CN117348463A - 一种控制系统架构以及电子设备 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种控制系统架构以及电子设备，该控制系统架构包括：控制单元，被配置为基于待实现的预设控制功能输出相应的第一控制信号；第一保护单元，被配置为在控制单元故障的情况下，中断控制单元的输出，并基于待实现的预设控制功能输出相应的第二控制信号；第二保护单元，被配置为在控制单元和第一保护单元均故障的情况下，中断控制单元和第一保护单元的输出。本公开通过控制单元配合两个保护单元的设计，提升了控制系统架构的稳定性，使其在发生故障的情况下可以及时实现输出中断，避免安全问题产生；并且基于双重保护单元的设置，在符合系统安全功能的要求下，无需进行自检，使系统在供电后可以更快的进入工作状态，提升用户的使用体验。

Description

一种控制系统架构以及电子设备

技术领域

本公开涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种控制系统架构以及电子设备。

背景技术

现有的射频理疗仪、电阻电容能量转换仪、筋膜刀理疗仪的控制器架构是CW架构或CP架构；其中，CW架构即为控制系统(control system)结合看门狗(watchdog)的架构，当CW架构中出现故障时，无论故障出现在控制系统还是看门狗，设备都无法继续使用；CP结构则为控制系统(control system)结合保护系统(protection system)的架构，当CP架构中的故障出现在控制系统时，设备无法继续使用，若故障发生在保护系统时，设备可以继续运行，但此时若控制系统进一步出现故障，由于保护系统失效，控制系统可能会出现异常的输出情况，导致设备容易出现大功率输出，影响使用者安全。

发明内容

本公开实施例的目的在于提供一种控制系统架构以及电子设备，用以解决现有技术中控制系统架构容易出现系统不安全的问题。

本公开的实施例采用如下技术方案：一种控制系统架构，至少包括：控制单元，所述控制单元被配置为基于待实现的预设控制功能输出相应的第一控制信号；第一保护单元，所述第一保护单元被配置为在所述控制单元故障的情况下，中断所述控制单元的输出，并基于待实现的预设控制功能输出相应的第二控制信号；第二保护单元，所述第二保护单元被配置为在所述控制单元和所述第一保护单元均故障的情况下，中断所述控制单元和所述第一保护单元的输出。

在一些实施例中，所述第一保护单元至少包括：第一检测子单元，所述第一检测子单元被配置为检测所述控制单元所输出的第一控制信号的信号值是否处于第一预设范围内；第一功能子单元，所述第一功能子单元被配置为在所述第一控制信号的信号值未处于所述第一预设范围内的情况下，中断所述控制单元的输出，并基于待实现的预设控制功能输出相应的第二控制信号。

在一些实施例中，所述第二保护单元至少包括：第二检测子单元，所述第二检测子单元被配置为检测所述控制单元所输出的第一控制信号的信号值是否处于第一预设范围内，并且检测所述第一保护单元是否处于故障状态；第二功能子单元，所述第二功能子单元被配置为在所述第一控制信号的信号值未处于所述第一预设范围内并且所述第一保护单元处于故障状态的情况下，中断所述控制单元和所述第一功能子单元的输出。

在一些实施例中，所述第一功能子单元被配置为通过以下方式的任意一种中断所述控制单元的输出：向所述控制单元发送停止工作的指令；断开所述控制单元的电源输入；断开所述控制单元所输出的所述第一控制信号向后传递的路径。

在一些实施例中，所述第一功能子单元至少包括第一输出端口和第二输出端口，其中，所述第一输出端口被配置为输出脉冲信号，所述第二输出端口被配置为输出所述第二控制信号；所述第二检测子单元与所述控制单元的输出端、所述第一输出端口和所述第二输出端口同时连接，所述第二检测子单元具体被配置为在检测到以下任意一种情况时，确定所述第一保护单元处于故障状态：所述第二控制信号的信号值未处于第二预设范围内；所述脉冲信号的有效电平值未处于第三预设范围内；所述脉冲信号的有效电平占空比未处于第四预设范围内。

在一些实施例中，所述第二功能子单元还被配置为统计预设周期内所述控制单元和所述第一保护单元同时故障的次数，并且在所述次数超过阈值时发出告警信息。

在一些实施例中，所述控制单元、所述第一功能子单元和所述第二功能子单元均通过单片机实现。

在一些实施例中，还包括：外围检测电路，所述外围检测电路与所述控制单元和所述第一保护单元通信连接。

在一些实施例中，所述外围检测电路至少包括以下任意一种或多种：探头识别的外围输入电路、阻抗检测的外围输入电路、DA输出控制电路、控制波形发生器电路、控制人机交互界面电路。

