CN203953631U - 健康指标检测控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种全自动多参数健康指标检测仪的控制器主板，其包括中央处理器，中央处理器连接有RS232电平转换电路、电机控制电路、袖带限位开关接口、打印机接口、打印机过电流检测电路、过气压保护电路、电机过电流保护电路以及与血氧模块的隔离及通信电平转换电路。本实用新型的优点是：可以连接各参数检测模块，并提供安全保护，使得整体电路工作更加稳定，使用更加安全，测量数据更加准确。

Description

健康指标检测控制器

技术领域

本实用新型涉及一种健康指标检测控制器，具体是一种用于全自动多参数健康指标检测仪的控制器。

背景技术

多参数健康指标检测仪器在健康研究和国民生活中的作用越来越大，其可以快速智能的检测人体各项健康参数。但不论是医用还是家用，安全性一直都是重要的考虑因素。现有的一些检测仪器在保护上采取的措施不充分，导致机器在高频度使用的情况下经常会失灵，对机器甚至对使用者造成伤害。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种全自动多参数健康指标检测仪的控制器，其自动化程度高、结构简单，使用成本低，安全可靠。

按照本实用新型提供的技术方案，所述的健康指标检测控制器包括中央处理器，所述中央处理器连接有RS232电平转换电路、电机控制电路、袖带限位开关接口、打印机接口、打印机过电流检测电路、过气压保护电路、电机过电流保护电路以及与血氧模块的隔离及通信电平转换电路；所述过气压保护电路包括：袖带内的压力传感器的输出信号经第一仪表放大器连接到电压比较器U11A的同相端，电压比较器U11A的反相端连接可调电阻RP2的调节端，可调电阻RP2的两个固定端分别接电源VCC和地，电压比较器U11A的输出端通过电阻R2接开关管Q401的栅极，开关管Q401栅极通过电阻R3接地，开关管Q401漏极接中央处理器的复位信号端，开关管Q401源极接地；所述隔离及通信电平转换电路包括：光电耦合器U505的输入正端经过电阻R506接5V电源，光电耦合器U505的输入负端接血氧模块的信号输出端，光电耦合器U505的一个输出端接3.3V电源，另一个输出端分别经过电阻R505接3.3V电源和经过电阻R504接中央处理器的血氧信号输入端。

其中，所述第一仪表放大器包括：运算放大器U3A同相端和运算放大器U3B同相端为输入端，运算放大器U3A反相端和运算放大器U3B反相端之间接电阻R1，运算放大器U3A反相端和自身输出端之间接电阻R9，运算放大器U3B反相端和自身输出端之间接电阻R10，运算放大器U3A输出端经电阻R13接运算放大器U3D同相端，运算放大器U3D同相端还经电阻R32接2.5V电压并经电阻R14接地，运算放大器U3B输出端经电阻R20接运算放大器U3D反相端，运算放大器U3D反相端和自身输出端之间串接电阻，运算放大器U3D输出端为第一仪表放大器的输出。

所述打印机过电流检测电路包括：打印机的电源控制端连接开关管Q101漏极，开关管Q101栅极接中央处理器的打印机控制信号输出端，并经过电阻R103接地，开关管Q101源极经过电阻R106接地，并经过电阻R107连接电压比较器U103B的反相输入端，电压比较器U103B的同相输入端经过电阻R105接3.3V电源，并经过电阻R104接地，电压比较器U103B的输出端连接电阻R108一端，电阻R108另一端经过电容C105接地并连接到中央处理器的打印机过电流信号输入端。

所述电机过电流保护电路包括：取样电阻R500与电机串联，取样电阻R500的两端连接到第二仪表放大器的两个输入端，第二仪表放大器的输出端连接全波整流电路，全波整流电路的输出端经过电阻R548连接电压比较器U501B的同相端并经过电容C501接地，电压比较器U501B的反相端连接可调电阻RP502的调节端，可调电阻RP502的两个固定端分别接电源VCC和地，电压比较器U501B的输出端连接中央处理器的电机过电流信号输入端。其中，所述第二仪表放大器包括：运算放大器U5A同相端和运算放大器U5B同相端为输入端，运算放大器U5A反相端和运算放大器U5B反相端之间接电阻R501，运算放大器U5A反相端和自身输出端之间接电阻R509，运算放大器U5B反相端和自身输出端之间接电阻R510，运算放大器U5A输出端经电阻R513接运算放大器U5D同相端，运算放大器U5D同相端还经电阻R532接地并经电阻R514接地，运算放大器U5B输出端经电阻R520接运算放大器U5D反相端，运算放大器U5D反相端和自身输出端之间串接电阻，运算放大器U5D输出端为第二仪表放大器的输出。

