CN109172935A - 一种对输注泵驱动方向和精确度进行检测的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对输注泵驱动方向和精确度进行检测的装置和方法，包括：驱动轴、双码盘、第一槽型光耦和第二槽型光耦；所述驱动轴连接所述输注泵的步进电机的输出端；所述双码盘固定在所述驱动轴上，包括两个完全相同且通过驱动轴同轴设置的码盘；每个所述码盘边缘具有沿周向均匀分布的齿状结构，其在轴向投影不重叠；所述驱动轴能够在所述步进电机驱动下，带动所述双码盘同步转动，进而使所述双码盘的所述齿状结构分别对所述第一槽型光耦和所述第二槽型光耦的光通路进行切割后，得到两路不同的高低电平信号；所述两路高低电平信号被分析后得到所述步进电机的运转方向和状态。本发明提高检测速度和精准度，提高检测稳定性，避免对人体的损伤。
Description
技术领域
本发明涉及输注泵检测技术领域，尤其涉及一种快速对输注泵驱动方向和精确度进行检测的装置和方法。
背景技术
在国内外临床注射过程中，输注泵是一种通过一个或多个单一动作的注射器或类似容器来控制注入患者体内液体流量的设备。不管是推动注射器推块，还是挤压输液管路的方法，其实质均为步进电机驱动系统带动推杆或者蠕动动作来达到精确控制液体流量的目的。
目前，输注泵驱动系统大多采用槽型光耦和码盘的结构对驱动状态进行检测。码盘固定在步进电机驱动轴上，码盘上设置有占比不一的透光与不透光区域，步进电机转动带动码盘对槽型光耦的光通路进行切割，从而输出持续时间不同的高低电平信号。通过对光电开关输出的电平信号进行分析，能够得知步进电机的运转状态。这种方法要求码盘转动一个比较大的角度或者完整的一周来确定零点位置，进而检测步进电机正反转状态。现有装置检测时间长，精确度不高，在输注泵使用过程中易对人体造成伤害和痛苦。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种对输注泵驱动方向和精确度进行检测的装置，包括：驱动轴、双码盘、第一槽型光耦和第二槽型光耦；所述驱动轴连接所述输注泵的步进电机的输出端；所述双码盘固定在所述驱动轴上，包括两个完全相同且通过所述驱动轴同轴设置的码盘；每个所述码盘边缘具有沿周向均匀分布的齿状结构，其在轴向投影不重叠；所述驱动轴能够在所述步进电机驱动下，带动所述双码盘同步转动，进而使所述双码盘的所述齿状结构分别对所述第一槽型光耦和所述第二槽型光耦的光通路进行切割后，得到两路不同的高低电平信号；所述两路高低电平信号被分析后得到所述步进电机的运转方向和状态。
所述的装置，每个所述码盘的齿状结构包括：齿状遮光区域和凹槽透光区域。
所述的装置，每个所述码盘包括12个所述齿状结构。
所述的装置，所述双码盘中两个所述码盘垂直于所述轴向方向的角度差为每个码盘单个齿状结构所占圆心角的一半。
所述装置完成检测所需的最小转动角度与所述双码盘轴向方向的角度差相同。
所述装置包括两个定时器模块，分别用来获得所述步进电机脉冲信号。
所述装置包括报警部件，该部件用于在所述装置检测到所述步进电机的异常状况时，发出声光警报。
一种对输注泵进行检测的方法，该方法应用在之前所述的输注泵检测装置，所述方法包括如下步骤：
注射开始前，设置所述步进电机驱动参数和所述双码盘齿数计算的常量最大允许值；
注射开始后，当所述双码盘上的齿状遮光区域通过槽型光耦时，检测电路输出高电平信号，当所述双码盘上的凹槽透光区域通过槽型光耦时，检测电路输出低电平信号；
所述定时器对所述步进电机控制脉冲进行计数，并且在所述定时器中断中对脉冲计数值进行判断；
通过对所述电平信号和脉冲计数值进行分析和比较，判断所述步进电机的转动方向和/或是否失步，确定步进电机的运行状态；
若检测出运行状态异常，则装置停止动作。
所述步进电机控制脉冲计数值大于所述双码盘齿数计算的常量最大允许值，则所述步进电机失步，所述装置停止运行；所述常量最大允许值的计算公式：步进电机转动角度/步进电机步距角度*装置设置的细分数所得的数值。
所述的方法，对所述两路电平信号进行分析，判断所述步进电机的转动方向，若步进电机反转，则装置停止动作。
从上面所述，本发明提供的是一种快速对输注泵驱动方向和精确度进行检测的装置和方法，通过双码盘的设置，加快了检测的速度，增加了检测的精准度，在码盘转动比较小的角度，短时间内，对步进电机正反转状态进行快速检测，避免输注泵在使用过程中对人体造成伤害。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明装置整体结构侧面示意图；
