人工心室无线供电系统技术方案

本实用新型专利技术的一种人工心室无线供电系统，其特征在于，包括通过高频电磁波传输提供电能和数据传输交换信息的体外部分与体内部分，体外部分与体内部分形成闭环控制。从患者日常使用的角度为患者考虑，同时增加了与安全性密切相关的通讯及控制技术，力求将整个供电系统微型化、无线化，从而从根本上解决电源线所造成的感染、护理等问题，实现人工心室供电“有线”到“无线”的跨越。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于医疗器械
，涉及一种人工心室无线供电系统。
技术介绍
心室辅助系统是专为晚期心脏病患者所设计的一套帮辅系统，它能帮辅已经衰竭 的心脏完成部分功能，延长晚期心脏病患者生命，提高生活质量。现行心室辅助系统一般采 用电源线供电。但是采用电源线供电方式导致了伤口外露，一直都存在感染及护理上的问 题。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种人工心室无线供电系统，解决了现有技术中采用电 源线供电所存在的伤口外露，护理难度大，易感染的问题。本技术所采用的技术方案是，一种人工心室无线供电系统，包括通过高频电 磁波传输提供电能和数据传输交换信息的体外部分与体内部分，所述的体外部分与体内部 分形成闭环控制，其中体外部分包括外部电源主控芯片，外部电源主控芯片上连接有外部通讯系 统、液晶屏和逆变及谐振电路，逆变谐振电路上连接有外部主电池；其中体内部分包括内部控制及检测芯片，内部控制及检测芯片上连接有内部通讯 系统和整流及谐振电路，整流及谐振电路上连接有内部备用电池，其中外部通讯系统与内部通讯系统通过无线数据信号连接；逆变及谐振电路与整 流及谐振电路通过高频电磁波连接。本技术的特点还在于，其中的外部电源主控芯片选用C8051F020单片机。其中的液晶屏选用LCM12864-15B中文液晶显示模块。其中的外部主电池选用输出电压为22. 2V，容量为4800mA/H的锂离子电池。本技术的有益效果是，以无线供电技术为核心，应用高频逆变、功率补偿及电 磁场耦合等技术实现非接触供电。首先在分析为人工心室辅助系统如何合理供给能量的基 础上，针对体内设备的特殊性，从患者日常使用的角度为患者考虑，同时增加了与安全性密 切相关的通讯及控制技术，力求将整个供电系统微型化、无线化，从而从根本上解决电源线 所造成的感染、护理等问题，实现人工心室供电“有线”到“无线”的跨越。附图说明图1是本技术供电系统的结构示意框图。图中，1.外部通讯系统，2.外部电源主控芯片，3.液晶屏，4.外部主电池，5.内部 备用电池，6.内部控制及检测芯片，7.内部通讯系统，8.整流及谐振电路，9.逆变及谐振电路。具体实施方式以下结合附图和具体实施方式对本技术进行详细说明。本技术如图1所示，包括体外部分与体内部分，两部分通过数据传输交换信 息，形成闭环控制。其中体外部分包括外部电源主控芯片2，外部电源主控芯片2上连接有外部通讯 系统1、液晶屏3和逆变及谐振电路9，逆变谐振电路9上连接有外部主电池4。外部主电 池4为一大容量电池，其电能应保证心室辅助系统连续工作10小时以上，所以我们选择了 22. 2V，容量为4800mA/H的锂离子电池为主功率电池。外部系统先将电池输出的直流电能 经高频逆变后，输入谐振回路，在人体外产生周期变化的磁场。其电能经外部发射线圈耦合 至体内后，经过整流、稳压为心室辅助系统系统提供稳定可靠的电能；外部电源主控芯片2 是系统的控制中枢，它负责分析及采集各处电压。其中体内部分包括内部控制及检测芯片6，内部控制及检测芯片6上连接有内部 通讯系统7和整流及谐振电路8，整流及谐振电路8上连接有内部备用电池5，内部电压则 通过内部通讯系统7由体内传至外部电源主控芯片2。分析比对后应用PID算法进行PWM 波的脉宽调制，即可完成自主调节输出电压的功能，并在内部供电系统出现异常时向使用 者发出报警。其中外部通讯系统1与内部通讯系统7通过无线数据信号连接；逆变及谐振电路 9与整流及谐振电路8通过高频电磁波连接。其中的，外部通讯系统1，用于协调者内部与外部系统的工作；外部电源主控芯片2，用于完成检测电压，接收内部反馈信息，分析比对计算占空 比，为半桥提供PWM波；液晶屏3，用于对外部主电池4的电量，当前系统供电状况、内部供电状况的显示；外部主电池4，用于为整个系统提供电能；内部备用电池5，用于为体内部分提供备用电能；内部控制及检测芯片6，用于对接收整流后的电压、内部备用电池5的电压及负载 电压进行实时检测，并将检测的信息通过内部通讯系统7反馈至体外部分；内部通讯系统7，用于将内部控制及检测芯片6检测的信息反馈至体外部分；整流及谐振电路8，用于接收逆变及谐振电路9产生的高频电磁波，并将接收到的 高频电磁波转换为直流电能，为体内部分提供电能；逆变及谐振电路9，用于产生高频电压与电流，并将其转换为高频电磁波，同时将 高频电磁波发射；其中的外部电源主控芯片2选用C8051F020单片机；液晶屏3选用LCM12864-15B中文液晶显示模块；外部主电池4选用输出电压为22. 