所述全波整流电路包括：运算放大器U5C反相端经电阻R504接第二仪表放大器的输出，运算放大器U5C同相端经电阻R503接地，运算放大器U5C反相端经二极管D501接自身的输出端并经电阻R502接全波整流电路的输出端，运算放大器U5C的输出端经二极管D502接全波整流电路的输出端，电阻R502、R503、R504的电阻值相等。

本实用新型的优点是：可以连接各参数检测模块，并提供安全保护，使得整体电路工作更加稳定，使用更加安全，测量数据更加准确。

附图说明

图1本实用新型的系统主板电路框图。

图2是RS232电平转换电路原理图。

图3是电机控制电路原理图。

图4是血压袖带限位电路原理图。

图5是打印机过电流检测电路原理图。

图6是过气压保护电路原理图。

图7是主板与血氧检测板的隔离及通信电平转换电路原理图。

图8是电机过电流保护电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型包括中央处理器CPU，中央处理器分别连接有RS232电平转换电路、电机控制电路、袖带限位开关接口、打印机接口、打印机过电流检测电路、过气压保护电路、电机过电流保护电路以及与血氧模块的隔离及通信电平转换电路。其中，电机控制电路和电机过电流保护电路共同构成图中电机驱动电路。中央处理器通过RS232电平转换电路外接IC卡读取装置、血压模块、称重模块等健康指标检测仪器的构件。控制按键接口和稳压电源等公知的输入和供电组件本实施例中不再详述。

如图2所示，CPU（如ARM微控制器STM32F103）与血压模块等通过RS232串口进行通信。U201和U202是RS232电平转换IC（MAX3232），由于CPU的高电平是3.3V，血压模块的高电平是5V，所以U201用3.3V供电，U202用5V供电，这样避免了5V系统与3.3V系统通信时可能出现的信号错误。

如图3所示，电机控制电路采用集成电路U401（TA8050），U401的1脚和2脚接CPU的电机控制信号：1脚低电平并且2脚高电平，电机正转。1脚高电平并且2脚低电平，电机反转。

电机到位后，袖带到位信号为高电平，CPU接到此信号后让电机后退若干秒，然后送出刹车片控制信号（高电平）。

袖带到位信号应作为优先级的中断信号，CPU接到此信号后应立即把电机控制信号变为00，再进行下一步的动作。

如图4所示，电机拉动袖带前进或后退时，通过限位开关来判断袖带是否移动到导轨的尽头。当袖带前进到达导轨的尽头时，限位开关给出终点限位中断信号（低电平）。当袖带后退到达导轨尽头时，限位开关给出起点限位中断信号（低电平）。

如图5所示，打印机过电流检测电路包括：打印机的电源控制端连接开关管Q101漏极，开关管Q101栅极接中央处理器的打印机控制信号输出端，并经过电阻R103接地，开关管Q101源极经过电阻R106接地，并经过电阻R107连接电压比较器U103B（LM393）的反相输入端，电压比较器U103B的同相输入端经过电阻R105接3.3V电源，并经过电阻R104接地，电压比较器U103B的输出端连接电阻R108一端，电阻R108另一端经过电容C105接地并连接到中央处理器的打印机过电流信号输入端（70脚）。

当需要打印时，CPU（71脚）输出高电平，NMOS开关管Q101导通，打印机电源接通。打印机工作过程中，如果工作电流增大，电阻R106的电压降也会上升，当工作电流超过限定值时，电阻R106上的电压降大于电阻R104的电压降，导致电压比较器的输出翻转。CPU检测到此翻转信号后关闭打印机电源。

如图6所示，过气压保护电路包括：袖带内设有用于过气压保护的压力传感器（如GE Measurement & Control公司NPC1220系列），压力传感器的输出信号经第一仪表放大器连接到电压比较器U11A的同相端，电压比较器U11A的反相端连接可调电阻RP2的调节端，可调电阻RP2的两个固定端分别接电源VCC和地，电压比较器U11A的输出端通过电阻R2接开关管Q401的栅极，开关管Q401栅极通过电阻R3接地，开关管Q401漏极接中央处理器的复位信号端，开关管Q401源极接地。图中U3A，U3B，U3C，U3D型号为MXL1014，U11A型号为LM393。

