專(zhuān)利名稱：具有usb接口的除顫儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
具有USB接口的除顫儀
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種除顫儀，具體涉及一種具有USB接口的嵌入式的 除顫儀。
背景技術(shù)：
除顫儀是對(duì)心臟病患者進(jìn)行電擊心跳復(fù)律的急救儀器，它們通過(guò)測(cè)量 患者心跳脈率的電信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行計(jì)算分析以決定發(fā)起電除顫的最佳時(shí)刻 和電序列的方式，除顫操作完成后還要將除顫前后患者的心跳波形數(shù)據(jù)和 除顫操作的過(guò)程數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，有時(shí)甚至還要將醫(yī)生、護(hù)士、患者的對(duì)話 語(yǔ)音錄制并保存下來(lái)，用于患者病情的實(shí)時(shí)診斷、趨勢(shì)回顧、術(shù)后分析、 病歷記錄等用途，因此，除顫儀在使用過(guò)程中會(huì)獲取大量的數(shù)據(jù)，但由于 除顫儀本身的存儲(chǔ)器容量有限，這些數(shù)據(jù)不可能一直保存在除顫儀上，需 要通過(guò)外部接口傳到醫(yī)院的信息管理系統(tǒng)中備份保存，或者通過(guò)諸如可插 拔存儲(chǔ)卡的方式轉(zhuǎn)存到其他設(shè)備中保存，甚至可能提供給病人家屬作為電 子病例備份。
此外，隨著打印機(jī)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、藍(lán)牙設(shè)備等技術(shù)的迅速發(fā)展和相應(yīng)外 設(shè)的不斷涌現(xiàn)，除顫儀也越來(lái)越多的要求能夠和各種外設(shè)進(jìn)行連接，'從而 擴(kuò)展除顫儀的外部功能。
而現(xiàn)有除顫儀的外部總線接口種類(lèi)較少，通常僅有網(wǎng)絡(luò)、RS232串口 等接口，有的還有CF卡、PCMCIA等接口。其中，網(wǎng)絡(luò)接口只能通過(guò)網(wǎng)絡(luò) 進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；R'S232串口的外設(shè)較少且速度較低；CF卡和PCMCIA接口的 外設(shè)相對(duì)較多，包括存儲(chǔ)卡、外設(shè)、藍(lán)牙適配器等類(lèi)型的接口轉(zhuǎn)換卡，且 速度較高，同時(shí)可支持熱插拔，使用較為方便，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單。但是 其接口連線采用并行總線方式，連線過(guò)多、接口插座的體積較大，實(shí)現(xiàn)其 所需的硬件成本較高，且同時(shí)只能連接一個(gè)外設(shè)，使用起來(lái)很不方便，可 擴(kuò)展性比較差，事實(shí)上這類(lèi)接口的外設(shè)已經(jīng)逐漸趨于淘汰，慢慢退出主流 市場(chǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的主要目的就是提供一種具有USB接口的除顫儀，使除顫儀可以連接USB設(shè)備。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供一種具有USB接口的除顫儀，包括微處理器、與微處理器相連的存儲(chǔ)器，還包括用于與USB設(shè)備連接的USB 接口模塊，所述USB接口模塊與微處理器連接。
在一種實(shí)施例中，除顫儀還包括內(nèi)置在除顫儀內(nèi)部的USB設(shè)備，所述USB接口模塊通過(guò)兩根USB總線信號(hào)線與所述USB設(shè)備連接。
在另一種實(shí)施例中，除顫儀還包括設(shè)置在除顫儀外殼上、用于可插拔連接USB設(shè)備的USB插座，所述USB接口模塊通過(guò)兩根USB總線信號(hào)線與 USB插座連接。
所述USB接口模塊為USB主機(jī)模塊，所述微處理器包括內(nèi)核單元和內(nèi)存控制器，所述USB主機(jī)模塊分別與內(nèi)核單元和內(nèi)存控制器通過(guò)總線相連。
還進(jìn)一步包括用于控制電源接通和斷開(kāi)的電源開(kāi)關(guān)模塊，所述電源開(kāi)關(guān)模塊連接在所述USB主機(jī)模塊與所述USB設(shè)備之間且耦合到USB電源線。
