CN114371647B - 一种带id识别的手术器械按键系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带ID识别的手术器械按键系统，包括主机驱动模块、带ID识别的按键模块和主控芯片；带ID识别的按键模块包括按键以及ID存储模块，用于产生按键信号与存储手术器械按键的ID；主机驱动模块与带ID识别的按键模块通过两根信号线连接；主机驱动模块包括恒流源电路以及模拟开关电路，用于给带ID识别的按键模块分时提供不同的参考电流，驱动按键产生电压；主控芯片用于控制主机驱动模块的模拟开关电路和与带ID识别的按键模块进行通信，并接收按键信息。本发明在能实现按键识别的前提下还具有ID识别功能，使主机能够识别连接的手术器械是否匹配与是否连接正确。

Description

一种带ID识别的手术器械按键系统

技术领域

本发明属于电子电路技术领域，具体涉及一种带ID识别的手术器械按键系统。

背景技术

随着医疗技术的不断进步，手术器械也在不断地改进，出现了钢刀、电刀、超声刀、激光刀、射频刀等。其中，手术器械部分通常需要按键来长距离控制主机，从而改变手术器械的工作状态，工作原理为在手术器械里配备按键电路，通过连接线连接至主机，主机实时对按键信息进行识别，从而执行对应的操作。

随着医疗水平的日渐提高，手术的可靠性与安全性越来越受到关注。通常主机只对按键是否按下进行识别，但并不对手术器械是否匹配，手术器械的连接是否正确进行判断。

目前，只有少数外国手术器械具有按键ID识别功能，且设计复杂，成本相对较高。大多数仍然采用低成本的无ID识别的手术器械，这可能会导致因为连接不匹配的手术器械或未将手术器械连接正确而引起的设备不能正常工作或工作异常，影响手术效果，甚至对病患造成伤害。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出一种带ID识别的手术器械按键系统，在能实现按键识别的前提下还具有ID识别功能，使主机能够识别连接的手术器械是否匹配与是否连接正确。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种带ID识别的手术器械按键系统，包括主机驱动模块、带ID识别的按键模块以及主控芯片；

带ID识别的按键模块包括按键以及ID存储模块，用于产生按键信号与存储手术器械按键的ID；

主机驱动模块与带ID识别的按键模块通过两根信号线连接，其中一根为信号线，接收按键电信号与传输ID存储模块的信息，另一根为带ID识别的按键模块提供信号；

主控芯片与主机驱动模块进行连接；

主机驱动模块包括恒流源电路以及模拟开关电路，用于给带ID识别的按键模块分时提供不同的参考电流，驱动按键产生电压，并为ID存储模块提供电源与稳定的电信号；

工作时，主控芯片控制主机驱动模块使带ID识别的按键模块产生不同的按键值，并在不同的时间段对带ID识别的按键模块的按键值与按键ID进行识别，同时判断手术器械是否主机匹配以及是否与主机正确连接。

进一步的，主控芯片为主机驱动电路提供按键串口通信数据、模拟开关电路切换控制信号和接收按键值。

进一步的，模拟开关电路与恒流源电路进行连接，模拟开关电路周期性切换开关，控制恒流源的输出电流极性。

进一步的，主机驱动模块还包括连接线接口、按键检测接口、串口接口、+2.5V与-2.5V参考电压接口以及模拟开关控制接口；其中连接线接口为两个信号口，与带ID识别的按键模块进行通信；

按键检测接口、串口接口以及+2.5V与-2.5V参考电压接口为主机驱动电路的控制与检测接口。

进一步的，带ID识别的按键模块还包括二极管电路以及连接线接口；

带ID识别的按键模块中，按键由两个按键组成，即按键一与按键二，两个按键分别配有不同阻值大小的电阻；

ID存储模块用于存储手术器械的相关信息；

二极管电路包括两个二极管，用于控制正、负极电流的流向；

连接线接口与主机驱动电路进行连接，用于信息交换。

进一步的，按键和ID存储模块通过二极管电路进行连接，通过接收到的不同极性的电流信号进行不同的按键值输，并在设定时刻接收正极电流信号时，与主控芯片进行串口通信。

进一步的，主控芯片的控制流程具体为：

系统开机时，主控芯片控制模拟开关电路切换好+2.5V参考电压的端口，并保持一段时间，这段时间内主控芯片通过串口对带ID识别的按键模块的ID存储模块进行数据读取，读取成功后模拟开关电路以5ms周期进行切换，即恒流源电路输出电流极性周期性切换，此时按键检测接口读取电压值，通过模拟开关电路的开关状态与按键检测接口状态进行判断，对按键进行识别；

