用于起博器的互备非接触供电电路研究

将第一、第二无线模块设为路由器,第三无线模块设为协调器。协调器负责建立ZigBee网络；第一、第二无线模块之间的通信都要经过第三无线模块中继。
将第一无线模块的I/O接口称为第一I/O口；第二无线模块的I/O口称为第二I/O口。
第一无线模块上电时先判断电源是否欠压，如欠压则向第二无线模块发送第一直流电源欠压信息并向第一I/O口写0。如电压正常再判断与第二无线模块是否通信成功，如不成功，则向第一I/O口写1；如成功，则进一步判断电源UDC2电压是否正常。如果电源UDC2欠压，则向第一I/O口写1；如电源UDC2电压正常，再判断第一I/O口是否为1，如果第一I/O口为1且第三无线模块确认，则向第一I/O口写1，否则写0，然后将第一I/O口的状态、电源UDC1电源电压的采样值发到第二无线模块；然后无限循环。
无线模块的I/O口输出1时，经过隔离与转换，得到10~15 V的高电平驱动开关管S13，这时开关管S13闭合；反之，开关管S13断开，谐振型变换器断电。
当通信刚成功时，如果电源UDC1、UDC2电压均正常，则第一无线模块向第一I/O口写1；第二无线模块向第二I/O口写0。除此之外，两个体外供电装置的流程图相同。
第三无线模块除了用于控制起搏器以及传输生理信号外，还用于检测输出电压信号UL。当第一、二无线模块的直流电源UDC1、UDC2电压均正常，其中一个体外供电装置投入后，输出电压信号UL低于一定值而不能满足负载需要时，第三无线模块通知另一个无线模块立即启动，使其控制的体外供电装置自动投入。
当无线模块CC2530工作在无线通信状态时,耗电达到毫安级；不在通信状态时则可进入待机状态，无线模块的耗电低至0.6 μA。待机状态时无线模块的A/D检测、I/O控制由DMA通道完成，此时无线模块和起搏器的总耗电量仅为几十微安，功率200 μW，发热量极微小。可见有必要减少通信次数，一般设定为1次/s，或1次/10 s较为合适。
CC2530芯片自带温度测量功能，由于植入人体的器械的允许温升为2℃，当病人发烧导致电路过热时，可采用体外供电装置分时供电的办法，断电时依靠电容Cd的储能为起搏器供电，无线模块则一直处于待机状态。此时如果起搏器有欠压现象，需要切换体外供电装置，由DMA通道触发中断唤醒无线模块。
4 仿真和实验结果
选用基于Zigbee协议的无线模块CC2530用于控制与通信,体外供电装置直流电源UDC1、UDC2电压为18 V，受电装置输出直流电压UL=3 V。使用仿真软件PSPICE进行模拟验证，并制作了样机。
试验数据表明，当谐振频率f=58.82 kHz，体外供电装置的电源电压设定在18 V，最大电压设定为36 V。体外供电装置的电源电流保护动作值设定为100 mA。正常的心脏起搏器用电电流仅为几十μA。实验波形如图5所示。

本文提出了双路互备非接触式心脏起搏器电源系统，该系统设置一个体内电能接收装置，两个体外供电装置。两个体外供电装置均可独立向体内电能接收装置供电。采用无线单片机模块控制体外供电装置，使其互为备用、欠压自动切换、互相检测低电量和故障状态。当第一、第二无线模块的直流电源UDC1、UDC2电压均正常，其中一个体外供电装置投入后，输出电压信号UL低于一定值而不能满足负载需要时，第三无线模块通知另一个无线模块立即启动，使其控制的体外供电装置自动投入，这种方法进一步提高了供电的可靠性。
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