所述電源開(kāi)關(guān)模塊包括過(guò)流保護(hù)單元，所述USB主機(jī)模塊通過(guò)電源使能信號(hào)線和過(guò)流保護(hù)信號(hào)線與電源開(kāi)關(guān)模塊連接。
還包括兩個(gè)下拉電阻，這兩個(gè)下拉電阻分別接在兩根USB總線信號(hào)線和地之間。
在兩根USB總線信號(hào)線中至少一者上設(shè)置有防靜電保護(hù)器件。
本實(shí)用新型的有益效果是
1) USB (通用串行總線)作為現(xiàn)在業(yè)界最為流行的外設(shè)總線具有連線簡(jiǎn)單、可自動(dòng)識(shí)別設(shè)備類(lèi)型、可同時(shí)連接多達(dá)127個(gè)外設(shè)、供電靈活、占 用系統(tǒng)資源較少、傳輸方式多樣、支持電源過(guò)流保護(hù)、支持熱插拔、傳輸速度可設(shè)、可擴(kuò)展性強(qiáng)等等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在市面上已出 現(xiàn)了包括USB閃存盤(pán)、USB打印機(jī)、USB無(wú)線向絡(luò)適配器、USB藍(lán)牙適配器等在內(nèi)的種類(lèi)繁多的USB設(shè)備。本方案在除顫儀中設(shè)置USB接口模塊，使 得除顫儀能夠連接各種USB設(shè)備，通過(guò)USB設(shè)備可擴(kuò)展出包括大容量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存、實(shí)時(shí)打印、無(wú)線聯(lián)網(wǎng)、藍(lán)牙適配等多種外圍功能，并可通過(guò)USB集 線器同時(shí)連接多個(gè)USB設(shè)備。
2) 在USB接口模塊與USB設(shè)備之間設(shè)置可控的電源開(kāi)關(guān)模塊，使得USB接口模塊可通過(guò)輸出電源使能信號(hào)來(lái)控制USB設(shè)備的供電。尤其是電源開(kāi)關(guān)模塊具有過(guò)流保護(hù)功能，當(dāng)USB設(shè)備的電流超過(guò)設(shè)定值后，即切斷對(duì)USB設(shè)備的供電以保證除顫儀內(nèi)部電源電路、USB設(shè)備及人員的安全，并輸出過(guò)流保護(hù)信號(hào)，以通知微處理器進(jìn)行相應(yīng)的處理。
3) 在改進(jìn)的實(shí)施例中，通過(guò)USB總線信號(hào)線上的下拉電阻能夠檢測(cè) 接入的USB設(shè)備是高速設(shè)備還是低速設(shè)備，以便通知微處理器采用相適應(yīng) 的處理方式。
4) 在USB接口模塊與USB插座之間連接線上設(shè)置有防靜電保護(hù)器件， 以保護(hù)USB接口。


圖1為本實(shí)用新型一種實(shí)施例的方框圖2為本實(shí)用新型另一種實(shí)施例的方框圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的特征及優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
本實(shí)施例的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖l所示，整個(gè)系統(tǒng)包括微處理器及與其 相連的內(nèi)部存儲(chǔ)器(簡(jiǎn)稱內(nèi)存)和USB接口模塊。本實(shí)施例中USB接口模 塊采用USB Host模塊(即USB主機(jī)模塊)。微處理器包括內(nèi)核單元和內(nèi)存 控制器，所述USB主機(jī)模塊分別與內(nèi)核單元和內(nèi)存控制器通過(guò)總線相連， 所述USB主機(jī)模塊通過(guò)兩根USB總線信號(hào)線DM和DP與設(shè)置在除顫儀外殼 上的USB插座連接，而USB設(shè)備可插拔地和USB插座連接，如圖2所示。 或者所述USB主機(jī)模塊通過(guò)兩根USB總線信號(hào)線DM和DP與內(nèi)置于除顫儀 內(nèi)部的USB設(shè)備連接。
系統(tǒng)工作原理簡(jiǎn)述為微處理器控制USB Host模塊的工作，實(shí)現(xiàn)了 USB協(xié)議體系中的Host主端功能，于是USB Host模塊作為橋梁在微處理 器的內(nèi)存和USB設(shè)備之間搬運(yùn)數(shù)據(jù)。
