CN104901664B - 一种软硬件结合的开关机电路及开关机方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的软硬件结合的开关机电路及开关机方法，所述开关机电路包括开关机按键、处理器、电子开关、按键检测电路，所述开关机按键的信号输出端连接所述处理器的信号输入端、所述按键检测电路的信号输入端，所述处理器的信号输出端、按键检测电路的信号输出端连接所述电子开关的信号输入端；初始时所述电子开关为截断状态；开机时，按下所述开关机按键，通过所述处理器、所述按键检测电路之一控制所述电子开关导通开机完成；关机时，按下所述开关机按键，通过所述处理器、所述按键检测电路之一控制所述电子开关截断关机完成。通过本发明方案，用户操作简单，且避免关机或误操作时重要数据丢失。

Description

一种软硬件结合的开关机电路及开关机方法

技术领域

本发明涉及开关机电路技术领域，尤其涉及一种软硬件结合的开关机电路及开关机方法。

背景技术

目前医疗设备的开关机电路设计主要有两种类型的开关机按键，一种是可恢复按键，另一种是不可恢复按键；可恢复按键在开关机时给设备发送脉冲信号，不可恢复按键则发送固定电平信号。另外，目前医疗设备的开关机电路实际控制方式也主要有两种方式，一种是硬件控制开关机，另外一种是软件控制开关机。

考虑到医疗设备在实际使用时电源应不间断，因此一般在外接交流供电的同时，内部还有备用电池供电。如果设备开关机电路设计在交流供电和电池供电之后，并采用硬件直接开关机的方式，即开启或关闭完全由按键控制，这种方式按键断开时，设备电源立即掉电，因此在关机或误操作时对设备中数据保存相当不利。为了保障设备在关机或误操作时能够保存重要数据，软件控制开关机具有明显的优势。软件控制开关机，当设备关机时，实际通过设置延迟关机时间来保存重要数据，或确定是否为误操作。但是现有的软件控制开关机电路，当控制开关机电路的软件异常时，则设备无法正常关闭。

发明内容

本发明的目的在于提出一种软硬件结合的开关机电路及开关机方法，用户操作简单，且能够避免关机或误操作时重要数据丢失的问题，以及解决控制开关机电路的软件异常时设备无法正常关闭的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种软硬件结合的开关机电路，包括开关机按键、处理器、电子开关、按键检测电路，

所述开关机按键的信号输出端连接所述处理器的信号输入端、所述按键检测电路的信号输入端，所述处理器的信号输出端、按键检测电路的信号输出端连接所述电子开关的信号输入端；初始时所述电子开关为截断状态；

开机时，按下所述开关机按键，通过所述处理器、所述按键检测电路之一控制所述电子开关导通，开机完成；关机时，按下所述开关机按键，通过所述处理器、所述按键检测电路之一控制所述电子开关截断，关机完成。

其中，还包括电源输入接口和电源输出接口，

所述电源输入接口连接所述开关机按键的电源输入端、所述电子开关的电源输入端，所述电子开关的电源输出端连接所述电源输出接口。

其中，所述电子开关包括第一控制开关、第二控制开关和第三控制开关，

所述第一控制开关的信号输入端、第二控制开关的信号输入端连接所述处理器的信号输出端、所述按键检测电路的信号输出端，所述第一控制开关的信号输出端、第二控制开关的信号输出端连接第三控制开关的信号输入端，所述第三控制开关的电源输入端连接电源输入接口，所述第三控制开关的电源输出端连接所述处理器的电源输入端、所述电源输出接口；

开机时，按下所述开关机按键，开关机按键输出的信号使得所述第一控制开关和第三控制开关导通，所述处理器通电；所述处理器通电后输出的控制信号控制所述第二控制开关导通、所述第一控制开关截断，完成开机；或者，若所述处理器未输出控制信号，则当按住所述开关机按键的持续时间达到设定时长时，由所述按键检测电路检测到的关机信号控制所述第二控制开关导通、所述第一控制开关截断，完成开机；

