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[導(dǎo)讀]新冠病毒肆虐全球,危害人類,海外形式愈演愈烈,形式不容樂觀。個人認為美敦力是一家極具社會責任感的公司,為緩解呼吸機供應(yīng)短缺,將其PB560呼吸機設(shè)計圖紙全部開源,以期有更多廠家工程師能參與,緩解呼吸機供應(yīng)難題,應(yīng)對新冠病毒危機。故此筆者將抽出時

新冠病毒肆虐全球,危害人類,海外形式愈演愈烈,形式不容樂觀。個人認為美敦力是一家極具社會責任感的公司,為緩解呼吸機供應(yīng)短缺,將其PB560呼吸機設(shè)計圖紙全部開源,以期有更多廠家工程師能參與,緩解呼吸機供應(yīng)難題,應(yīng)對新冠病毒危機。故此筆者將抽出時間將其設(shè)計進行系列解讀,以期如有生產(chǎn)廠商看到本系列文章,能幫助其理解PB560的設(shè)計,快速切入,提高產(chǎn)能保證質(zhì)量,在這些技術(shù)方面能盡些綿薄之力

另外一個原因也為學(xué)習(xí)之用,深入學(xué)習(xí)一下醫(yī)療大廠的產(chǎn)品設(shè)計風格,設(shè)計思路。分享或許有這方面的朋友,以供交流之用。

在湖北武漢新冠爆發(fā)時,美敦力捐贈了大量的醫(yī)用物資,為美敦力點贊

本文就其總體設(shè)計方面進行個人解讀,主要涵蓋產(chǎn)品總體需求概述,產(chǎn)品硬件架構(gòu)設(shè)計兩個方面。用時很短,且個人水平所限,如其中有疏忽錯漏之處,請不吝指正,感激不盡。

聲明:本文屬于公益文章,如因采用文中錯誤帶來的法律后果,本人概不負責,如涉及侵權(quán),請聯(lián)系筆者刪除文章。

軟件需求用例

通過快速瀏覽10037185AB0 - Software Requirements Specification Document整理出美敦力PB560呼吸機的基本軟件需求用例如下:

該呼吸機實現(xiàn)的基本功能為:

  • 基本的輔助病人呼吸的功能,包括氣路壓力控制、壓力監(jiān)控、潮氣監(jiān)控等等需求功能。

  • 復(fù)雜的故障診斷功能:包括高/低壓報警、窒息報警、潮氣過高/過低報警,流速監(jiān)控報警、基本管路報警、供電系統(tǒng)報警(電源丟失、電壓異常等)、電池系統(tǒng)故障報警、通訊報警等等故障自診斷功能。

  • HMI人機交互需求:操作者需要實現(xiàn)配置參數(shù)、顯示使用狀態(tài)、顯示歷史事件記錄信息。

  • 呼吸機標定需求:主要標定氣流量、各傳感器準度校驗。

  • USB通訊需求:主要實現(xiàn)呼吸機與U盤通訊,實現(xiàn)歷史記錄導(dǎo)出等功能,因此呼吸機從軟件層面需實現(xiàn)USB HOST。

硬件架構(gòu)設(shè)計

電路原理圖位于:

medtronic-pb560-ventilator-system-file-set-1\Electrical Schematics\PB560 - Electrical Schematics\

在10105965B00_10106052_POWERPACK2 BOARD (DUAL BATTERY)中對其整體拓撲邏輯有描述如下:


從圖上可知:

  • 電源系統(tǒng):主電源由AC提供,同時提供兩路電池供電,其中第1路內(nèi)置BATT1,第2路可選

  • PB560 可對PB500供電

  • 主控鍵盤由主控芯片控制,主控芯片為ST10F276Z5T3,參見4096600E03001_CPU BOARD SCH

  • 實現(xiàn)風扇可選配控制

通過閱讀PB560 - Electrical Schematics下的電路圖做了其基本電路架構(gòu)分析框圖:

整個產(chǎn)品采用了ST10F276Z5T3為主控芯片,同時采用了PIC18F6622負責電源系統(tǒng)管理控制,PIC18F43K22T負責第2路電池管理控制。所以PB560共采用了3片單片機實現(xiàn)控制。

由圖可知,PB560由以下幾塊電路板組成:

  • 主控CPU板,主控芯片為ST10F276Z5T3,為STM32的前身,原理圖為4096600E03001_CPU BOARD SCH,實現(xiàn)主要功能:

    • LED狀態(tài)顯示

    • 潮氣控制

    • 蜂鳴器控制,PWM接口控制

    • 閥門控制,以實現(xiàn)氣路控制,PWM接口控制

    • 氧氣控制,利用PWM控制

    • 看門狗

    • 雙路RTC時間管理,猜想是一種醫(yī)療器械功能安全設(shè)計

    • ARF433MHz 無線報警功能

    • 環(huán)境溫度檢測

    • 各種參數(shù)檢測,包括氧氣、二氧化碳、壓力、泵速、泵溫、氣流流速等參數(shù)監(jiān)測

    • 電源系統(tǒng)電壓節(jié)點電壓監(jiān)測,主要包括3.3V、24V、AC電源等節(jié)點

    • 日志FLASH管理,主要實現(xiàn)日志存取管理

    • 外接RAM,主要為系統(tǒng)提供內(nèi)存

    • 監(jiān)控存儲器,沒有閱讀代碼,估計是一種功能安全設(shè)計考慮

    • EEPROM管理,主要存儲設(shè)備配置信息,由SPI接口實現(xiàn)

  • 供電控制板,詳細信息見10039639C00_Power Supply Board - Tantalum Less_SCH,主要實現(xiàn):

    • 內(nèi)置電池管理,包括充電管理、溫度監(jiān)控、電池信息管理(電池內(nèi)置EEPROM)

    • AC/DC電源管理,主要實現(xiàn)電壓監(jiān)控

    • 外部DC電源管理,主要實現(xiàn)外部DC電源電壓監(jiān)控

    • USB HOST實現(xiàn),其控制由主芯片ST10F276Z5T3通過SPI實現(xiàn),USB HOST芯片選用賽普拉斯。
      CY7C67300,該芯片外接RAM芯片,選用賽普拉斯CY7C1021CV33,實現(xiàn)對外兩個USB接口功能,用于外接U盤,估計是用來對外導(dǎo)出歷史數(shù)據(jù),對內(nèi)導(dǎo)入?yún)?shù),亦或更新固件,還沒有閱讀代碼,具體暫時未知。

      USB HOST放在這塊實現(xiàn),而控制為主CPU實現(xiàn),個人認為應(yīng)是機械結(jié)構(gòu)裝配需求。

    • USB串口,利用FT2232實現(xiàn)USB串口,該功能主要與電腦通信

  • 供電控制板2,主要實現(xiàn)電池組2的管理,與主控板的接口沒有深究。原理圖為10105965B00_10106052_POWERPACK2 BOARD (DUAL BATTERY)

  • 氣泵控制板,主要實現(xiàn)氣路控制,泵由無刷直流電機驅(qū)動。同時實現(xiàn)泵溫檢測、速度檢測、剎車控制、使能控制、速度設(shè)定、速度控制與主控芯片利用PWM實現(xiàn)。原理圖見4096600.E00.001_Schma Carte Commande Turbine RB0505 IND03

  • 蜂鳴器控制板,主控芯片利用PWM實現(xiàn)蜂鳴器控制,該板主要為模擬放大電路,最終驅(qū)動蜂鳴器提供聲音報警功能。

主控板CPU部分原理圖如下:

原理圖不是太清楚,如有興趣請去官網(wǎng)下載。

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END

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