到小于对应于高度放电状态的某一值时，至少一个电池7可以借助于开关12断开连接。这可以防止一个或多个电池7的深度放电。
替代地或另外，根据一些实施方案，一个或多个电池7的深度放电也可以经由在输入装置8-10中的一个上或者在超控11上的按键组合来手动地启动。当手术台意图被贮藏或用于长期运输时，电池7可在借助于开关12充电后立即断开连接，以便确保贮藏的手术台具有充满电的电池7。
随后可以通过插入或连接充电电缆来自动关闭放电保护。
图3示出了设备1的各种操作状态的概况。在图3所示的实施方案中，控制设备1用于控制手术台，如图1所示的手术台100。然而，控制设备1也可以用于控制另一种用电池运行的装置，利用所述控制设备可以如下所述提供基本上相同的操作条件。
在图3所示的示意流程图中，设备1最初处于关闭状态200下，在所述关闭状态下，周边设备和监管器3被关闭而不通电，并且主处理器2被关闭或处于闲置状态下。在此关闭状态下，不可能经由输入装置8-10或超控11进行输入。只有主处理器的实时时钟(RTC)是活动的，并且由其自身的电池如锂电池(纽扣电池)供电。此外，即使在关闭状态下，可以充当参数存储器来操作控制设备1的存储器模块也可以是活动的。手术台在运输和贮藏过程中处于关闭状态200下，例如，在手术台的控制设备1完全由用户关闭或者在定时器确定超过一定时间段后关闭之后，没有控制信号被发送到所述控制设备。
当一个或多个电池7被连接时，控制设备1从关闭状态200移动到睡眠状态201下。在睡眠状态201下，监管器3如先前一样保持关闭而不通电，但主处理器2处于睡眠状态下或处于闲置状态下，所述睡眠状态或闲置状态是省电模式，其中输入装置8-10和/或超控11中的一些或全部被监测。
各种操作电压中的至少一些，诸如用于移动手术台的部件的致动器5、6的24V电力供应和用于操作控制设备1的处理器2、3和其它电子部件的3V、5V和15V的操作电压，是在睡眠状态201下提供的，即使相应的致动器或部件还不是活动的。
因此，提供节能睡眠状态201，在所述状态下控制设备1的功率容量非常低，这是因为几乎所有的处理器和部件都未被供电，而主处理器被维持在节能的睡眠或闲置状态下，监测输入装置8-10和/或超控11的输入通道。
当处于睡眠状态201下时，在输入装置8-10和/或超控11的输入通道处检测到信号，主处理器2的操作电压(在本发明的实例中为3V)在检查状态202下被激活，并且主处理器2被启动。如果例如通过检查信号是否包含有效的手术台地址并且因此确定所述信号用于此手术台来验证在相应输入装置的输入通道处接收到的信号，则控制设备1切换到唤醒状态203下。如果验证指示接收到的信号无效，例如因为所述信号并非旨在用于手术台，则主处理器2返回到其睡眠或闲置状态，并且控制设备1返回到上述睡眠状态201。
如果信号是经由超控操作输入的，意味着它是通过牢固连接到手术台(例如在手术台100的基部105处)的控制器输入的，则可以省去上述对于有效手术台地址的测试，因为在这种情况下，很明显唤醒信号旨在用于与控制设备1相关的手术台。作为防护无意的错误操作的方式，可以设置为，经由超控面板11的有效唤醒信号必须由至少两个用户输入组成，例如按下至少两个按键或按钮或输入预定的顺序。
在唤醒状态203下，监管器3被启动，并且在先前的操作条件下尚未提供的操作电压被接通。这意味着在唤醒状态203下，控制设备1的所有功能和电压都在线，但用于移动手术台100的部件101-103的致动器5、6尚未被启动。
现在，如果在输入装置通道和/或超控上接收到运动指令，则主处理器2通过启动致动器来进入控制设备1的激活状态204以移动手术台100的部件。在此激活状态204下，用户可以借助于输入装置8-10和/或超控11来控制手术台100的部件101-103的运动，其中除了控制液压调节元件的致动器如泵马达5和阀6(参见图2)以外，控制设备还可以具有附加功能，诸如碰撞控制或访问手术台的储藏位置。
在图3所示的实施方案中，当经由输入装置8-10中的一个接收到相应的刺激时，可以关闭控制设备1。替代地或另外，可以通过任何其它手段来接收或生成关闭信号，例如当从最后移动指令起已经经过预定时间时通过“超时”生成关闭信号。
当关闭控制设备1时，主处理器2将首先通知其它处理器所述关闭，例如通知监管器3和控制设备1的在此未进一步描述的其它处理器。这允许所有处理器在关闭之前保存它们的永久数据。
一旦在控制设备1中使用的所有处理器的数据被保全，主处理器2将切断手术台的电力供应。最初，除主处理器2之外的所有部件，特别是监管器3都被关闭，这使得安全释放端口4也被关闭。这可以防止由于主控装置的故障而使用于移动手术台或另一用电池运行的装置的部件的运动指令被无意发送到执行器。最后，主处理器2将其自身置于闲置状态下，以使控制设备1恢复到睡眠状态201。
因此，概括地说，睡眠状态201在控制设备1中实现了待机模式，在所述待机模式下控制设备1的功耗非常低。此外，控制设备1可以由用户从待机模式快速且容易地改变到控制设备1的所有功能可用的活动操作状态。