关机时，按下所述开关机按键，所述处理器输出的控制信号使得所述第二控制开关和第三控制开关截断；或者，若所述处理器未输出控制信号，则当按住所述开关机按键的持续时间达到设定时长时，由所述按键检测电路检测到的关机信号使得所述第二控制开关和第三控制开关截断，完成关机。

其中，所述第一控制开关、第二控制开关均包含PMOS管和NMOS管，第三控制开关包含PMOS管。

其中，所述开关机按键设有与按键连接的去抖电容C1；所述电子开关还设有反向二极管D2。

其中，所述按键检测电路包括：555定时器U2和SN74LS161计数器U1，其中U2的引脚3为HW-LONG-SW信号输出引脚,U1的引脚2为HW-LONG-SW信号输入引脚，U1的引脚15为HW-PWR-OFF信号输出引脚。

本发明另一方面还提供一种软硬件结合的开关机方法，包括，

设置软硬件结合的开关机电路，包括开关机按键、处理器、电子开关、按键检测电路，所述开关机按键的信号输出端连接所述处理器的信号输入端、所述按键检测电路的信号输入端，所述处理器的信号输出端、按键检测电路的信号输出端连接所述电子开关的信号输入端，初始时所述电子开关为截断状态；

检测到按下所述开关机按键的开机信号，通过所述处理器输出的控制信号或者所述按键检测电路检测到的开机信号控制所述电子开关导通，实现开机；

检测到按下所述开关机按键的关机信号，通过所述处理器中输出的控制信号，或者通过所述按键检测电路检测到的关机信号控制所述电子开关截断实现关机。

其中，所述电子开关包括第一控制开关、第二控制开关和第三控制开关；

所述检测到按下所述开关机按键的开机信号，通过所述处理器输出的控制信号或者所述按键检测电路检测到的开机信号控制所述电子开关导通，实现开机，具体包括，

检测到按下所述开关机按键的开机信号，所述开关机按键的输出信号使得所述第一控制开关和第三控制开关导通，进而使得所述处理器通电；所述处理器通电后输出的控制信号控制所述第二控制开关导通、所述第一控制开关截断，完成开机；或者，若所述处理器未输出控制信号，则当按住所述开关机按键的持续时间达到设定时长时，由所述按键检测电路检测到的关机信号控制所述第二控制开关导通、所述第一控制开关截断，完成开机；

所述检测到按下所述开关机按键的关机信号，通过所述处理器中输出的控制信号，或者通过所述按键检测电路检测到的关机信号控制所述电子开关截断实现关机，具体包括，

所述处理器检测到按下所述开关机按键的关机信号，输出控制信号控制所述第二控制开关和第三控制开关截断，完成关机；若所述处理器未输出控制信号，则当按住所述开关机按键的持续时间达到设定时长时，所述按键检测电路检测到关机信号并控制所述第二控制开关和第三控制开关截断，完成关机。

其中，所述处理器通电后输出的控制信号控制所述第二控制开关导通、所述第一控制开关截断，具体为，

所述处理器通电后输出的第一控制信号控制所述第二控制开关导通，延时设定时间后，输出第二控制信号控制所述第一控制开关截断。

其中，所述设定时间为50毫秒。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明实施例的开关机电路设计，结合了软硬件开关机方式各自的优点，用户操作简单，且能够避免关机或误操作时重要数据丢失的问题，以及解决控制开关机电路的软件异常时设备无法正常关闭的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明第一实施例的软硬件结合的开关机电路的模块示意图。

图2是本发明第二实施例的软硬件结合的开关机电路的模块示意图。

图3是本发明第二实施例的开关机按键部分的电路图。

图4是本发明第二实施例的处理器的信号输出示意图。

图5是本发明第二实施例的按键检测电路中计数器部分的电路图。

图6是本发明第二实施例的按键检测电路中定时器部分的电路图。

图7是本发明第二实施例的电子开关部分的电路图。

图8是本发明第三实施例的软硬件结合的开关机方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合本发明的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