第一仪表放大器包括：运算放大器U3A同相端和运算放大器U3B同相端为输入端，运算放大器U3A反相端和运算放大器U3B反相端之间接电阻R1，运算放大器U3A反相端和自身输出端之间接电阻R9，运算放大器U3B反相端和自身输出端之间接电阻R10，运算放大器U3A输出端经电阻R13接运算放大器U3D同相端，运算放大器U3D同相端还经电阻R32接2.5V电压并经电阻R14接地，运算放大器U3B输出端经电阻R20接接运算放大器U3D反相端，运算放大器U3D反相端和自身输出端之间串接电阻，运算放大器U3D输出端为第一仪表放大器的输出。

压力传感器与袖带相连。压力传感器的输出信号经U3A，U3B和U3D组成的仪表放大器放大后输入到电压比较器U11A的同相输入端。可调电阻RP2把一个稳定的电压分压后与电压比较器U11A的反相输入端相连，适当调节可调电阻可以得到一个与安全气压相对应的偏置电压。

正常情况下，电压较器U11A的反相输入端的偏置电压比同相输入端的电压高，输出为低电平，NMOS开关管Q401处于截止状态，RESET信号为高电平，系统正常工作。

当袖带的气体压力超过安全压力时，压力传感器的输出经放大后的信号会超过电压比较器反相输入端的偏压值，引起电压比较器的输出翻为高电平。Q401导通，RESET信号变为低电平，系统复位，气泵停止充气，同时排气阀打开排气。

如图7所示，由于血氧板在医疗器械电气安全要求中属于BF应用，所以有必要跟其它模块隔离。图中U505为光电耦合器（PC900V），起隔离作用。主板与血氧板的隔离及通信电平转换电路包括：光电耦合器U505的输入正端（1脚）经过电阻R506接5V电源，光电耦合器U505的输入负端（2脚）接血氧模块的信号输出端，光电耦合器U505的一个输出端（6脚）接3.3V电源，另一个输出端（4脚）分别经过电阻R505接3.3V电源和经过电阻R504接中央处理器的血氧信号输入端。

由于血氧板的电源系统为5V，系统板的电源系统为3.3V，所以在血氧板一侧接5V电源，在系统主板一侧接3.3V电源，这样可以起到电平匹配的作用。

如图8所示，电机过电流保护电路包括：取样电阻R500与电机串联，取样电阻R500的两端连接到第二仪表放大器的两个输入端，第二仪表放大器的输出端连接全波整流电路，全波整流电路的输出端经过电阻R548连接电压比较器U501B的同相端并经过电容C501接地，电压比较器U501B的反相端连接可调电阻RP502的调节端，可调电阻RP502的两个固定端分别接电源VCC和地，电压比较器U501B的输出端连接中央处理器的电机过电流信号输入端。

第二仪表放大器包括：运算放大器U5A同相端和运算放大器U5B同相端为输入端，运算放大器U5A反相端和运算放大器U5B反相端之间接电阻R501，运算放大器U5A反相端和自身输出端之间接电阻R509，运算放大器U5B反相端和自身输出端之间接电阻R510，运算放大器U5A输出端经电阻R513接运算放大器U5D同相端，运算放大器U5D同相端还经电阻R532接地并经电阻R514接地，运算放大器U5B输出端经电阻R520接运算放大器U5D反相端，运算放大器U5D反相端和自身输出端之间串接电阻，运算放大器U5D输出端为第二仪表放大器的输出。

所述全波整流电路包括：运算放大器U5C反相端经电阻R504接第二仪表放大器的输出，运算放大器U5C同相端经电阻R503接地，运算放大器U5C反相端经二极管D501接自身的输出端并经电阻R502接全波整流电路的输出端，运算放大器U5C的输出端经二极管D502接全波整流电路的输出端。

U5A，U5B，U5C，U5D为精密运算放大器MXL1014的4运放，U501为电压比较器LM393。图中R502、R503、R504的电阻值相等。整流电路工作原理：当输入为正电压时，U5C第8脚输出为负，D502截止，输入电压经R502到达输出端。当输入为负电压时，U5C第8脚输出为正，D501截止，D502导通，输入电压经U5C变为正电压后通过D502输出。

取样电阻R500与电机串联（设置在图3接插件J401的2脚和电机负输入端之间），取得的电流信号经由U5A、U5B和U5D组成的仪表放大器放大后送到由U5C的反相端。经整流后送到电压比较器U501B的反相端。可调电阻RP502给电压比较器U501B的同相端提供了一个合适的偏置电压。

当电机正常工作时，流经取样电阻的电流小于电机的额定最大电流，取样电阻取得的信号经放大整流后小于电压比较器U501B同相端的偏置电压，电压比较器输出高电平。

当电机工作电流大于电机的额定最大电流时，取样电阻取得的信号经放大整流后大于电压比较器U501B同相端的偏置电压，电压比较器输出低电平，当CPU检测到电机过电流信号为低电平后关闭电机的电源，从而保护了电机不被损坏。