每隔10s对ID存储模块进行信息读取，判断手术器械是否存在或是否更换。

进一步的，主机驱动模块的控制流程具体为：

模拟开关电路接收主控芯片的控制信号，为恒流源电路提供参考电压+2.5V和-2.5V，并将主控芯片的串口接口与按键检测接口合并连接到信号线上。

进一步的，带ID识别的按键模块的控制流程具体为：

系统开机时，主控芯片通过控制主机驱动模块传输正电流信号，并串口通信信号，通过二极管电路与ID存储模块进行通信，读取数据；

读取完毕后，主机驱动模块周期性切换恒流源极性；

当为正电流时，电流流向按键二与其配有的电阻，当该按键按下时，电流通过电阻并产生一定电压，此电压信号从按键检测接口输出；

当为负电流时，电流流向按键一与其配有的电阻，当该按键按下时，电流通过电阻并产生一定电压，此电压信号从按键检测接口输出；

每隔10s通过主机驱动模块对ID存储模块进行信息读取，以判断手术器械是否存在或是否更换。

进一步的，手术器械按键系统的具体工作流程为：

系统开机时，令模拟开关电路连接+2.5V参考电压的端口，并通过串口接口读取ID存储模块，判断ID存储模块是否存在；

如果存在则进一步读取ID的表示数据，并让主机判断此手术器械是否与主机匹配；

若手术器械匹配，则模拟开关模块每5ms切换一次，并实时对按键检测接口进行读取，结合模拟开关电路的状态判断按键的状态；

若-2.5V参考电压的端口导通且按键检测接口小于3.3V，则按键一按下；

若+2.5V参考电压的端口导通且按键检测接口小于3.3V，则按键二按下；

每隔10s切换到模拟开关电路的开关状态，并进行串口通信，读取ID存储模块信息，周期性判断此手术器械是否与主机匹配；

若ID存储模块未检测到或识别到手术器械不匹配，则报告设备异常，停止程序。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明使医疗设备在可远距离读取按键情况下，还可自动检测其按键是否匹配与是否连接正常，提高系统的安全性，同时其按键检测线与通信线采用同一根信号线进行传输，提高了传输线的利用率，降低了成本。

附图说明

图1是本发明系统的结构示意图；

图2是本发明系统恒流源电路的电路图；

图3是本发明系统工作的流程图；

附图标号说明：1-模拟开关电路；2-恒流源电路；3-连接线接口；4-按键；5-ID存储模块；6-二极管电路；7-主控芯片。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本发明，一种带ID识别的手术器械按键系统，包括主控芯片7、主机驱动模块以及带ID识别的按键模块；主控芯片与主机驱动模块连接，主机驱动模块与带ID识别的按键模块通过连接线连接。

主控芯片如图1所示，用于主机驱动模块提供控制信号、串口通信信号与识别按键值。

主机驱动模块如图1所示，由模拟开关电路1、恒流源电路2、连接线接口3、按键检测接口V_key、串口接口、+2.5V与-2.5V参考电压接口、模拟开关控制接口组成，用于驱动带ID识别的按键模块的按键电路与和ID存储模块进行通信。

模拟开关电路1，通过与模拟开关控制接口SW连接，接收控制信号，周期性切换恒流源的参考电平，使连接+2.5V或-2.5V；同时，在要读取手术器械按键ID时，将开关始终保持在SW2，使恒流源保持在正电流，达到串口通信与二极管流向的要求。

恒流源电路2，采用常用的运放电路构成的恒流源发生电路，具体电路如图2所示，恒流源电路需要一个确定输出电流大小的基准电源Vref和采样电阻RS，在采样电阻两端的电位进行比较运算并控制采样输出保证采样电阻上电压保持恒定，输出电流I＝Vref/RS，从而保证输出电流的恒定。通过控制模拟开关电路1改变恒流源的参考输入电压Vref，改变恒流源的输出电流的极性，用于改变读取按键ID的状态与为读取ID存储模块的数据提供电源。

连接线接口，共有两条信号线，SIG信号线与GND信号线，其中SIG信号线结合了按键电压值信号与串口通信信号，通过设置串口与按键检测接口为开漏模式，其通信电压大小由恒流源输出电流I决定。可通过模拟开关电路的切换为串口通信模式或按键值读取模式。

