一种无线手控盒装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种放疗设备控制器领域，特别是涉及一种无线手控盒装置。

背景技术：

2.在电子加速器或质子系统中，操作者需要使用手控盒对机架、头和床等医用设备部件进行运动控制。按照目前的相关法规要求，手控盒操作医用加速器大多采用有线控制的方式，通过电缆将两个设备进行连接。电缆的设置给操作者带来不便，如妨碍操作者运动，使其不能自由走动，或者使得患者感到不适。同时，也容易出现拉拽、踩踏或被其它设备挤压电缆的情况，导致电缆或设备损坏，并且产生安全隐患。

技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种无线手控盒装置，通过无线通信连接的方式，摆脱了手控盒电缆连接的约束，也进一步提高了系统的安全性。
4.为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
5.本实用新型提供一种无线手控盒装置，其包括：
6.电源；
7.运动信号收发电路，其一端与所述电源连接；
8.运动信号控制电路，通过第一无线通信协议与所述运动信号收发电路的另一端连接；
9.开关检测电路，其一端与所述电源连接；
10.开关检测控制电路，通过第二无线通信协议与所述开关检测电路的另一端连接；以及
11.驱动电路，连接于所述运动信号控制电路和所述开关检测控制电路。
12.在本实用新型的一个实施例中，所述开关检测电路包括第一使能开关，且所述第一使能开关一端与所述电源连接。
13.在本实用新型的一个实施例中，所述开关检测电路包括第二使能开关，且所述第二使能开关一端与所述第一使能开关的另一端连接。
14.在本实用新型的一个实施例中，所述开关检测电路包括电源处理电路，且所述电源处理电路与所述第二使能开关的另一端连接。
15.在本实用新型的一个实施例中，所述开关检测电路包括开关状态检测阻容网络，且所述开关状态检测阻容网络与所述第一使能开关和所述第二使能开关连接。
16.在本实用新型的一个实施例中，所述开关状态检测阻容网络设置有第一电阻和第二电阻，所述第一电阻一端与所述第一使能开关连接，另一端与所述第二电阻连接。
17.在本实用新型的一个实施例中，所述开关状态检测阻容网络设置有第三电阻和第四电阻，所述第三电阻一端与所述第二使能开关连接，另一端与所述第四电阻连接。
18.在本实用新型的一个实施例中，所述开关状态检测阻容网络设置有第一电容和第
二电容，所述第一电容与所述第二电阻连接，所述第二电容与所述第四电阻连接。
19.在本实用新型的一个实施例中，所述开关检测电路包括电压监测电路，且所述电压监测电路设置有第一模数转换电路和第二模数转换电路。
20.在本实用新型的一个实施例中，所述第一模数转换电路与所述第一电容连接，所述第二数模转换电路与所述第二电容连接。
21.如上所述，本实用新型提供的一种无线手控盒装置，通过设置运动信号收发电路，用来处理运动参数和状态。又通过设置开关检测电路，用来检测用户是否按压运动使能按键，并将对应的信息编码发出。同时，运动信号收发电路通过第一无线通信协议与运动信号控制电路连接，开关检测电路通过第二无线通信协议与开关检测控制电路连接。当且仅当两个控制端所收到的信号都允许设备运动时，设备才能运动。在控制设备运动之前，还以通过开关检测电路里设置的第一使能开关和第二使能开关协助故障检测。本实用新型提供的一种无线手控盒装置，在满足安全的前提下实现手控盒的无线控制，避免了手控盒电缆连接带来的可靠性问题，也方便了操作者对设备运动的控制。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其它的附图。
23.图1为无线手控盒结构图；
24.图2为无线手控盒对应控制端结构图；
25.图3为开关状态检测电路图。
26.元件标号说明：
27.1-电源，2-运动信号收发电路，3-开关检测电路，4-运动信号控制电路，5-开关检测控制电路，6-驱动电路，201-输入输出端，202-第一手控盒收发电路，301-电源处理电路，302-开关状态检测阻容网络，303-第二手控盒收发电路，304-电压监测电路，305-稳压电源，401-第一控制收发电路，402-运动控制单元，501-第二控制收发电路，502-开关检测控制电路，601-电机控制及驱动电路，602-电机，s1-第一使能开关，s2-第二使能开关，mcu1-第一微控制器，mcu2-第二微控制器，r1-第一电阻，r2-第二电阻，r3-第三电阻，r4-第四电阻，c1-第一电容，c2-第二电容，c3-第三电容，adc1-第一模数转换电路，adc2-第二模数转换电路。