2V，容量为4800mA/H的锂离子电池。外部系统和内部系统中，外部电源主控芯片2和内部控制及检测芯片6分别采用 C8051F020 和 C8051F310 单片机，C8051F020 与 C8051F310 单片机是 SILICON LABORATORIES 公司开发的MCU芯片。它具有64个数字I/O引脚高速、流水线结构的8051F020兼容CIP-51内核。这里，外部电源主控芯片2主要完成检测电压，接收内部反馈信息，分析比对计算 占空比，为半桥提供PWM波等功能，最终将其检测到的相关信息反馈在液晶屏3上。方便患 者了解整个供电系统的工作状况。外部系统控制算法采用PID控制算法，形成闭环控制。当内部高速AD检测到内部 接收整流后的电压偏离预定值时，则通过内部通讯系统7发送信息告知外部控制系统，外 部通讯系统1接收内部电压信息并反馈给外部电源主控芯片2，外部电源主控芯片2对PWM 波的占空比进行调节，通过控制发射端电压，稳定接收端电压，并且使输出功率随负载变化 而变化。液晶屏3主要为患者反馈外部主电池4电量、当前系统供电状况、内部备用电池5 的工作状况等。通过人机交互，使使用更加方便明了。外部显示的液晶屏3采用LCM12864-15B中文液晶显示模块。该模块提供了 16*16 点中文字型和16*8半宽字母符号字型。内含的CGRAM提供四组软件可编程的16*16点阵 造字功能。液晶屏3采用了间接控制方式，该方式程序设计的关键是模拟显示模块的工作 时序。时序模拟主要通过延时子程序来调节，所以它在整个驱动程序起着至关重要的作用。 在不同的驱动程序函数中，对延时都有不同的要求。其中，初始化程序涉及功能设定、模式 设定、显示状态等方面，对时序要求较为严格。内部部分主要由采用C8051F310单片机的内部控制及检测芯片6及AD构成。内部 AD对接收整流后的电压、内部备用电池5的电压及负载电压进行实时检测，并将检测的信 息通过内部控制及检测芯片6及内部通讯系统7反馈至外部控制系统，分析比对，调节PWM 的占空比，从而完成稳定电压的目的，使接收端电压稳定在恒定值，并且功率能够随负载变 化而变化。外部通讯系统1和内部通讯系统7基于收发芯片NRF905的通信模块NewMSg_ RF905SE。该模块使用Nordic公司的nRF905芯片开发而成，频率可调基准频率433Mhz处 于开放ISM(Industrial Scientific Medical)频段、免许可证使用且远避开了无线输电 所使用的谐振频率，人体对该频段波吸收少，这个频段比中频、高频段干扰小，传递信号的 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种人工心室无线供电系统，其特征在于，包括通过高频电磁波传输提供电能和数据传输交换信息的体外部分与体内部分，所述的体外部分与体内部分形成闭环控制，其中体外部分包括外部电源主控芯片（２），外部电源主控芯片（２）上连接有外部通讯系统（１）、液晶屏（３）和逆变及谐振电路（９），逆变谐振电路（９）上连接有外部主电池（４）；其中体内部分包括内部控制及检测芯片（６），内部控制及检测芯片（６）上连接有内部通讯系统（７）和整流及谐振电路（８），整流及谐振电路（８）上连接有内部备用电池（５）；其中外部通讯系统（１）与内部通讯系统（７）通过无线数据信号连接；逆变及谐振电路（９）与整流及谐振电路（８）通过高频电磁波连接。

【技术特征摘要】
一种人工心室无线供电系统，其特征在于，包括通过高频电磁波传输提供电能和数据传输交换信息的体外部分与体内部分，所述的体外部分与体内部分形成闭环控制，其中体外部分包括外部电源主控芯片(2)，外部电源主控芯片(2)上连接有外部通讯系统(1)、液晶屏(3)和逆变及谐振电路(9)，逆变谐振电路(9)上连接有外部主电池(4)；其中体内部分包括内部控制及检测芯片(6)，内部控制及检测芯片(6)上连接有内部通讯系统(7)和整流及谐振电路(8)，整流及谐振电路(8)上连接有内部备用电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：李金刚，朱虹，邹定超，谢峰，张瑞峰，冯金龙，赵雷，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：实用新型
国别省市：87[中国|西安]