通常情況下可對(duì)USB設(shè)備直接供電，但為了控制USB設(shè)備的電源供電 并實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)功能(一個(gè)USB設(shè)備的最大供電電流不應(yīng)超過(guò)500mA)，在 另一實(shí)施例中，如圖1、 2所示，在USB主機(jī)模塊與USB插座之間設(shè)置有電 源開(kāi)關(guān)模塊，所述電源開(kāi)關(guān)模塊連接在所述USB主機(jī)模塊與所述USB插座 之間且耦合到USB電源線，所述USB主機(jī)模塊通過(guò)電源使能信號(hào)線PWEN 和電源開(kāi)關(guān)模塊連接，通過(guò)控制電源開(kāi)關(guān)器件對(duì)USB設(shè)備進(jìn)行供電管理。 對(duì)于將USB設(shè)備內(nèi)置于除顫儀內(nèi)部的情況，電源開(kāi)關(guān)模塊連接在USB主機(jī)模塊與USB設(shè)備之間。
同時(shí)電源開(kāi)關(guān)模塊具有過(guò)流保護(hù)功能，其內(nèi)包含有過(guò)流保護(hù)單元，在USB主機(jī)模塊和電源開(kāi)關(guān)模塊之間還連接有過(guò)流保護(hù)信號(hào)線0C，當(dāng)USB插 座的對(duì)外供電電流超過(guò)500mA時(shí)，該電源開(kāi)關(guān)模塊會(huì)保護(hù)動(dòng)作并輸出過(guò)流 保護(hù)信號(hào)至USB主機(jī)模塊。
下面針對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)介紹
微處理器的功能是通過(guò)外部總線控制USB Host模塊的工作方式，同 時(shí)實(shí)現(xiàn)了 USB的軟件協(xié)議，并對(duì)USB設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的外 設(shè)功能。由于在USB Host協(xié)議規(guī)范中要求USB Host模塊應(yīng)能獲得處理器 外部總線的控制權(quán)和內(nèi)存的讀寫(xiě)控制權(quán)，所以微處理器與USB Host控制器 連接的總線上也連接有內(nèi)存的控制器，必要時(shí)微處理器內(nèi)核可以讓出總線 和內(nèi)存的控制權(quán)給USB Host控制器。這里微處理器的功能也可以由邏輯資 源足夠的FPGA等器件來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是復(fù)雜度極大，本方案中使用專(zhuān)用的微處 理器實(shí)現(xiàn)，但不管通過(guò)哪種方案，只要能實(shí)現(xiàn)上述微處理器功能的器件， 本申請(qǐng)中統(tǒng)稱為微處理器。 '
USB Host模塊在本方案中起到中樞和橋梁的作用，它滿足USB2. 0標(biāo) 準(zhǔn)，內(nèi)部由收發(fā)控制單元和電源控制單元組成。收發(fā)控制單元用于控制USB 兩根總線信號(hào)線DP/DM上的數(shù)據(jù)收發(fā)功能，它滿足了 EHCI (Enhanced Host Controller Interface)規(guī)范(一種USB Host的控制協(xié)議規(guī)范)，主要是 通過(guò)與微處理器連接的總線以DMA (直接存儲(chǔ)器訪問(wèn))方式從內(nèi)存控制器 中讀取內(nèi)存數(shù)據(jù)用于發(fā)送到USB設(shè)備上，或者將從USB設(shè)備上接收到的數(shù) 據(jù)以DMA方式通過(guò)內(nèi)存控制器寫(xiě)入內(nèi)存中。電源控制單元?jiǎng)t通過(guò)輸出PWEN (電源使能)信號(hào)來(lái)控制給USB設(shè)備供電的電源開(kāi)關(guān)模塊。USB Host模塊 可以選擇專(zhuān)用的芯片實(shí)現(xiàn)(例如飛利浦公司的ISP1561等芯片)，也可以是在微處理器內(nèi)部帶有的USB Host控制器模塊，更可以選用FPGA (現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)等可編程邏輯器件來(lái)實(shí)現(xiàn)。
為了控制USB設(shè)備的電源供電并實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)功能(一個(gè)USB設(shè)備的 最大供電電流不應(yīng)超過(guò)500mA)，使用了電源開(kāi)關(guān)模塊，它輸入5V電源， 并在PWEN信號(hào)的控制下輸出5V電源給USB設(shè)備，同時(shí)該電源開(kāi)關(guān)模塊具 有過(guò)流保護(hù)功能。在連接上USB設(shè)備后，如果USB插座的對(duì)外供電電流超 過(guò)設(shè)定值時(shí)，電源開(kāi)關(guān)模塊會(huì)自動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，并輸出OC信號(hào)給微處理器。