具体实施方式
28.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
29.须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本方案可实施的限定条件，故
不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本方案所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本方案所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
30.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
31.对于目前的医疗设备，通过操作者使用手控盒，可以实现设备各个部件的有效控制，有利于患者过程中对于设备的各种需求。本实施例中提供一种无线手控盒装置，通过无线连接的方式，解决使用电缆有线连接带来的操作不便，同时进一步保障了设备使用过程中的安全。
32.请参阅图1所示，在本实用新型一实施例中，所述一种无线手控盒装置包括电源1、运动信号收发电路2和开关检测电路3。电源1的输出端分别与运动信号收发电路2和开关检测电路3的输入端连接。运动信号收发电路2处理运动参数和状态，负责确认设备已经达到可以运动的基本条件。开关检测电路3专门负责运动使能。运动信号收发电路2与开关检测电路3相互独立，各自实现相应功能，保证其在故障状态下也不会相互影响。
33.请参阅图1所示，在本实用新型一实施例中，电源1为运动信号收发电路2和开关检测电路3提供所需要的电能。在电源1内设置有充电电池、充电接口、充电电路和必要的电池保护电路。对于无线手控盒，电流经由充电接口输入，通过充电电路处理，最后储存在充电电池内。在充电的过程中，电池保护电路可以处理充放电、短路等问题，有效防止电池损坏，并且保障充电安全。电源1完成充电，储存足够的电能，可以为系统提供有效供电。
34.请参阅图1所示，在本实用新型一实施例中，运动信号收发电路2包括输入输出端201和第一微控制器mcu1。在本实施例中，第一微控制器mcu1为esp32的单片机，也可以采用stm32的单片机。电源1的输出端与输入输出端201的输入端连接，为输入输出端201供电。输入输出端201的输出端与第一微控制器mcu1的输入端连接，且第一微控制器mcu1的输出端与输入输出端201的输入端连接。在本实施例中，输入输出端201设置矩阵键盘，通过i/o端口与第一微控制器mcu1连接。按下按键，经由编码器对传输数据进行转换，通过设置电位器调节电压和电流的大小，以此进行数据的输入与传输。其中，输入输出端201设置led，以此作为输出硬件，显示传输过来的数据。在本实施例中，输入输出端201可以采用机械键盘，也可以采用触摸屏，以此实现数据的输入与输出。
35.请参阅图1所示，在本实用新型一实施例中，输入输出端201用来实现操作者获取系统的状态和故障信息。操作者通过输入输出端201输入运动参数，处理系统的运动状态。在本实施例中，运动参数包括运动设备的具体参数、运动的目标位置、方向、速度等。其中，运动设备具体是指机架、床的某个运动轴、头及附件等。同时，操作者通过判断运动条件是否已经满足，可以通过输入输出端201对运动进行授权。
36.请参阅图1所示，在本实用新型一实施例中，运动信号收发电路2包括第一手控盒收发电路202。在本实施例中，第一手控盒收发电路202可以采用zig-bee芯片等其它芯片。电源1的输出端与第一微控制器mcu1的输入端连接，为第一微控制器mcu1供电。第一微控制器mcu1的输出端与第一手控盒收发电路202的输入端连接，且第一手控盒收发电路202的输出端与第一微控制器mcu1的输入端连接。电源1的输出端与第一手控盒收发电路202的输入
端连接，为第一手控盒收发电路202供电。
37.请参阅图1所示，在本实用新型一实施例中，第一微控制器mcu1处理来自输入输出端201的信号，并且传输至第一手控盒收发电路202。第一微控制器mcu1对运动信号收发电路2所涉及的全部电源电压进行监控，确保电子元件工作在正确的工作条件下。在本实施例中，对电压的监测可以采用专用的看门狗芯片实现，也可以采用第一微控制器mcu1控制adc实现，但应保证电源电压在不符合预期要求时，第一手控盒收发电路202不发送信号或发出故障状态信息。同时，第一微控制器mcu1对电池的状态进行必要的监控，为用户提供电池的电量信息，也进一步确保了系统的安全。
