剖析美敦力PB560呼吸機(jī)產(chǎn)品架構(gòu)設(shè)計(jì)

新冠病毒肆虐全球，危害人類，海外形式愈演愈烈，形式不容樂觀。個(gè)人認(rèn)為美敦力是一家極具社會責(zé)任感的公司，為緩解呼吸機(jī)供應(yīng)短缺，將其PB560呼吸機(jī)設(shè)計(jì)圖紙全部開源，以期有更多廠家工程師能參與，緩解呼吸機(jī)供應(yīng)難題，應(yīng)對新冠病毒危機(jī)。故此筆者將抽出時(shí)間將其設(shè)計(jì)進(jìn)行系列解讀，以期如有生產(chǎn)廠商看到本系列文章，能幫助其理解PB560的設(shè)計(jì)，快速切入，提高產(chǎn)能保證質(zhì)量，在這些技術(shù)方面能盡些綿薄之力

另外一個(gè)原因也為學(xué)習(xí)之用，深入學(xué)習(xí)一下醫(yī)療大廠的產(chǎn)品設(shè)計(jì)風(fēng)格，設(shè)計(jì)思路。分享或許有這方面的朋友，以供交流之用。

本文就其總體設(shè)計(jì)方面進(jìn)行個(gè)人解讀，主要涵蓋產(chǎn)品總體需求概述，產(chǎn)品硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。用時(shí)很短，且個(gè)人水平所限，如其中有疏忽錯(cuò)漏之處，請不吝指正，感激不盡。

聲明：本文屬于公益文章，如因采用文中錯(cuò)誤帶來的法律后果，本人概不負(fù)責(zé)，如涉及侵權(quán)，請聯(lián)系筆者刪除文章。

軟件需求用例

通過快速瀏覽10037185AB0 - Software Requirements Specification Document整理出美敦力PB560呼吸機(jī)的基本軟件需求用例如下：

該呼吸機(jī)實(shí)現(xiàn)的基本功能為：

• 基本的輔助病人呼吸的功能，包括氣路壓力控制、壓力監(jiān)控、潮氣監(jiān)控等等需求功能。

• 復(fù)雜的故障診斷功能：包括高/低壓報(bào)警、窒息報(bào)警、潮氣過高/過低報(bào)警，流速監(jiān)控報(bào)警、基本管路報(bào)警、供電系統(tǒng)報(bào)警（電源丟失、電壓異常等）、電池系統(tǒng)故障報(bào)警、通訊報(bào)警等等故障自診斷功能。

• HMI人機(jī)交互需求：操作者需要實(shí)現(xiàn)配置參數(shù)、顯示使用狀態(tài)、顯示歷史事件記錄信息。

• 呼吸機(jī)標(biāo)定需求：主要標(biāo)定氣流量、各傳感器準(zhǔn)度校驗(yàn)。

• USB通訊需求：主要實(shí)現(xiàn)呼吸機(jī)與U盤通訊，實(shí)現(xiàn)歷史記錄導(dǎo)出等功能，因此呼吸機(jī)從軟件層面需實(shí)現(xiàn)USB HOST。

硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)

電路原理圖位于：

medtronic-pb560-ventilator-system-file-set-1\Electrical Schematics\PB560 - Electrical Schematics\

從圖上可知：

• 電源系統(tǒng)：主電源由AC提供，同時(shí)提供兩路電池供電，其中第1路內(nèi)置BATT1，第2路可選

• PB560 可對PB500供電

• 主控鍵盤由主控芯片控制，主控芯片為ST10F276Z5T3，參見4096600E03001_CPU BOARD SCH

• 實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇可選配控制

通過閱讀PB560 - Electrical Schematics下的電路圖做了其基本電路架構(gòu)分析框圖：

整個(gè)產(chǎn)品采用了ST10F276Z5T3為主控芯片，同時(shí)采用了PIC18F6622負(fù)責(zé)電源系統(tǒng)管理控制，PIC18F43K22T負(fù)責(zé)第2路電池管理控制。所以PB560共采用了3片單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制。