USB Host模塊輸出的兩根USB總線信號(hào)線(即第一 USB總線信號(hào)線 DP和第二 USB總線信號(hào)線DM)直接連至USB-A型插座上，根據(jù)USB的規(guī)范，低速USB設(shè)備的DM線上使用了 1. 5KΩ的上拉電阻，而高速USB設(shè)備的DP 線上使用了1.5KΩ的上拉電阻，為了檢測(cè)USB插座上是否連有USB設(shè)備以及決定該外設(shè)的速度類(lèi)型，第一USB總線信號(hào)線DP上連有第一下拉電阻 Rl，第二 USB總線信號(hào)線DM上連有第二下拉電阻R2，通過(guò)檢測(cè)兩根USB總線信號(hào)線的電平即可知道是否有USB設(shè)備接入以及該外設(shè)的速度類(lèi)型。
由于通常對(duì)除顫儀的可靠性要求極高，為了防止插拔USB設(shè)備過(guò)程中的人體靜電等因素對(duì)USB接口造成損壞，從而影響除顫儀正常工作，在進(jìn)一步改進(jìn)的實(shí)施例中，如圖1所示，在兩根USB總線信號(hào)線中的至少一者的線上使用了 ESD (防靜電)保護(hù)器件，較好的方案是在兩根USB總線信號(hào)線上使用ESD保護(hù)器件，ESD保護(hù)器件可防護(hù)較高的靜電放電電壓，同時(shí)其極低的負(fù)載電容也不會(huì)影響USB總線的信號(hào)傳輸質(zhì)量。
整套電路的工作過(guò)程簡(jiǎn)述如下
(1) USB設(shè)備未插入U(xiǎn)SB插座之前，DP/DM線上的電平均為低。
(2) 當(dāng)USB設(shè)備插入后，首先USB Host模塊檢測(cè)到DP或DM線上 有電平變化時(shí)就認(rèn)為有USB設(shè)備插入，如果DP變?yōu)楦唠娖絼t知道為高速設(shè)備，如果DM變?yōu)榈碗娖絼t知道為低速設(shè)備，該結(jié)果以中斷方式通知微處理器。
(3) 微處理器開(kāi)始USB軟件資源配置和USB設(shè)備的硬件配置過(guò)程， 包括系統(tǒng)軟件中USB協(xié)議的初始化、USB設(shè)備設(shè)備控制端點(diǎn)的讀取、地址的分配、USB配置信息的讀取和執(zhí)行、以及USB設(shè)備文件分配表的初始化等操作。
(4) 在初始化完成后，想要向外設(shè)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，可通過(guò)設(shè)置USB文件分配表并將內(nèi)存中USB發(fā)送緩沖區(qū)的指針指向欲發(fā)送的數(shù)據(jù)包的首地址后，再啟動(dòng)USB寫(xiě)操作即可，這時(shí)USB Host模塊會(huì)以DMA方式通過(guò)內(nèi)部總線從內(nèi)存中將欲發(fā)送的數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)依次讀出并發(fā)送到USB設(shè)備中；而想要接收外設(shè)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)時(shí)，需要事先設(shè)置USB文件分配表并將內(nèi)存中USB接收緩沖區(qū)的指針指向接收緩沖區(qū)的首地址，這樣當(dāng)接收到外設(shè)的數(shù)據(jù)后， USB Host模塊以DMA方式直接寫(xiě)入該接收緩沖區(qū)中，以供進(jìn)一步處理。
(5) 若外設(shè)被拔下，則DP/DM線恢復(fù)低電平，USB Host控制器以中斷方式通知微處理器，其系統(tǒng)軟件在得知外設(shè)被拔下后，會(huì)取消USB協(xié)議 棧的相關(guān)操作，并將內(nèi)存中的相關(guān)緩沖區(qū)資源釋放掉。
(6)若出現(xiàn)了短路等故障使得USB供電電流超過(guò)500mA時(shí)，電源開(kāi) 關(guān)模塊會(huì)自動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，并輸出OC信號(hào)給微處理器，系統(tǒng)軟件得知該事件 后也會(huì)取消相關(guān)操作并將內(nèi)存資源釋放，最后會(huì)在除顫儀的顯示界面上給 出相關(guān)提示，告知用戶。
以上實(shí)施例中，USB接口模塊還可以通過(guò)使用FPGA、 CPLD (Complex PLD，即復(fù)雜可編程邏輯器件)等邏輯器件或者專(zhuān)用的USB總線轉(zhuǎn)換器件實(shí) 現(xiàn)，將微處理器的外部總線轉(zhuǎn)換成USB總線的方式也可在除顫儀上實(shí)現(xiàn)USB 接口功能。還可以利用FPGA的邏輯實(shí)現(xiàn)包括微處理器內(nèi)核單元和USB主機(jī) 模塊的全部功能，也可在除顫儀上實(shí)現(xiàn)USB接口功能。