由于在上述用于开启和关闭控制设备1的方法中，存在主处理器2单独活动而监管器3不是同样活动的情况，因此确保了系统在每个状态下具有首次故障保护。这被实现是因为，能够触发运动的周边设备将仅当监管器3也唤醒时被激活或开启，也就是说，可以发生对主处理器2的动作的监测。
在上述电源管理[设备]中，将仅需要两个主控制器，所述两个主控制器还确保控制设备1的有效操作，而不需要用于待机模式或用于唤醒或关闭过程的附加微控制器。在本发明的实施方案中，电源管理[设备]由主处理器2控制，所述主处理器配备有特殊的节电电路或休眠域，所述节电电路或休眠域使节电模式成为可能，节电模式特别经济并且还允许唤醒控制设备1。
可省去省电模式或待机模式的辅助控制器。因此，控制设备1复杂性更小，因此更不易出错并且成本效益更高，这是因为消除了对附加控制器所需的软件、微控制器(包括其环境)的成本，微控制器在电路板上所需的空间以及分别要求的文件编制的需要。
通过在长时间贮藏期间或者当一个或多个电池的电压下降到低于预定最小值时从控制设备断开上述一个或多个电池，可以有效防止一个或多个电池的有害深度放电。

Claims (10)

1.一种用于用电池运行的装置如手术台(100)的控制设备(1)，该控制设备包括：
用于控制所述用电池运行的装置(100)的部件(101-103)的至少两个微处理器(2、3)，以及
至少一个输入装置(8-11)，所述输入装置能够借助于输入通道向所述微处理器(2、3)中的至少一个发送输入，
其中，第一微处理器(2)被设计成使得所述第一微处理器能够进入闲置状态(201)，在所述闲置状态下所述输入装置(8-11)的所述输入通道被监测，
所述第二微处理器(3)被断开，
并且所述第一微处理器(2)被进一步设计为使得当由所述输入装置(8-11)输入指令时，所述第一微处理器首先将自身置于激活状态下然后将所述第二微处理器(3)置于激活状态(204)下。
2.根据权利要求1所述的控制设备(1)，其中，各所述微处理器(2、3)耦合在主监管器结构中。
3.根据权利要求1所述的控制设备(1)，其中，所述第一微处理器(2)包括节电电路，所述节电电路设计成使得所述节电电路监测所述输入通道，同时所述第一微处理器(2)在所述闲置状态下的功耗与所述激活状态相比被降低。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的控制设备(1)，所述控制设备包括用于向所述用电池运行的装置(100)供电的至少一个电池(7)的至少一个连接件，并且所述控制设备包括机电式开关(12)，借助于所述机电式开关，用于所述至少一个电池(7)的所述连接件能够与所述控制设备(1)断开电连接。
5.根据权利要求4所述的控制设备(1)，所述控制设备被设计成使得在从最近的充电过程经过预定时间后和/或当低于预定电压值时和/或当经由所述输入装置(8-11)输入相应的指令时，所述至少一个电池(7)的所述连接件借助于所述机电式开关(12)与所述控制设备(1)断开电连接。
6.一种用于控制用电池运行的装置如手术台(100)的方法，该方法包括：
将控制设备(1)置入闲置状态(201)，所述控制设备包括用于控制所述用电池运行的装置的部件的至少两个微处理器(2、3)，其中，第一微处理器(2)监测输入装置(8-11)的输入通道，第二微处理器被断开，
当在输入通道上输入指令时，将所述控制设备(1)置入激活状态(204)，在所述激活状态下所述第一微处理器(2)和所述第二微处理器(3)控制所述用电池运行的装置(100)的部件(101-103)的运动。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括：
当在所述输入通道上输入指令时，将所述控制设备(1)从所述闲置状态(201)置入检查状态(202)，以检查输入的所述指令是否包括有效的唤醒信号。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，检查输入的所述指令是否包括所述用电池运行的装置(100)的地址。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，还包括：
在所述控制设备(1)被置入所述激活状态(204)之前，将所述控制设备(1)置入唤醒状态(203)下，其中，在所述唤醒状态(203)下，所述第一微处理器(2)是激活的，所述第二微处理器(3)被接通并且所述用电池运行的装置的所述部件(101-103)的所述运动被去活。
10.一种用于用电池运行的装置如手术台(100)的控制设备(1)，该控制设备包括用于向所述用电池运行的装置(100)供电的至少一个电池(7)的至少一个连接件，并且该控制设备包括机电式开关(12)，借助于所述机电式开关，用于所述至少一个电池(7)的所述连接件能够与所述控制设备断开电连接，其中，所述控制设备被设计成使得在从最近的充电过程经过预定时间后和/或当低于预定电压值时和/或当经由所述输入装置(8-11)输入相应的指令时，所述电池(7)的所述连接件借助于所述机电式开关(12)与所述控制设备(1)断开电连接。
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