第一实施例

下面结合图1对本发明第一实施例的软硬件结合的开关机电路进行说明，至少包括四个部分：开关机按键、处理器、电子开关和按键检测电路，其中，所述开关机按键的信号输出端连接所述处理器的信号输入端、所述按键检测电路的信号输入端，所述处理器的信号输出端、按键检测电路的信号输出端连接所述电子开关的信号输入端；初始时所述电子开关为截断状态。

基于上述第一实施例的软硬件结合的开关机电路，开机时，按下开关机按键，通过所述处理器、所述按键检测电路之一控制所述电子开关导通，开机完成；关机时，按下所述开关机按键，通过所述处理器、所述按键检测电路之一控制所述电子开关截断，关机完成。

进一步的，通常开关机电路中还包括电源输入接口和电源输出接口，所述电源输入接口除了连接外部的交流供电，还连接内部的电池供电，所述电源输出接口连接设备处理器，以给设备处理器供电。本实施例中，所述电源输入接口连接所述开关机按键的电源输入端、所述电子开关的电源输入端，所述电子开关的电源输出端连接所述电源输出接口，换句话说，本实施例中外接的交流、内部的电池提供的电压均通过所述电子开关进行导通和截断，以控制设备的开机和关闭。

上述开关机电路可适用于呼吸机、麻醉机和监护仪等医疗设备。用户通过一个物理开关按键发出开机或者关机信号便可启动或关闭设备。设备开机或者关机时，由于上述开关机电路中由处理器参与电子开关的导通和截断的控制，使得设备可以实现延迟关机的功能，防止直接关机或者误关机导致设备中病人数据的丢失，对病人造成产生危害。如果设备仅仅依赖于处理器启动和关闭，那么在处理器中运行的软件异常时，设备将无法正常开机或断电关机，而上述开关机电路，由于按键检测电路完全是由硬件电路组成，在处理器中运行的软件异常时，因此可由按键检测电路控制设备开机或断电关机，有效地保障病人的安全。

通过本发明第一实施例，开关机电路设计结合了软硬件开关机方式各自的优点，用户操作简单，且能够避免关机或误操作时重要数据丢失的问题，以及解决控制开关机电路的软件异常时设备无法正常关闭的问题。

第二实施例

在第一实施例的基础上，第二实施例提供了一种具体的软硬件结合的开关机电路。参考图2-图7，下面对第二实施例提供的软硬件结合的开关机电路进行具体说明。

第二实施例中，所述电子开关具体包括第一控制开关、第二控制开关和第三控制开关。其中，所述第一控制开关的信号输入端、第二控制开关的信号输入端连接所述处理器的信号输出端，所述第一控制开关的信号输出端、第二控制开关的信号输出端连接第三控制开关的信号输入端，所述第三控制开关的电源输入端连接电源输入接口，所述第三控制开关的电源输出端连接所述处理器的电源输入端、所述电源输出接口。

基于这样的电子开关设计，开机时，按下所述开关机按键，开关机按键输出的信号使得所述第一控制开关和第三控制开关导通，所述处理器通电；所述处理器通电后输出的控制信号控制所述第二控制开关导通、所述第一控制开关截断，完成开机；或者，若所述处理器未输出控制信号，则当按住所述开关机按键的持续时间达到设定时长时，由所述按键检测电路检测到的关机信号控制所述第二控制开关导通、所述第一控制开关截断，完成开机。

基于这样的电子开关设计，关机时，按下所述开关机按键，所述处理器输出的控制信号使得所述第二控制开关和第三控制开关截断，完成关机；或者，若所述处理器未输出控制信号，则当按住所述开关机按键的持续时间达到设定时长时，由所述按键检测电路检测到的关机信号使得所述第二控制开关和第三控制开关截断，完成关机。

作为一优选实施方式，所述开关机按键设有与按键连接的去抖电容C1；所述第一控制开关、第二控制开关均包含PMOS管和NMOS管，第三控制开关包含PMOS管；所述按键检测电路包括：555定时器U2和SN74LS161计数器U1。