图2为本发明双码盘结构正面示意图；
图3为本发明双码盘结构示意图；
图4为本发明双码盘结构侧面示意图；
图5为本发明实施例步进电机在正转和反转时，A相和B相的波形示意图。
图6为本发明实施例流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
本发明装置整体结构如图1所示，包括步进电机1、驱动轴2、双码盘3、第一槽型光耦4和第二槽型光耦5组成。所述双码盘固定在步进电机驱动轴上，包括两个完全相同的码盘，每个码盘边缘具有均匀的齿状结构，其在轴向投影不重叠；根据实际需要码盘周向均匀分布成对出现的齿状遮光区域和凹槽透光区域，分布数量根据检测快速性和和槽型光耦的光缝宽度需要进行增减。步进电机转动从而带动双码盘同步转动，当双码盘上的齿状遮光区域通过槽型光耦时，检测电路输出高电平信号，当凹槽透光区域通过槽型光耦时，检测电路输出低电平信号，因此能得到两路占空比为50％的方波信号。因为两个槽型光耦水平排列，两个码盘的各个遮光齿和透光凹陷角度均相同，并且两个码盘相差角度刚好为单个遮光齿的一半，所以检测到的两路方波信号相位相差90°。假设其中一路通过第一槽型光耦得到A相输出信号，另外一路通过第二槽型光耦得到B相输出信号，如图5所示为步进电机在正转和反转时，A相输出信号和B相输出信号的波形图。通过分析所述两路电平信号得到步进电机的运转状态。
步进电机转动一周，能产生周期数为12的方波，因此每个周期步进电机转动角度为360°/12＝30°。在一个周期中，在A相和B相分别能检测到4次跳变沿，在每次跳变沿信号发生时通过判断另一相方波信号此时的高低电平状态得知此时步进电机为正转或反转。所以，判断步进电机正反转所需转动的角度为30°/4＝7.5°。即在步进电机转动7.5°的时间，检测出步进电机的转动方向，缩短了检测时间。所述装置步进电机可测最小转动角度与双码盘的轴向差相同。
设置微控制器的定时器捕捉输入模块捕捉A相和B相的跳变沿，在不同跳变沿中断中另外一相的高低电平与步进电机正反转状态如表1所示。实施实例中：假设首先捕捉到A相上升沿，此时查询B相信号如果处于高电平，则步进电机为反转状态；此时查询B相信号如果处于低电平，则步进电机为正转状态。实际中，在步进电机开始运动后，首先检测到的可能是A相高电平、A相低电平、B相高电平、B相低电平四种中的任意一个有效边沿事件。包括这种双码盘结构输出的A、B相输出信号波形图分析得到下表1步进电机转向信号表，通过查询有效边沿事件到来时另一相的电平高低状态就能判断步进电机正反转。
表1
另外，为了对驱动系统运行精确度进行监测，同样利用所述装置实现在较小的转动角度范围内对步进电机是否丢步进行判断。具体实现是，设置微控制器的定时器模块对步进电机控制脉冲进行计数PulseCnt，并且在该定时器中断中对脉冲计数值进行判断，如果脉冲计数值大于A相和B相相邻跳变沿时间间隔允许的最大计数值，则认为步进电机失步，停止运行并且发出声光报警。另外设置定时器捕捉输入模块捕捉A相和B相的输出信号，在跳变沿中对步进电机脉冲计数变量进行清零。在本发明中，步进电机步距角度为1.8°，细分数为256细分，并且每产生一个跳变沿事件，步进电机转动角度为7.5°，所以相邻跳变沿事件间隔中步进电机控制脉冲数最大允许值(PluseMax)为7.5°/1.8°*256≈1067，如果PulseCnt>PluseMax，则检测到步进电机失步，停止步进电机运行并发出声光报警。
对于步进电机运转精确度的快速检测的方法，如图6流程图所示，在启动注射操作之前，系统会设置两个变量PluseCnt和PluseMax，PluseCnt用于对单片机输出的步进电机控制脉冲进行计数，PluseMax是根据步进电机驱动参数和码盘齿数计算的常量，该常量最大允许值为公式：步进电机转动角度/步进电机步距角度*装置设置的细分数所得的数值。在本发明实例中，步进电机步距角为1.8°，细分数为256细分，并且每产生一个有效跳变沿，步进电机转动角度为7.5°，所以PluseMax为7.5°/1.8°*256≈1067。另外，配置两个定时器分别用来捕捉步进电机脉冲信号和两个槽形光耦输出的A、B相波形的有效跳变沿。当在A相或者B相捕捉到有效跳变沿信号时，对脉冲计数值PluseCnt清零，代表一个检测周期的开始，在这个检测周期内，每捕捉到一个步进电机脉冲信号则对脉冲计数值加1，同时判断此时的脉冲计数值是否超过了该检测周期内最大脉冲数限定值。如果是，检测到步进电机失步，停止步进电机运行并发出声光报警。直到下一个A、B相有效跳变沿被检测到，重新进入下一轮检测周期。