本公开实施例还提供了一种电子设备，至少包括如上述的控制系统架构。

本公开实施例的有益效果在于：通过控制单元配合两个保护单元的设计，提升了控制系统架构的稳定性，使其在发生故障的情况下可以及时实现输出中断，避免安全问题产生；并且基于双重保护单元的设置，在符合系统安全功能的要求下，可以无需进行自检，使系统在供电后可以更快的进入工作状态，提升用户的使用体验。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书一个或多个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说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开第一实施例中控制系统架构的示意图；

图2为本公开第一实施例中人机界面示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书一个或多个实施例中的技术方案，下面将结合本说明书一个或多个实施例中的附图，对本说明书一个或多个实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书一个或多个实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本文件的保护范围。

现有的射频理疗仪、电阻电容能量转换仪、筋膜刀理疗仪的控制器架构是CW架构或CP架构；其中，CW架构即为控制系统(control system)结合看门狗(watchdog)的架构，当CW架构中出现故障时，无论故障出现在控制系统还是看门狗，设备都无法继续使用；CP结构则为控制系统(control system)结合保护系统(protection system)的架构，当CP架构中的故障出现在控制系统时，设备无法继续使用，若故障发生在保护系统时，设备可以继续运行，但此时若控制系统进一步出现故障，由于保护系统失效，控制系统可能会出现异常的输出情况，导致设备容易出现大功率输出，影响使用者安全。

为了解决上述问题，本公开第一实施例提供了一种控制系统架构，本实施例所公开的控制系统架构主要是应用在例如射频理疗仪、电阻电容能量转换仪、筋膜刀理疗仪等医疗器械设备中的，通过控制系统架构，配合波形发生器以及探头、显示屏幕等外围设备，结合用户所选择的不同工作模式，实现不同功率的射频能量输出，实现美容、理疗的效果。

本实施例的控制系统架构的示意图如图1所示，至少包括控制单元10、第一保护单元20以及第二保护单元30，因此本实施例的控制系统架构也可称为CPP架构，即具有两个保护单元的架构。其中，控制单元10被配置为基于待实现的预设控制功能输出相应的第一控制信号，预设控制功能即为设备可以实现的一种或几种功能，控制单元10可根据用户的选择或预先的设置输出预设控制功能对应的第一控制信号，并通过第一控制信号驱动后续的波形发生器、理疗探头等实现设备的理疗功效；第一保护单元20被配置为在控制单元10出现故障的情况下，中断控制单元10的输出，并替代控制单元10功能，基于预设控制功能输出第二控制信号，以驱动后续的波形发生器、理疗探头等实现设备的理疗功效；第二保护单元30则被配置为在控制单元10和第一保护单元20均出现故障的情况下，中断控制单元10和第一保护单元20的输出，使设备整体处于中断工作的状态。

本实施例通过控制单元10配合两个保护单元的设计，在控制单元10正常工作时，两个保护单元进行控制单元10的监测，在其出现故障时由第一保护单元20替代其控制功能，提升设备整体对故障的包容程度；并且在控制单元10和第一保护单元20均处于故障状态时由第二保护单元30进行所有输出的中断，避免出现第一次故障导致第一保护单元20失效的过程中，进一步出现第二次故障导致控制单元10异常，但又由于第一保护单元20没有起到监控保护作用，导致设备输出异常影响用户正常使用的问题出现。与此同时，基于双重保护单元的设置，在符合系统安全功能的要求下，控制单元可以无需进行自检，使设备在供电后可以更快的进入工作状态，提升用户的使用体验。

在实际实现时，控制系统框架中还可以包括设备实现其功能的相关外围检测电路(图中未示出)，该外围检测电路至少可以包括以下任意一种或多种，探头识别的外围输入电路、阻抗检测的外围输入电路、DA输出控制电路、控制波形发生器电路、控制人机交互界面电路等，上述外围检测电路与控制单元10和第一保护单元20之间均可以实现通信连接，例如可以识别外围设备的接入情况、接收用户在人机交互界面上工作模式的点选情况、根据点选情况通过第一控制信号或第二控制信号驱动波形发生和功率输出等。

具体地，控制单元10在实际实现时可以通过单片机进行实现，例如选择型号为STM32F407的单片机，上述外围检测电路通过串口与输出或输入与单片机的各个端口进行连接，对应于设备不同的工作模式其变量地址也不同，单片机则基于不同的变量地址输出实现相应用作模式的预设控制功能的第一控制信号，以驱动后续波形生成器或其他输出设备等。