可见，本实用新型分别通过打印机过电流检测电路、过气压保护电路、电机过电流保护电路以及主板与血氧检测板的隔离及通信电平转换电路对健康指标检测仪器的各电路模块进行了保护，保证整体电路的安全稳定运行。

Claims (6)

1.健康指标检测控制器，包括中央处理器，其特征是：所述中央处理器连接有RS232电平转换电路、电机控制电路、袖带限位开关接口、打印机接口、打印机过电流检测电路、过气压保护电路、电机过电流保护电路以及与血氧模块的隔离及通信电平转换电路；所述过气压保护电路包括：袖带内的压力传感器的输出信号经第一仪表放大器连接到电压比较器U11A的同相端，电压比较器U11A的反相端连接可调电阻RP2的调节端，可调电阻RP2的两个固定端分别接电源VCC和地，电压比较器U11A的输出端通过电阻R2接开关管Q401的栅极，开关管Q401栅极通过电阻R3接地，开关管Q401漏极接中央处理器的复位信号端，开关管Q401源极接地；所述隔离及通信电平转换电路包括：光电耦合器U505的输入正端经过电阻R506接5V电源，光电耦合器U505的输入负端接血氧模块的信号输出端，光电耦合器U505的一个输出端接3.3V电源，另一个输出端分别经过电阻R505接3.3V电源和经过电阻R504接中央处理器的血氧信号输入端。

2.如权利要求1所述健康指标检测控制器，其特征是，所述打印机过电流检测电路包括：打印机的电源控制端连接开关管Q101漏极，开关管Q101栅极接中央处理器的打印机控制信号输出端，并经过电阻R103接地，开关管Q101源极经过电阻R106接地，并经过电阻R107连接电压比较器U103B的反相输入端，电压比较器U103B的同相输入端经过电阻R105接3.3V电源，并经过电阻R104接地，电压比较器U103B的输出端连接电阻R108一端，电阻R108另一端经过电容C105接地并连接到中央处理器的打印机过电流信号输入端。

3.如权利要求1所述健康指标检测控制器，其特征是，所述电机过电流保护电路包括：取样电阻R500与电机串联，取样电阻R500的两端连接到第二仪表放大器的两个输入端，第二仪表放大器的输出端连接全波整流电路，全波整流电路的输出端经过电阻R548连接电压比较器U501B的同相端并经过电容C501接地，电压比较器U501B的反相端连接可调电阻RP502的调节端，可调电阻RP502的两个固定端分别接电源VCC和地，电压比较器U501B的输出端连接中央处理器的电机过电流信号输入端。

4.如权利要求1所述健康指标检测控制器，其特征是，所述第一仪表放大器包括：运算放大器U3A同相端和运算放大器U3B同相端为输入端，运算放大器U3A反相端和运算放大器U3B反相端之间接电阻R1，运算放大器U3A反相端和自身输出端之间接电阻R9，运算放大器U3B反相端和自身输出端之间接电阻R10，运算放大器U3A输出端经电阻R13接运算放大器U3D同相端，运算放大器U3D同相端还经电阻R32接2.5V电压并经电阻R14接地，运算放大器U3B输出端经电阻R20接运算放大器U3D反相端，运算放大器U3D反相端和自身输出端之间串接电阻，运算放大器U3D输出端为第一仪表放大器的输出。

5.如权利要求3所述健康指标检测控制器，其特征是，所述第二仪表放大器包括：运算放大器U5A同相端和运算放大器U5B同相端为输入端，运算放大器U5A反相端和运算放大器U5B反相端之间接电阻R501，运算放大器U5A反相端和自身输出端之间接电阻R509，运算放大器U5B反相端和自身输出端之间接电阻R510，运算放大器U5A输出端经电阻R513接运算放大器U5D同相端，运算放大器U5D同相端还经电阻R532接地并经电阻R514接地，运算放大器U5B输出端经电阻R520接运算放大器U5D反相端，运算放大器U5D反相端和自身输出端之间串接电阻，运算放大器U5D输出端为第二仪表放大器的输出。

6.如权利要求5所述健康指标检测控制器，其特征是，所述全波整流电路包括：运算放大器U5C反相端经电阻R504接第二仪表放大器的输出，运算放大器U5C同相端经电阻R503接地，运算放大器U5C反相端经二极管D501接自身的输出端并经电阻R502接全波整流电路的输出端，运算放大器U5C的输出端经二极管D502接全波整流电路的输出端，电阻R502、R503、R504的电阻值相等。