38.请参阅图1所示，在本实用新型一实施例中，开关检测电路3包括第一使能开关s1、第二使能开关s2、电源处理电路301和开关状态检测阻容网路302。电源1的输出端与第一使能开关s1的输入端连接，且第一使能开关s1的输出端与开关状态检测阻容网络302连接。第二使能开关s2的输入端与第一使能开关s1的输出端连接，且第二使能开关s2的输出端与电源处理电路301和开关检测阻容网络302的输入端连接。在短时间内，第一使能开关s1和第二使能开关s2同时闭合，或其中任何一个断开，电源处理电路301能够提供系统正常工作所需的电源。
39.请参阅图1所示，在本实用新型一实施例中，开关检测电路3包括第二微控制器mcu2、第二手控盒收发电路303和电压监测电路304。在本实施例中，第二微控制器mcu2为esp32的单片机，也可以采用stm32的单片机。第二手控盒收发电路303可以采用zig-bee芯片等其它芯片。电源处理电路301的输出端分别与第二微控制器mcu2、第二手控盒收发电路303和电压监测电路304的输入端连接，在使能开关闭合时为系统提供电源。开关状态检测阻容网络302的输出端与电压监测电路304的输入端连接，且电压监测电路304的输出端与开关状态监测阻容网络302的输入端连接。第二微控制器mcu2的输出端与电压监测电路304的输入端连接，且电压监测电路304的输出端与第二微控制器的输入端连接。第二微控制器mcu2的输出端与电压监测电路304的输入端连接，且电压监测电路304的输出端与第二微控制器mcu2的输入端连接。通过第二微控制器mcu2进行信息处理和编码，经由开关检测阻容网络302与电压监测电路304共同工作，可以检测第一使能开关s1和第二使能开关s2的故障状态。
40.请参阅图1所示，在本实用新型一实施例中，第二微控制器mcu2的输出端与第二手控盒收发电路303的输入端连接，且第二手控盒收发电路303的输出端与第二微控制器mcu2的输入端连接。当第一使能开关s1和第二使能开关s2同时按下并持续一小段时间后，电源处理电路301输出电压稳定，第二微控制器mcu2按照时间序列进行编码，并在编码中加入冗余和校验信息，并通过第二手控盒收发电路303发出。
41.请参阅图1所示，在本实用新型一实施例中，开关检测电路3需要满足医用电子加速器的专标iec60601-2-1：2014和针对轻离子束的专标iec60601-2-64：2014以及对应国标gb9706.201-2020和gb9706.264-2022关于在室内部操作医用电气设备部件的运动的相关条款中的要求，即至少有一个硬连线或者具有同等安全的开关功能。因此除上述正常状态下实现将按键运动使能状态传递给运动控制设备外，还需选择可靠性满足iec61508及对应国标gb/t20438要求的器件，并满足iec60601-1及对应国标gb9706.1对于单一故障安全的要求。
42.请参阅图1所示，在本实用新型一实施例中，所述一种无线手控盒装置满足单一故障安全的设计要求。通过看门狗或adc对电源处理电路301的状态进行检测，看门狗和对编码的检查对第二微控制器mcu2的状态进行检测，对编码的检查对第二手控盒收发电路303的状态进行检查，以此确保检测的电路是单一故障安全的。通过满足单一故障安全的设计要求，实现对电路中各个元件的状态进行检测，并且在出现故障时能阻止运动使能。
43.请参阅图2所示，在本实用新型一实施例中，所述一种无线手控盒装置包括运动信号控制电路4、开关检测控制电路5和驱动电路6。运动信号控制电路4的输出端与驱动电路6的输入端连接，且驱动电路6的输出端与运动信号收发电路4的输入端连接。开关检测控制电路5的输出端与驱动电路6的输出端连接。
44.请参阅图1至图2所示，在本实用新型一实施例中，运动信号控制电路4包括第一控制收发电路401和运动控制单元402。在本实施例中，第一控制收发电路401可以采用zig-bee芯片等其它芯片。运动控制单元402为驱动器、运动控制器等。第一控制收发电路401的输出端与运动控制单元402的输入端连接，且运动控制单元402的输出端与第一控制收发电路401的输入端连接。运动信号收发电路2通过第一无线通信协议与运动信号控制电路4连接，经由第一手控盒收发电路202发送信号至第一控制收发电路401。在本实施例中，第一无线通信协议可以但不限于wifi、蓝牙、zig-bee和uwb等。发送来的信息经过第一控制收发电路401和运动控制单元402处理，实现运动的参数设定和授权。同时，第一控制收发电路401发送信号至第一手控盒收发电路202，并且正确的显示到输入输出端102的led或显示屏上。
