集成定时器系统在医疗设备中的应用

2015-03-04张谷敏尹晓峰李兴东

中国医学装备 2015年12期

张谷敏张伟* 尹晓峰张康李兴东

集成定时器系统在医疗设备中的应用

张谷敏①张伟①*尹晓峰①张康①李兴东①

目的：通过对集成定时器系统的研究，及其在医学工程领域中的一些应用，阐述集成定时器系统的优越性，进而体现其在未来领域中的应用价值。方法：以555时基集成电路定时器为核心芯片，外加电阻、电容可以组成性能稳定而精确的多谐振荡器、单稳态触发电路及施密特触发器等电路，来驱动负载等电器件工作。结果：以555时基集成电路为核心的集成定时器，运行稳定且精度较高，电源适用范围宽且耗能低。结论：基于集成定时器系统的延时电路结构简单，具有成本低、精度高等优点，其将在科技、军事及医疗等领域有更加广泛的应用前景。

555时基集成电路；触发；延时器；芯片

[First-author's address]Institute for Drug and Instrument Control, Jinan Military Area Command, Jinan 250022, China.

555时基集成电路定时器是模拟功能和数字功能相结合的一种集成器件，555定时器芯片在信号的产生、变换、控制和检测中应用非常广泛，在555时基定时器外加少量的电阻、电容即可组成性能稳定而精确的集成定时器、多谐振荡器、单稳态触发电路以及施密特触发器等，可用来直接驱动继电器等负载工作；利用555为核心的延时器与医用设备相连接，进而控制设备运转起到节能保护的作用，其应用更加广泛[1-2]。基于此，本研究通过对集成定时器系统的研究，及其在医学工程领域中的一些应用，阐述集成定时器系统的优越性，进而体现其在未来领域中的应用价值。

图1 555定时器内部结构框图

1 集成定时器工作原理

555集成定时器是由上、下2个电压比较器，3个5 kΩ的电阻，一个RS触发器，一个放电三极管T以及功率输出级组成[3](如图1所示)。

图中比较器C1的反向输入端5接到由3个5 kΩ电阻组成的分压网络的2/3 Vcc处(5又称控制电压端)，同相输入端2为阈值电压输入端。比较器C2同相输入端接到分压网络的1/3 Vcc处，反相输入端2为触发电压输入端，用来启动电路，2个比较器的输出控制RS触发器[4]。当比较器C22端的触发输入电压V2＜1/3 Vcc、比较器C16端的阈值输入电压V6＜2/3 Vcc时，C2输出为1，C1输出为0，即RS触发器的S=1，R=0，故触发器置位(置1)，Q=0，所以放电三极管T截止。而当V2＞1/3 Vcc，V6＞2/3 Vcc时，S=0，R=1，触发器被复位(置0)，Q=1，放电三极管T导通。此外，RS触发器还设有复位端RD4，当复位端处于低电平时，输出3为低电平。控制电压端5是比较器的C1的基准电压，通过外接元件或电压源可改变控制端的电压值，即可改变比较器的C1，C2的参考电压。不同时可将其与地之间接一个0.01 μF的电容，即可防止干扰电压引入[5-6]。555的电源电压范围为4.5～18 V，输出电流可达100～200 mA，能直接驱动小型电机、继电器和低阻抗扬声器

2 集成定时器系统在医用催眠器中的应用

2.1 催眠器电路

一款用分立元件制作的医用催眠器电路，其在工作时会发出“滴滴滴”的模拟水声，若失眠者专心地听此水声，则很快能入睡。时基电路555构成一个极低频振荡器，输出一个个短的脉冲，使扬声器发出类似雨滴的声音。雨滴声的速度可以通过100 K电位器来调节到合适的程度，如果在电源端增加一简单的定时开关，则可以在使用者进入梦乡后及时切断电源[7](如图2所示)。

图2 医用催眠器电路图

2.2 催眠器电路工作原理

催眠器由电路振荡器和定时器电路组成，振荡器由单晶体管Vu和电阻器R2，电容器C2组成的张弛振荡器，在震荡时能输出宽度为1.02 ms，间隔为1.4 s的窄脉冲信号。通过蜂鸣器HA发出滴水声，实时电路由晶体管V1、V2以及启动按钮S1和终止按钮S2等组成，用来控制振荡器工作。按动S1电容C1瞬间充满电，V2因基极正偏而导通，使V1同样导通，9 V电压经Vi(c、e极)加至振荡器，使振荡器震荡工作约为1 h，C1经电阻R1和V2的b、e极放电结束，V2截止后使V1也截止，振荡器停止工作。在振荡器工作期间，若按下S2则C1会经过S2迅速放电，使V2、V1均截止，振荡器停止工作[8]。

2.3 催眠器的改进电路

利用集成定时器能组装成多谐振荡器，输出一系列不同频率的脉冲的特性，用555时基集成电路代替上述电路的定时部分，只需很少的器件，规模大为缩小。

3 在Proud软片冲洗机中的应用

3.1 工作原理

将555时基集成电路外围电器元件组成的延时器与软片冲洗机电路进行连接[9-10]。当医用胶片送入冲洗机胶片输入口时，胶片压合进片开关K，继而使得继电器J接通+V电压，吸合衔接点J1，吸合后观察使555时基集成电路的2、6脚电位，二者均为0 V，使得3脚输出高电位，驱动输片电机继续工作；当胶片通过胶片输入口后，进片开关K打开，继电器J与高电压断开，其接点J1打开，电源5 V经R对C充电，经1 s的时间555时基集成电路的3脚输出低电位，输片电机随即停止运行，起到节电保护的作用，555时基集成电路外围电器元件组成的延时器与软片冲洗机电路连接如图4所示。

图3 改进的医用催眠器电路图

图4 输片电机延时控制电路图

3.2 应用结果

集成电路定时系统应用后的数据显示，该医用软片冲洗机加装了以集成定时器为核心的延时电路模块，能够满足医院冲洗胶片的要求，且延时器工作稳定、可靠，精度高，实现了冲洗机在不进行冲洗作业时电动机自动停止，从而减轻了辊轴之间的磨损，降低了设备维护成本，极大提高了洗片的质量和效率[11-12]。

4 结语

基于集成定时器系统具有延时电路结构简单、成本低及精度高等优点，已成熟应用于科技、军事及医疗等领域[13-15]。而随着电子技术的不断发展，智能系统的发展空间非常大，为了满足医疗设备自动化水平的要求，延时电路配合医疗设备同时使用，使医疗设备的检测参数更加精准，以满足医院临床的需要。

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Application of the integrated timer system in the medical equipment/

ZHANG Gu-min, ZHANG Wei, YI Xiao-feng, et al//
China Medical Equipment,2015,12(12):64-66.

Objective:Based on the research of the integrated timer system, and its applications in the field of medical engineering, it illustrated the advantages of integrated timer system, and then demonstrated its application values in the field of the future.Methods:With 555 time base timer as the core chip, and added a small amount of resistances and capacitances, they can form stable performance, precise multivibrator, monostable trigger circuit, Schmitt trigger circuit to drive the work load.Results:With a 555 time base integrated circuit as the core of integrated timer, the integrated timer system runs stably and has some other advantages on high precision, wide application and low consumption.Conclusion:It will have a wider application prospect in science and technology, military, medical and other fields ,for the integrated timer delay circuit's simple structure simple, low cost, high accuracy, etc.

555 Time base integrated circuit; Trigger; Delayer; Chip

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.12.020

1672-8270(2015)12-0064-03

R197.324