以上實(shí)施例中，內(nèi)存還可以與微處理器集成在一個(gè)器件內(nèi)。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳 細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本實(shí)用 新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提 下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實(shí)用新型的保護(hù) 范圍。
權(quán)利要求1.一種具有USB接口的除顫儀，包括微處理器、與微處理器相連的存儲(chǔ)器，其特征在于還包括用于與USB設(shè)備連接的USB接口模塊，所述USB接口模塊與微處理器連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的具有USB接口的除顫儀，其特征在于還包 括內(nèi)置在除顫儀內(nèi)部的USB設(shè)備，所述USB接口模塊通過(guò)兩根USB總線信 號(hào)線與所述USB設(shè)備連接。
3. 如權(quán)利要求1所述的具有USB接口的除顫儀，其特征在于還包 括設(shè)置在除顫儀外殼上、用于可插拔連接USB設(shè)備的USB插座，所述USB 接口模塊通過(guò)兩根USB總線信號(hào)線與USB插座連接。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的具有USB接口的除顫儀，其特征在于 所述USB接口模塊為USB主機(jī)模塊，所述微處理器包括內(nèi)核單元和內(nèi)存控 制器，所述USB主機(jī)模塊分別與內(nèi)核單元和內(nèi)存控制器通過(guò)總線相連。
5. 如權(quán)利要求4所述的具有USB接口的除顫儀，其特征在于還包 括用于控制電源接通和斷開(kāi)的電源開(kāi)關(guān)模塊，所述電源開(kāi)關(guān)模塊連接在所 述USB主機(jī)模塊與所述USB設(shè)備之間且耦合到USB電源線。
6. 如權(quán)利要求5所述的具有USB接口的除顫儀，其特征在于所述 電源開(kāi)關(guān)模塊包括過(guò)流保護(hù)單元，所述USB主機(jī)模塊通過(guò)電源使能信號(hào)線 和過(guò)流保護(hù)信號(hào)線與電源開(kāi)關(guān)模塊連接。
7. 如權(quán)利要求6所述的具有USB接口的除顫儀，其特征在于還包 括分別連接在兩根USB總線信號(hào)線和地之間兩個(gè)下拉電阻。 —
8. 如權(quán)利要求3所述的具有USB接口的除顫儀，其特征在于還包 括分別連接在兩根USB總線信號(hào)線和地之間兩個(gè)下拉電阻。
9. 如權(quán)利要求8所述的具有USB接口的除顫儀，其特征在于還包 括設(shè)置在兩根USB總線信號(hào)中至少一者上的防靜電保護(hù)器件。
10. 如權(quán)利要求3所述的具有USB接口的除顫儀，其特征在于還包 括設(shè)置在兩根USB總線信號(hào)中至少一者上的防靜電保護(hù)器件。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種具有USB接口的除顫儀，包括微處理器、與微處理器相連的存儲(chǔ)器，還包括用于與USB設(shè)備連接的USB接口模塊，所述USB接口模塊與微處理器連接。所述USB接口模塊為USB主機(jī)模塊。本實(shí)用新型使得除顫儀能夠連接USB設(shè)備，通過(guò)USB設(shè)備可擴(kuò)展出包括大容量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存、實(shí)時(shí)打印、無(wú)線聯(lián)網(wǎng)、藍(lán)牙適配等多種外圍功能，并可通過(guò)USB集線器同時(shí)連接多個(gè)USB設(shè)備。
文檔編號(hào)A61N1/39GK201179276SQ20082009237
公開(kāi)日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2008年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月3日
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