集成定時器系統在醫療設備中的應用

張谷敏 張 偉* 尹曉峰 張 康 李興東

集成定時器系統在醫療設備中的應用

張谷敏①張 偉①*尹曉峰①張 康①李興東①

目的：通過對集成定時器系統的研究，及其在醫學工程領域中的一些應用，闡述集成定時器系統的優越性，進而體現其在未來領域中的應用價值。方法：以555時基集成電路定時器為核心芯片，外加電阻、電容可以組成性能穩定而精確的多諧振蕩器、單穩態觸發電路及施密特觸發器等電路，來驅動負載等電器件工作。結果：以555時基集成電路為核心的集成定時器，運行穩定且精度較高，電源適用范圍寬且耗能低。結論：基于集成定時器系統的延時電路結構簡單，具有成本低、精度高等優點，其將在科技、軍事及醫療等領域有更加廣泛的應用前景。

555時基集成電路；觸發；延時器；芯片

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

555時基集成電路定時器是模擬功能和數字功能相結合的一種集成器件，555定時器芯片在信號的產生、變換、控制和檢測中應用非常廣泛，在555時基定時器外加少量的電阻、電容即可組成性能穩定而精確的集成定時器、多諧振蕩器、單穩態觸發電路以及施密特觸發器等，可用來直接驅動繼電器等負載工作；利用555為核心的延時器與醫用設備相連接，進而控制設備運轉起到節能保護的作用，其應用更加廣泛[1-2]。基于此，本研究通過對集成定時器系統的研究，及其在醫學工程領域中的一些應用，闡述集成定時器系統的優越性，進而體現其在未來領域中的應用價值。

圖1 555定時器內部結構框圖

1 集成定時器工作原理

555集成定時器是由上、下2個電壓比較器，3個5 kΩ的電阻，一個RS觸發器，一個放電三極管T以及功率輸出級組成[3](如圖1所示)。

圖中比較器C1的反向輸入端5接到由3個5 kΩ電阻組成的分壓網絡的2/3 Vcc處(5又稱控制電壓端)，同相輸入端2為閾值電壓輸入端。比較器C2同相輸入端接到分壓網絡的1/3 Vcc處，反相輸入端2為觸發電壓輸入端，用來啟動電路，2個比較器的輸出控制RS觸發器[4]。當比較器C22端的觸發輸入電壓V2＜1/3 Vcc、比較器C16端的閾值輸入電壓V6＜2/3 Vcc時，C2輸出為1，C1輸出為0，即RS觸發器的S=1，R=0，故觸發器置位(置1)，Q=0，所以放電三極管T截止。而當V2＞1/3 Vcc，V6＞2/3 Vcc時，S=0，R=1，觸發器被復位(置0)，Q=1，放電三極管T導通。此外，RS觸發器還設有復位端RD4，當復位端處于低電平時，輸出3為低電平。控制電壓端5是比較器的C1的基準電壓，通過外接元件或電壓源可改變控制端的電壓值，即可改變比較器的C1，C2的參考電壓。不同時可將其與地之間接一個0.01 μF的電容，即可防止干擾電壓引入[5-6]。555的電源電壓范圍為4.5～18 V，輸出電流可達100～200 mA，能直接驅動小型電機、繼電器和低阻抗揚聲器

2 集成定時器系統在醫用催眠器中的應用

2.1 催眠器電路

一款用分立元件制作的醫用催眠器電路，其在工作時會發出“滴滴滴”的模擬水聲，若失眠者專心地聽此水聲，則很快能入睡。時基電路555構成一個極低頻振蕩器，輸出一個個短的脈沖，使揚聲器發出類似雨滴的聲音。雨滴聲的速度可以通過100 K電位器來調節到合適的程度，如果在電源端增加一簡單的定時開關，則可以在使用者進入夢鄉后及時切斷電源[7](如圖2所示)。

圖2 醫用催眠器電路圖

2.2 催眠器電路工作原理

催眠器由電路振蕩器和定時器電路組成，振蕩器由單晶體管Vu和電阻器R2，電容器C2組成的張弛振蕩器，在震蕩時能輸出寬度為1.02 ms，間隔為1.4 s的窄脈沖信號。通過蜂鳴器HA發出滴水聲，實時電路由晶體管V1、V2以及啟動按鈕S1和終止按鈕S2等組成，用來控制振蕩器工作。按動S1電容C1瞬間充滿電，V2因基極正偏而導通，使V1同樣導通，9 V電壓經Vi(c、e極)加至振蕩器，使振蕩器震蕩工作約為1 h，C1經電阻R1和V2的b、e極放電結束，V2截止后使V1也截止，振蕩器停止工作。在振蕩器工作期間，若按下S2則C1會經過S2迅速放電，使V2、V1均截止，振蕩器停止工作[8]。

2.3 催眠器的改進電路

利用集成定時器能組裝成多諧振蕩器，輸出一系列不同頻率的脈沖的特性，用555時基集成電路代替上述電路的定時部分，只需很少的器件，規模大為縮小。

3 在Proud軟片沖洗機中的應用

3.1 工作原理

將555時基集成電路外圍電器元件組成的延時器與軟片沖洗機電路進行連接[9-10]。當醫用膠片送入沖洗機膠片輸入口時，膠片壓合進片開關K，繼而使得繼電器J接通+V電壓，吸合銜接點J1，吸合后觀察使555時基集成電路的2、6腳電位，二者均為0 V，使得3腳輸出高電位，驅動輸片電機繼續工作；當膠片通過膠片輸入口后，進片開關K打開，繼電器J與高電壓斷開，其接點J1打開，電源5 V經R對C充電，經1 s的時間555時基集成電路的3腳輸出低電位，輸片電機隨即停止運行，起到節電保護的作用，555時基集成電路外圍電器元件組成的延時器與軟片沖洗機電路連接如圖4所示。

圖3 改進的醫用催眠器電路圖

圖4 輸片電機延時控制電路圖

3.2 應用結果

集成電路定時系統應用后的數據顯示，該醫用軟片沖洗機加裝了以集成定時器為核心的延時電路模塊，能夠滿足醫院沖洗膠片的要求，且延時器工作穩定、可靠，精度高，實現了沖洗機在不進行沖洗作業時電動機自動停止，從而減輕了輥軸之間的磨損，降低了設備維護成本，極大提高了洗片的質量和效率[11-12]。

4 結語

基于集成定時器系統具有延時電路結構簡單、成本低及精度高等優點，已成熟應用于科技、軍事及醫療等領域[13-15]。而隨著電子技術的不斷發展，智能系統的發展空間非常大，為了滿足醫療設備自動化水平的要求，延時電路配合醫療設備同時使用，使醫療設備的檢測參數更加精準，以滿足醫院臨床的需要。

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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

A

2015-08-26

①濟南軍區聯勤部藥品儀器檢驗所裝備維修室 山東 濟南 250022

*通訊作者：feitianlongzw@126.com

張谷敏,男,(1976- ),本科學歷，工程師。濟南軍區聯勤部藥品儀器檢驗所裝備維修室，從事部隊衛生裝備的招標、管理、維修及研發工作。