电动手术床的控制电路设计

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1、电动手术床的控制电路设计电动手术床是广泛应用于大中型医院麻醉科手术室的必备设备之一，而进口手术床的电路设计多采用 单片机系统来实现，其结构较为复杂，性能不够稳定，故障率较高，且出现故障后难以修复，给手术 医生和病人带来不便。为此，我们针对上述问题并结合手术床的功能特点，采用进口继电器组合作为 无功耗电动手术床控制电路的主要形式，所设计的控制电路使用方便，可靠性高，性能稳定，经久耐 用，并实现了无功耗待机，为手术床控制电路的设计开辟了新的思路。1 设计要点该手术床的控制电路可靠性高且待机无功耗，采用蓄电池组供电，能保证较长的工作时间；手术床 能实现上下、左右、前后六个方向的移动，并带限位功能 ；

2、控制电路采用全密封设计，防止电路受潮 与短路；手控盒采用专业制造的薄膜按键面板，按键电流小于13mA,使用寿命较长；电路设计简洁、 实用、可靠.2 电路组成及原理手术床控制电路原理图如图 1 所示。主要组成部分为油泵，主继电器， 六路电磁阀、限位器、继电器组，以及蓄电池组，充电器和手控盒等。其电路原理以向前移动为例进 行说明 ：当操作者按下手控盒上的前移按键时，主继电器和继电器 1 同时接通，此时油泵电机工作 ； 当手术床移动的有效范围内时，限位开关 1 为闭合，电磁阀 1 开启，通过液压传动机构驱动手术床向 前移动，一旦手术床移位超出控制的有效范围，限位开关1 断开，电磁阀 1 不启动，故手

3、术床不能继 续移动。依次类推其余方向。手术床控制电路实际电路图如图 2 示。限位器组共包含 6 个限位开关 ； 6路继电器组线圈均选取2kQ阻值，以保证每个薄膜按键开关电流小于13mA ；蓄电池组由4块 6V/12AH 的铅酸电池串联组成，并配有 24V/10AH 专用充电器定期给手术床蓄电池充电 ；手控盒按 键界面采用专业设计制造的薄膜按键面板 ；另外床体、液压结构及传动机构采用原有德国肯莎维 (Kenswick) 手术床的基本结构。图 2 中， K1 至 K6 为手控盒控制按键 ； X1 至 X6 为限位器，即 常闭限位控制开关；R1至R6为继电器线圈电阻；D1至D6为发光二极管，显示电磁

4、阀工作状态； J1 至 J6 分别为 6 路继电器的双联双掷开关，通过它们同时控制各路电磁阀和主继电器工作，再通过 主继电器接通油泵电机 ；电容 C 消除继电器触点火花。本电路通过左边虚线部分电路与右边虚线部 分电路的组合来完成手术床的控制功能，左边虚线部分电路为某一方向的控制电路，而右边虚线部分 电路为主继电器所控制的油泵电路，本设计可根据实际情况调整所需电路，扩展到六路以上的电路来 满足更多需求，方法简单易于实现。3 结论与临床应用于 2006 年 5 月将该电路安装应用于我院13 台已报废的德国肯莎维 (Kenswick) 手术床上，通 过 2 年多的临床应用得到了使用科室的好评，操作简

5、便，易于维护，故障率低。由此证实了该项设计 是科学可行的，并具有可靠性高、性能稳定和待机无功耗的特点，可作为一种新的手术床控制方法推 广及应用。4 讨论 目前国内各类医院所用手术床种类繁多，简易的手术床控制机构有采用液压传动机械传动实现的，也有采用 CMOS 芯片逻辑控制方式实现的，但大多数是采用单片机系统来实现。采用单片机系统的主 要优点是易于实现手术床的各种功能，且功能的增减可以通过修改软件来实现，但其结构相对复杂且 有功耗，有可能对其它医疗设备造成干扰。对于手术床而言，由于使用频率较高，对电路稳定性和可 靠性要求更加突出，而电路可靠性与半导体芯片的质量相关，一旦出现故障不易维修且维修费用

6、较高。 针对上述情况，并结合手术床控制电路主要功能相对简单(由 6 至 8 个基本逻辑功能组成)，且对 可靠性要求较高的特点，我们设计了一种由继电器组合来实现的无功耗手术床控制电路。该设计的主 要特点在于 ：(1) 控制电路可靠性高，因为继电器相对于半导体器件不易发生故障，性能更加稳定 ；(2) 由于采用待机无功耗设计，并由蓄电池组供电，可减少手术床控制电路对医疗设备的干扰，并 能保证手术床有较长的工作时间，也为医生的使用和病人的安全提供了最大限度的保障，同时其方便 简易的按键操作，符合临床工作人员工作要求 ；(3) 不易发生故障，故障后维修简单且可修复性高，既降低了维修成本，提高了使用效率，

7、也间接 带来了一定的经济和社会效益。该电路设计的关键在于继电器参数的选择，我们曾经采用继电器和双 控制开关实现对手术床的控制，但不恰当的参数选择导致通过控制开关的电流达5A,不仅在控制过程 中产生火花，还易造成电路控制开关的损坏，最终达不到预期目标。本设计经过多次实测和比较，并不断完善电路，最终使得通过手控盒面板开关的电流小于 13mA， 大大低于以往的设计，故手术床手控盒可采用专业制造的薄膜按键面板来实现。基体采用铝合金，外 观紧凑，结实牢固，使用寿命长。根据以往经验，主继电器触点开关处易产生电火花，对其他医疗仪 器设备有干扰作用，为此，我们在主继电器触点两端并联一个100UF/50V的电容，基本消除了继电器 触点火花，迄今未发现对手术中的医疗设备有干扰现象。我们认为，该手术床控制电路的设计和实现， 不但为手术床控制电路的设计开辟了新的思路，也改变了电路设计一味依赖半导体芯片或单片机控制 的设计思想，在满足正常使用的前提下，通过简洁实用的技术就能达到同样的效果，并且具有很好的 可靠性和稳定性，这一做法是值得借鉴和推广的。