在一些实施例中，设备的人机界面如图2所示，用户可以通过按键或者点触的方式在界面中选择工作模式，例如电阻模式深层、电阻模式浅层、电容模式深层、电容模式浅层、多极模式、自动模式、动态频率、脉冲模式等，同时还可以调节治疗时间和治疗强度，在启动后，控制单元10或第一保护单元20还可以检测电阻探头、电容探头、负极板探头、多极探头是否插上，如果没有插上，蜂鸣器长鸣1秒，界面提示探头没插上，设备不启动。进一步如图1所示，波形发生器40基于第一控制信号或第二控制信号生成相应的波形输出，波形发生器40之后还可连接探头等设备，图1中未进行进一步表示。

在一些实施例中，第一保护单元20至少包括第一检测子单元和第一功能子单元，其中，第一检测子单元被配置为检测控制单元10输出的第一控制信号的信号值是否处于第一预设范围内，本实施例中的第一控制信号可以为电压信号或者电流信号，则信号值则为其对应的电压值或电流值，根据用户所选择的工作模式以及控制单元10所使用的单片机型号等，在控制单元10处于正常工作状态时，其输出的第一控制信号的信号值位于第一预设范围内；当第一检测子单元检测到控制单元10所输出的信号值未处于第一预设范围的情况下，则可认定控制单元10处于故障或者失效状态，此时第一保护单元20的第一功能子单元中断控制单元10的输出，并接替控制单元10实现其对应用能，基于待实现的预设控制功能输出相应的第二控制信号，即第二控制信号也可以为电压信号或者电流信号。

进一步地，第一功能子单元被配置为通过以下几种方式中的任意一种中断控制单元10的输出，例如，第一功能子单元可以向控制单元10发送中断指令，由控制单元10主动中断其输出；在控制单元10完全处于死机无法执行指令的情况下，第一功能子单元还可以直接断开控制单元10的电源输入，或者断开控制单元10所输出的第一控制单元向后传递的路径，例如通过物理开关断开控制单元10和波形发生器40之间的通信连接等，避免控制单元10输出异常的控制信号导致设备影响用户使用安全的情况发生。

相应地，第二保护单元30至少包括第二检测子单元和第二功能子单元，其中，第二检测子单元被配置为检测控制单元10输出的第一控制信号的信号值是否处于第一预设范围内，并同时检测第一保护单元20是否处于故障状态；第二功能子单元则被配置为在第一控制信号的信号值未处于第一预设范围内并且第一保护单元20处于故障状态的情况下，中断控制单元10和第一功能子单元的输出，使整个设备处于完全关断的状态，避免在控制单元10或第一功能子单元故障的状态下输出异常，影响用户安全；尤其是在第一保护单元20处于故障状态无法替代控制单元10实现其正常功能时，控制单元10进一步异常的情况下，可以有效并且及时的中断控制单元10的输出。

具体地，第一功能子单元至少包括第一输出端口和第二输出端口，其中，第一输出端口被配置为输出脉冲信号，该脉冲信号可以为PWM信号(脉冲宽度调制信号)，用于表征第一功能子单元的工作状态等，第二输出端口则被配置为输出第二控制信号；第二保护单元30的第二检测单元则同时与控制单元10的输出端、第一保护单元20的第一输出端和第二输出端同时连接，实时检测上述三个端口输出的信号情况。进一步地，第二检测单元可直接获取第一控制信号，并判断其信号值是否处于第一预设范围内；第二检测子单元具体被配置为在检测到以下任意一种情况时，确定第一保护单元处于故障状态：第二控制信号的信号值未处于第二预设范围内、脉冲信号的有效电平值未处于第三预设范围内、脉冲信号的有效电平占空比未处于第四预设范围内。

需要注意的是，第二功能子单元中断控制单元10或者第一保护单元20的具体方式可以与第一功能子单元中断控制单元10的方式相同，即通过关断电源、关断后续信号传递路径或者发送中断指令等方式实现，本实施例在此不进行重复赘述。在实际实现时，第一功能子单元和第二功能子单元均可以通过单片机实现，其对应的型号可以与控制单元10所使用的型号相同，也可选用其他型号或方式进行实现，另外第一检测子单元和第二检测子单元可以选用常用的信号检测单元或者检测电路，只要能实现本实施例所公开的功能即可，本实施例不进行具体限制。