由圖可知，PB560由以下幾塊電路板組成：

• 主控CPU板，主控芯片為ST10F276Z5T3，為STM32的前身，原理圖為4096600E03001_CPU BOARD SCH，實(shí)現(xiàn)主要功能：

• LED狀態(tài)顯示

• 潮氣控制

• 蜂鳴器控制，PWM接口控制

• 閥門控制，以實(shí)現(xiàn)氣路控制，PWM接口控制

• 氧氣控制，利用PWM控制

• 看門狗

• 雙路RTC時(shí)間管理，猜想是一種醫(yī)療器械功能安全設(shè)計(jì)

• ARF433MHz 無線報(bào)警功能

• 環(huán)境溫度檢測

• 各種參數(shù)檢測，包括氧氣、二氧化碳、壓力、泵速、泵溫、氣流流速等參數(shù)監(jiān)測

• 電源系統(tǒng)電壓節(jié)點(diǎn)電壓監(jiān)測，主要包括3.3V、24V、AC電源等節(jié)點(diǎn)

• 日志FLASH管理，主要實(shí)現(xiàn)日志存取管理

• 外接RAM，主要為系統(tǒng)提供內(nèi)存

• 監(jiān)控存儲器，沒有閱讀代碼，估計(jì)是一種功能安全設(shè)計(jì)考慮

• EEPROM管理，主要存儲設(shè)備配置信息，由SPI接口實(shí)現(xiàn)

• 供電控制板，詳細(xì)信息見10039639C00_Power Supply Board - Tantalum Less_SCH，主要實(shí)現(xiàn)：

• 內(nèi)置電池管理，包括充電管理、溫度監(jiān)控、電池信息管理（電池內(nèi)置EEPROM）

• AC/DC電源管理，主要實(shí)現(xiàn)電壓監(jiān)控

• 外部DC電源管理，主要實(shí)現(xiàn)外部DC電源電壓監(jiān)控

• USB HOST實(shí)現(xiàn)，其控制由主芯片ST10F276Z5T3通過SPI實(shí)現(xiàn)，USB HOST芯片選用賽普拉斯。
  CY7C67300，該芯片外接RAM芯片，選用賽普拉斯CY7C1021CV33，實(shí)現(xiàn)對外兩個(gè)USB接口功能，用于外接U盤，估計(jì)是用來對外導(dǎo)出歷史數(shù)據(jù)，對內(nèi)導(dǎo)入?yún)?shù)，亦或更新固件，還沒有閱讀代碼，具體暫時(shí)未知。

  USB HOST放在這塊實(shí)現(xiàn)，而控制為主CPU實(shí)現(xiàn)，個(gè)人認(rèn)為應(yīng)是機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配需求。

• USB串口，利用FT2232實(shí)現(xiàn)USB串口，該功能主要與電腦通信

• 供電控制板2，主要實(shí)現(xiàn)電池組2的管理，與主控板的接口沒有深究。原理圖為10105965B00_10106052_POWERPACK2 BOARD (DUAL BATTERY)

• 氣泵控制板，主要實(shí)現(xiàn)氣路控制，泵由無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。同時(shí)實(shí)現(xiàn)泵溫檢測、速度檢測、剎車控制、使能控制、速度設(shè)定、速度控制與主控芯片利用PWM實(shí)現(xiàn)。原理圖見4096600.E00.001_Schma Carte Commande Turbine RB0505 IND03

• 蜂鳴器控制板，主控芯片利用PWM實(shí)現(xiàn)蜂鳴器控制，該板主要為模擬放大電路，最終驅(qū)動(dòng)蜂鳴器提供聲音報(bào)警功能。

主控板CPU部分原理圖如下：

原理圖不是太清楚，如有興趣請去官網(wǎng)下載。

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