45.请参阅图1至图2所示，在本实用新型一实施例中，开关检测控制电路5包括第二控制收发电路501和开关检测控制电路502。在本实施例中，第二控制收发电路501可以采用zig-bee芯片等其它芯片。开关检测控制电路502为驱动器、运动控制器等。第二控制收发电路501的输出端与开关检测控制电路502的输入端连接，且开关检测控制电路502的输出端与第二控制收发电路501的输入端连接。驱动电路6包括电机控制及驱动电路601和电机602。电机控制及驱动电路601的输出端和电机602的输入端连接，且电机602的输出端与电机控制及驱动电路601的输入端连接。开关检测电路3通过第二无线通信协议与开关检测控制电路5连接，经由第二手控盒收发电路303发送信号至第二控制收发电路501。在本实施例中，第二无线通信协议可以但不限于wifi、蓝牙、zig-bee和uwb等。第二控制收发电路501接收到信号，检查时间序列信号持续增加，用以确认第二微控制器mcu2和第二控制收发电路501的对应软件仍持续正常进行，同时通过对冗余和检验编码的检查确保通信信号未被干扰。接着，将解码后的运动使能信号发送给开关检测控制电路502。在本实施例中，当且仅当运动信号收发电路2和开关检测电路3都正确的获得了运动控制信号时，此时电机控制及驱动电路601才会向电机602供电并按要求运动。
46.请参阅图3所示，在本实用新型一实施例中，开关状态检测阻容302包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第一电容c1和第二电容c2。第一电阻r1一端与第一使能开关s1连接，另一端与第二电阻r2连接。第二电阻r2的两端与第一阻容c1连接。第三电阻r3一端与第二使能开关s2连接，另一端与第四电阻r4连接。第四电阻r4的两端与第二阻容c2连接。电源处理电路301包括第三电容c3和稳压电源305。稳压电源305一端与第二微处理器mcu2连接，另一端与第三电容c3连接，且第三电容c3与第二使能开关s2连接。电压监测电路304包括第一模数转换电路adc1和第二模数转换电路adc2。第一模数转换电路adc1
一端与第一电容c1连接，另一端与第二微处理器mcu2连接。第二模数转换电路adc2一端与第二电容c2连接，另一端与第二微处理器mcu2连接。
47.请参阅图2至图3所示，在本实用新型一实施例中，对于每一段特定的时间段，在使用无线手控和进行运动控制之前，需要对第一使能开关s1和第二使能开关s2进行检测。当操作者同时按下第一使能开关s1和第二使能开关s2时，经过短暂的时间后，电压处理301中的第三电容c3充电到电源1的电压。第一阻容c1和第二阻容c2分别充电到第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3、第四电阻r4对电源1的电压分压产生的电压值，并通过第一模数转换电路adc1和第二模数转换电路adc2进行采样，经由第二微控制器mcu2和第二手控盒收发电路303发出。
48.请参阅图2至图3所示，在本实用新型一实施例中，操作者同时按下第一使能开关s1和第二使能开关s2以此完成充电，之后，保持第一使能开关s1为按下状态，第二使能开关s2为松开状态。在本实施例中，稳压电源305为采用boost或buck-boost等结构的具有升压功能的开关型稳压电源，可以保证在使能开关断开后一小段时间内，第二微处理器mcu2和第二手控盒收发电路303等仍然可以正常工作。此时，第一模数转换电路adc1采集到的第一阻容c1上的电压仍然为r1、r2对电源1分压产生的电压值，而第二模数转换电路adc2采集到的第二电容c2上的电压随时间推移不断下降。通过此步骤，以此检查第二使能开关s2的断开功能是正常的。另外通过对电压降低过程的测试，以及与标定时数据或理论计算进行比较，还可以验证开关电容网络和第二模数转换电路adc2的状态是否正常。最后，操作者再次同时按下第一使能开关s1和第二使能开关s2，给电路中各个电容进行充电。