本发明装置，结构简单，安装方便快捷，检测快速，精准度高。检测方法简便快速，报警明显。避免对病人的伤害。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也进行组合，步骤以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明难以理解，在所提供的附图中示出或不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，以框图的形式示出装置，以便避免使本发明难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))使用所讨论的实施例。
本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种对输注泵驱动方向和精确度进行检测的装置，其特征在于，包括：驱动轴、双码盘、第一槽型光耦和第二槽型光耦；所述驱动轴连接所述输注泵的步进电机的输出端；所述双码盘固定在所述驱动轴上，包括两个完全相同且通过所述驱动轴同轴设置的码盘；每个所述码盘边缘具有沿周向均匀分布的齿状结构，其在轴向投影不重叠；所述驱动轴能够在所述步进电机驱动下，带动所述双码盘同步转动，进而使所述双码盘的所述齿状结构分别对所述第一槽型光耦和所述第二槽型光耦的光通路进行切割后，得到两路不同的高低电平信号；所述两路高低电平信号被分析后得到所述步进电机的运转方向和状态。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个所述码盘的齿状结构包括：齿状遮光区域和凹槽透光区域。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个所述码盘包括12个所述齿状结构。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的装置，其特征在于，所述双码盘中两个所述码盘垂直于所述轴向方向的角度差为每个码盘单个齿状结构所占圆心角的一半。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置完成检测所需的最小转动角度与所述双码盘轴向方向的角度差相同。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括两个定时器模块，分别用来对所述步进电机脉冲信号计数和捕获两路槽形光耦输出信号的跳变沿事件。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括报警部件，该部件用于在所述装置检测到所述步进电机的异常状况时，发出声光警报。
8.一种对输注泵进行检测的方法，其特征在于，该方法应用在权利要求1～7所述的输注泵检测装置，所述方法包括如下步骤：
注射开始前，设置所述步进电机驱动参数和所述双码盘齿数计算的常量最大允许值；
注射开始后，当所述双码盘上的齿状遮光区域通过槽型光耦时，检测电路输出高电平信号，当所述双码盘上的凹槽透光区域通过槽型光耦时，检测电路输出低电平信号；
所述定时器对所述步进电机控制脉冲进行计数，并且在所述定时器中断中对脉冲计数值进行判断；所述另一定时器用来捕获所述两路槽形光耦输出信号的有效跳变沿事件。
通过对所述电平信号和脉冲计数值进行分析和比较，判断所述步进电机的转动方向和/或是否失步，确定步进电机的运行状态；
若检测出运行状态异常，则装置停止动作。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步进电机控制脉冲计数值大于所述双码盘齿数计算的常量最大允许值，则所述步进电机失步，所述装置停止运行；所述常量最大允许值的计算公式：步进电机转动角度/步进电机步距角度*装置设置的细分数所得的数值。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，对所述两路电平信号进行分析，判断所述步进电机的转动方向，若步进电机反转，则装置停止动作。
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