带ID识别的按键模块如图1所示，由按键4、ID存储模块5、二极管电路6和连接线接口组成，用于产生按键信号与存储手术器械按键的ID。

按键和ID存储模块通过二极管电路进行连接，通过接收到的不同极性的电流信号进行不同的按键值输，并在设定时刻接收正极电流信号时，与主控芯片进行串口通信。

其中，按键由电阻R1、电阻R2、按键一以及按键二组成，其中R1、R2的阻值不相同，当按键接收到主机驱动模块传来的电流信号，不同阻值产生不同的电压值，用于区分按下的按键；

ID存储模块，采用1-wire协议，只需一根信号线进行通信。当传输给带ID识别的按键模块的电流信号为+I时，通过与配置为开漏的串口接口进行通信，ID存储模块接收到极性为正的串口通信信号，主控芯片按照协议对ID存储模块进行读写操作。

二极管电路，包括两个二极管，主要控制电流流向，当恒流源输出为正极电流+I时，可读取按键二信号或ID存储模块信息；当恒流源输出为负极电流-I时可读取按键一信号。

主机驱动模块的连接线接口与带ID识别的按键模块的连接线接口通过连接线相连接，为带ID识别的按键模块提供串口通信信号、工作电压与参考电平GND。

本实施例中，主控芯片7的控制流程如下：

系统开机时，首先模拟开关电路切换到SW2端口，保持一段时间，并对ID存储模块5进行数据读取，读取成功后模拟开关电路以5ms周期进行切换，即恒流源输出电流极性周期性切换。此时V_key读取电压值，通过SW状态与V_key状态进行判断，即可对按键进行识别；

每隔10s对ID存储模块进行信息读取，判断手术器械是否存在或是否更换。

本实施例中，主机驱动模块的控制流程如下：

主机驱动模块的按键检测接口、串口与SW接口与主控信号连接，其模拟开关与恒定参考电压+2.5V和-2.5V进行连接。主机驱动模块中的模拟开关接收主控信号的开关控制信号SW，并对参考电压进行切换，为恒流源提供恒定的参考电压。

本实施例中，带ID识别的按键模块的控制流程如下：

开机时，主控芯片控制主机驱动模块传输正电流信号与输出串口通信信号，正向串口信号通过二极管电路与ID存储模块进行通信；

主控芯片通过主机驱动模块对ID存储模块进行读取，读取完毕后，主机驱动模块周期性切换恒流源极性，分别流向不同按键：当为正电流+I时，电流流向R2与按键二，当按键二按下时，电流通过R2并产生一定电压，此电压信号从V_key输出；当为负电流-I时，电流流向R1与按键一，当按键一按下时，电流通过R1并产生一定电压，此电压信号从V_key输出。

每隔10s通过主机驱动模块对ID存储模块进行信息读取，以判断手术器械是否存在或是否更换。

如图3所示，本实施例系统具体的工作流程为：

S1、开机时，主控芯片控制模拟开关SW2导通，并通过串口读取ID存储模块，判断ID存储模块是否存在。

S2、如果主控芯片通过接收到的串口信号判断出ID存储模块存在，则进一步读取ID数据，并让主机判断此手术器械是否与主机匹配。

S3、若手术器械匹配，则模拟开关模块没5ms切换一次，并实时对Vkey进行读取，结合SW的状态判断按键的状态。

S31、若SW1导通且V_key小于3.3V，则按键一按下。

S32、若SW2导通且V_key小于3.3V，则按键二按下。

S4、每隔10s切换到SW2状态，并进行串口通信，读取ID存储器信息，周期性判断此手术器械是否与主机匹配。

S5、若ID存储模块未检测到或识别到手术器械不匹配，则主控芯片报设备异常，停止程序。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种带ID识别的手术器械按键系统，其特征在于，包括主机驱动模块、带ID识别的按键模块以及主控芯片；

带ID识别的按键模块包括按键以及ID存储模块，用于产生按键信号与存储手术器械按键的ID；

主机驱动模块与带ID识别的按键模块通过两根信号线连接，其中一根接收按键电信号与传输ID存储模块的信息，另一根为带ID识别的按键模块提供信号；

主控芯片与主机驱动模块进行连接；

主机驱动模块包括恒流源电路以及模拟开关电路，用于给带ID识别的按键模块分时提供不同的参考电流，驱动按键产生电压，并为ID存储模块提供电源与稳定的电信号；

工作时，主控芯片控制主机驱动模块使带ID识别的按键模块产生不同的按键值，并在不同的时间段对带ID识别的按键模块的按键值与按键ID进行识别，同时判断手术器械是否与主机匹配以及是否与主机正确连接。