对应于控制单元10或第一保护单元20出现故障的情况，其通常是由于单片机死机或者程序执行错误等原因造成，一般在重新上电后即可恢复，但当存在硬件自身问题时，即便是重新上电可能也无法恢复，此时需要人工进行设备的检修。对应于上述情况，在一些实施例中第二功能子单元还可以被配置为具有统计功能，即统计预设周期内控制单元和第一保护单元同时故障的次数，在该次数超过阈值时，发出告警信息，该告警信息可以为声音报警或者在人机交互界面上进行图形或文字告警，以提示用户进行检修。例如，预设周期可以设置为控制单元和第一保护单元第一次发生同时故障起的30分钟内，在这30分钟内，若控制单元和第一保护单元反复发生同时故障的情况超过3次，则第二保护单元发送告警信息。

本公开实施例通过控制单元配合两个保护单元的设计，提升了控制系统架构的稳定性，使其在发生故障的情况下可以及时实现输出中断，避免安全问题产生；并且基于双重保护单元的设置，在符合系统安全功能的要求下，可以无需进行自检，使系统在供电后可以更快的进入工作状态，提升用户的使用体验。

基于相同的发明构思，本公开的第二实施例提供了一种电子设备，该设备至少应当包括本公开第一实施例所提供的控制系统架构，例如该电子设备具体可以为射频理疗仪、电阻电容能量转换仪、筋膜刀理疗仪等医疗器械设备。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种控制系统架构，其特征在于，至少包括：

控制单元，所述控制单元被配置为基于待实现的预设控制功能输出相应的第一控制信号；

第一保护单元，所述第一保护单元被配置为在所述控制单元故障的情况下，中断所述控制单元的输出，并基于待实现的预设控制功能输出相应的第二控制信号；

第二保护单元，所述第二保护单元被配置为在所述控制单元和所述第一保护单元均故障的情况下，中断所述控制单元和所述第一保护单元的输出。

2.根据权利要求1所述的控制系统架构，其特征在于，所述第一保护单元至少包括：

第一检测子单元，所述第一检测子单元被配置为检测所述控制单元所输出的第一控制信号的信号值是否处于第一预设范围内；

第一功能子单元，所述第一功能子单元被配置为在所述第一控制信号的信号值未处于所述第一预设范围内的情况下，中断所述控制单元的输出，并基于待实现的预设控制功能输出相应的第二控制信号。

3.根据权利要求2所述的控制系统架构，其特征在于，所述第二保护单元至少包括：

第二检测子单元，所述第二检测子单元被配置为检测所述控制单元所输出的第一控制信号的信号值是否处于第一预设范围内，并且检测所述第一保护单元是否处于故障状态；

第二功能子单元，所述第二功能子单元被配置为在所述第一控制信号的信号值未处于所述第一预设范围内并且所述第一保护单元处于故障状态的情况下，中断所述控制单元和所述第一功能子单元的输出。

4.根据权利要求2所述的控制系统架构，其特征在于，所述第一功能子单元被配置为通过以下方式的任意一种中断所述控制单元的输出：

向所述控制单元发送停止工作的指令；

断开所述控制单元的电源输入；

断开所述控制单元所输出的所述第一控制信号向后传递的路径。

5.根据权利要求3所述的控制系统架构，其特征在于，所述第一功能子单元至少包括第一输出端口和第二输出端口，其中，所述第一输出端口被配置为输出脉冲信号，所述第二输出端口被配置为输出所述第二控制信号；

所述第二检测子单元与所述控制单元的输出端、所述第一输出端口和所述第二输出端口同时连接，所述第二检测子单元具体被配置为在检测到以下任意一种情况时，确定所述第一保护单元处于故障状态：

所述第二控制信号的信号值未处于第二预设范围内；

所述脉冲信号的有效电平值未处于第三预设范围内；

所述脉冲信号的有效电平占空比未处于第四预设范围内。

6.根据权利要求3所述的控制系统架构，其特征在于，所述第二功能子单元还被配置为统计预设周期内所述控制单元和所述第一保护单元同时故障的次数，并且在所述次数超过阈值时发出告警信息。

7.根据权利要求3所述的控制系统架构，其特征在于，所述控制单元、所述第一功能子单元和所述第二功能子单元均通过单片机实现。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的控制系统架构，其特征在于，还包括：

外围检测电路，所述外围检测电路与所述控制单元和所述第一保护单元通信连接。

9.根据权利要求8所述的控制系统架构，其特征在于，所述外围检测电路至少包括以下任意一种或多种：

探头识别的外围输入电路、阻抗检测的外围输入电路、DA输出控制电路、控制波形发生器电路、控制人机交互界面电路。

10.一种电子设备，其特征在于，至少包括如权利要求1至9中任一项所述的控制系统架构。