49.请参阅图2至图3所示，在本实用新型一实施例中，操作者同时按下第一使能开关s1和第二使能开关s2以此完成充电，之后，保持第二使能开关s2为按下状态，第一使能开关s1为松开状态。如果第一电阻r1与第三电阻r3、第二电阻r2与第四电阻r4、第一电容c1与第二电容c2的参数对应相等，那么此时第一模数转换电路adc1和第二模数转换电路adc2采集到的第一电容c1和第二电容c2上的电压应以相同的速度下降。如果第一电阻r1与第三电阻r3、第二电阻r2与第四电阻r4、第一电容c1与第二电容c2的参数不对应相等，那么第一模数转换电路adc1和第二模数转换电路adc2采集到的电压也可以和标定时的数据或理论计算进行比较。通过此步骤，以此检查第一使能开关s1的断开功能是正常的。另外通过对电压降低过程的测试，及与标定时的数据或理论计算进行比较，还可以验证开关电容网络、第一模数转换电路adc1和第二模数转换电路adc2的状态是否正常。
50.请参阅图3所示，在本实用新型一实施例中，完成对第一使能开关s1和第二使能开关s2进行的按键检测后，实现系统对全部元件进行故障检查。当所有器件都没有发现异常时，则可以确保安全的使用运动使能功能。在本实施例中，按键检测之后的使用时间限度为一天或半天。超过了此时间限度后，系统将禁止运动，需要再次进行上述检测。
51.综上所述，本实用新型提供的一种无线手控盒装置，设计相互独立的运动信号收发电路2和开关检测电路3，且开关检测电路3内设置的第一使能开关s1和第二使能开关s2满足单一故障安全的要求。通过第一无线通信协议将运动信号收发电路2与运动信号控制电路4连接，通过第二无线通信协议将开关检测电路3与开关检测控制电路5连接，采用不同的通信协议，最大程度的避免干扰造成的通信误码。并且通过不同的编码策略，保证即便出现误码，错误不能被检测到的概率也足够低。在本实施例中，无线手控盒摆脱了有线手控盒
的电缆约束，使得操作者可以把注意力更加集中在运动部件本身的状态和可能发生的碰撞风险，从而提高了系统整体的安全性。
52.上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

技术特征：

1.一种无线手控盒装置，其特征在于，包括：电源；运动信号收发电路，其一端与所述电源连接；运动信号控制电路，通过第一无线通信协议与所述运动信号收发电路的另一端连接；开关检测电路，其一端与所述电源连接；开关检测控制电路，通过第二无线通信协议与所述开关检测电路的另一端连接；以及驱动电路，连接于所述运动信号控制电路和所述开关检测控制电路。2.根据权利要求1所述的一种无线手控盒装置，其特征在于，所述开关检测电路包括第一使能开关，且所述第一使能开关一端与所述电源连接。3.根据权利要求2所述的一种无线手控盒装置，其特征在于，所述开关检测电路包括第二使能开关，且所述第二使能开关一端与所述第一使能开关的另一端连接。4.根据权利要求3所述的一种无线手控盒装置，其特征在于，所述开关检测电路包括电源处理电路，且所述电源处理电路与所述第二使能开关的另一端连接。5.根据权利要求3所述的一种无线手控盒装置，其特征在于，所述开关检测电路包括开关状态检测阻容网络，且所述开关状态检测阻容网络与所述第一使能开关和所述第二使能开关连接。6.根据权利要求5所述的一种无线手控盒装置，其特征在于，所述开关状态检测阻容网络设置有第一电阻和第二电阻，所述第一电阻一端与所述第一使能开关连接，另一端与所述第二电阻连接。7.根据权利要求6所述的一种无线手控盒装置，其特征在于，所述开关状态检测阻容网络设置有第三电阻和第四电阻，所述第三电阻一端与所述第二使能开关连接，另一端与所述第四电阻连接。8.根据权利要求7所述的一种无线手控盒装置，其特征在于，所述开关状态检测阻容网络设置有第一电容和第二电容，所述第一电容与所述第二电阻连接，所述第二电容与所述第四电阻连接。9.根据权利要求8所述的一种无线手控盒装置，其特征在于，所述开关检测电路包括电压监测电路，且所述电压监测电路设置有第一模数转换电路和第二模数转换电路。10.根据权利要求9所述的一种无线手控盒装置，其特征在于，所述第一模数转换电路与所述第一电容连接，所述第二模数转换电路与所述第二电容连接。

技术总结

本实用新型公开了一种无线手控盒装置，包括：电源；运动信号收发电路，一端与所述电源连接；运动信号控制电路，通过第一无线通信协议与所述运动信号收发电路另一端连接；开关检测电路，一端与所述电源连接；开关检测控制电路，通过第二无线通信协议与所述开关检测电路另一端连接；驱动电路，与所述运动信号控制电路和所述开关检测控制电路连接。本实用新型提供的一种无线手控盒装置，提高了系统整体的安全性。性。性。