2.根据权利要求1所述的一种带ID识别的手术器械按键系统，其特征在于，主控芯片为主机驱动模块提供按键串口通信数据、模拟开关电路切换控制信号和接收按键值。

3.根据权利要求1所述的一种带ID识别的手术器械按键系统，其特征在于，模拟开关电路与恒流源电路进行连接，模拟开关电路根据主控芯片提供的切换控制信号周期性切换开关，控制恒流源的输出电流极性。

4.根据权利要求1所述的一种带ID识别的手术器械按键系统，其特征在于，主机驱动模块还包括连接线接口、按键检测接口、串口接口、+2.5V与-2.5V参考电压接口以及模拟开关控制接口；其中连接线接口为两个信号口，与带ID识别的按键模块进行通信；

按键检测接口、串口接口以及+2.5V与-2.5V参考电压接口为主机驱动模块的控制与检测接口。

5.根据权利要求1所述的一种带ID识别的手术器械按键系统，其特征在于，带ID识别的按键模块还包括二极管电路以及连接线接口；

带ID识别的按键模块中，按键由两个按键组成，即按键一与按键二，两个按键分别配有不同阻值大小的电阻；

ID存储模块用于存储手术器械的相关信息；

二极管电路包括两个二极管，用于控制正、负极电流的流向；

连接线接口与主机驱动模块进行连接，用于信息交换。

6.根据权利要求5所述的一种带ID识别的手术器械按键系统，其特征在于，按键和ID存储模块通过二极管电路进行连接，通过接收到的不同极性的电流信号进行不同的按键值输，并在设定时刻接收正极电流信号时，与主控芯片进行串口通信。

7.根据权利要求5所述的一种带ID识别的手术器械按键系统，其特征在于，主控芯片的控制流程具体为：

系统开机时，主控芯片控制模拟开关电路切换好+2.5V参考电压的端口，并保持一段时间，这段时间内主控芯片通过串口对带ID识别的按键模块的ID存储模块进行数据读取，读取成功后模拟开关电路以5ms周期进行切换，即恒流源电路输出电流极性周期性切换，此时按键检测接口读取电压值，通过模拟开关电路的开关状态与按键检测接口状态进行判断，对按键进行识别；

每隔10s对ID存储模块进行信息读取，判断手术器械是否存在或是否更换。

8.根据权利要求1所述的一种带ID识别的手术器械按键系统，其特征在于，主机驱动模块的控制流程具体为：

模拟开关电路接收主控芯片的控制信号，为恒流源电路提供参考电压+2.5V和-2.5V，并将主控芯片的串口接口与按键检测接口合并连接到信号线上。

9.根据权利要求5所述的一种带ID识别的手术器械按键系统，其特征在于，带ID识别的按键模块的控制流程具体为：

系统开机时，主控芯片通过控制主机驱动模块传输正电流信号，并串口通信信号，通过二极管电路与ID存储模块进行通信，读取数据；

读取完毕后，主机驱动模块周期性切换恒流源极性；

当为正电流时，电流流向按键二与其配有的电阻，当该按键按下时，电流通过电阻并产生一定电压，此电压信号从按键检测接口输出；

当为负电流时，电流流向按键一与其配有的电阻，当该按键按下时，电流通过电阻并产生一定电压，此电压信号从按键检测接口输出；

每隔10s通过主机驱动模块对ID存储模块进行信息读取，以判断手术器械是否存在或是否更换。

10.根据权利要求1-6任一项所述的一种带ID识别的手术器械按键系统，其特征在于，手术器械按键系统的具体工作流程为：

系统开机时，令模拟开关电路连接+2.5V参考电压的端口，并通过串口接口读取ID存储模块，判断ID存储模块是否存在；

如果存在则进一步读取ID的表示数据，并让主机判断此手术器械是否与主机匹配；

若手术器械匹配，则模拟开关模块每5ms切换一次，并实时对按键检测接口进行读取，结合模拟开关电路的状态判断按键的状态；

若-2.5V参考电压的端口导通且按键检测接口小于3.3V，则按键一按下；

若+2.5V参考电压的端口导通且按键检测接口小于3.3V，则按键二按下；

每隔10s切换到模拟开关电路的开关状态，并进行串口通信，读取ID存储模块信息，周期性判断此手术器械是否与主机匹配；

若ID存储模块未检测到或识别到手术器械不匹配，则报告设备异常，停止程序。