参考图3-图7，第一控制开关部分的具体包括：PMOS管Q4，NMOS管Q5，电容C7、C8，电阻R17、R18、R13。第二控制开关部分包括PMOS管Q7，NMOS管Q6，电容C9、C10，电阻R19、R20、R14。第三控制开关部分包括PMOS管Q1，电阻R8，电容C3和反向二极管D2。按键检测电路包括：肖特基二极管D3、D4，电阻R9、R10、R11、R12、R15、R16，电容C4、C5、C6、C11，NMOS晶体管Q2，三极管Q3，555定时器U2和SN74LS161计数器U1，其中，U2的引脚3为HW-LONG-SW信号输出引脚,U1的引脚2为HW-LONG-SW信号输入引脚，U1的引脚15为HW-PWR-OFF信号输出引脚。各部分的连接关系具体如下：

其中，U2的引脚2、引脚6均连接D3阳极、D4阳极、C11一端，D3阴极连接U2的引脚7，D4阴极连接R16一端，R16另一端连接R10一端、R9一端、Q2漏极和U2的引脚4，R10另一端连接U2的引脚8、C4一端、R9另一端、R11一端，U2的引脚3连接U1的引脚2，U2的引脚5连接C6一端，C6另一端、C4另一端、C11另一端、U2的引脚1均接地，Q2栅极连接C5一端、R15一端、Q3集电极、R11另一端，Q2源极、C5另一端、R15另一端、Q3发射极均接地，Q3基极连接R12一端，R12另一端连接开关机按键的输出信号引脚POWER_SW+。

Q4的引脚1、引脚2、引脚3均连接处理器的输出信号引脚SW-On-Off1、C7一端和R17一端，Q4的引脚4连接按键检测电路中SN74LS161计数器的引脚HW-PWR-OFF、C7另一端和R17另一端，Q4的引脚5-引脚8均连接Q5栅极、C8一端和R18一端，Q5源极、C8另一端和R18另一端均接地，Q5漏极连接R13一端，R13另一端连接第三控制开关的Q1的引脚4。

Q7的引脚1、引脚2、引脚3均连接开关机按键的输出信号引脚POWER_SW+、C10一端和R20一端，Q7的引脚4连接处理器的IO引脚SW-On-Off2、C10另一端和R20另一端，Q7的引脚5-引脚8均连接Q6栅极、C9一端和R19一端，Q6源极、C9另一端和R19另一端均接地，Q6漏极连接R14一端，R14另一端连接第三控制开关的Q1的引脚4。

Q1的引脚1、引脚2、引脚3均连接电源输入接口的信号引脚V_BUS_P、C3一端和R8一端，Q1的引脚4连接C3另一端和R8另一端，Q1的引脚5-引脚8均连接D2阴极、电源输入接口的信号引脚V_BUS_S，D2阳极接地。

基于上述第二实施例的开关机电路设计，其组成包括开关机按键SW1、处理器、由MOS管组成的电子开关、由555定时器和SN74LS161计数器组成按键检测电路、电源输入接口J1以及电源输出接口J2。接通电源输入接口J1，当SW1按键按下时，POWER_SW+信号变为高电平，此时由于处理器没有通电，处理器的信号输出引脚SW-On-Off1、SW-On-Off2均为低电平，MOS管Q7、MOS管Q6和MOS管Q1导通，电源输出接口J2的V_BUS_S输出电压，此时处理器通电运行。当按住按键的持续时间小于2秒时，处理器的信号输出引脚SW-On-Off1的输出可由低电平变成高电平，此时由于时间小于2秒，按键检测电路中的计数器没有溢出，其输出为低电平。因此处理器的信号输出引脚SW-On-Off1的高电平使得MOS管Q4、MOS管Q5和MOS管Q1导通。优选的，为保证MOS管Q1导通控制信号切换的可靠性，处理器的信号输出引脚SW-On-Off2晚于SW-On-Off1引脚50毫秒，MOS管Q7截断，完成整个开机过程。

当设备处于开机状态下，用户按住按键，并且持续时间大于2秒小于4秒，处理器的信号输出引脚SW-On-Off1便可被置为低电平，使得MOS管Q4、MOS管Q5和MOS管Q1截断，完成软件关机过程。另外，当设备处于开机状态下，用户按住按键持续时间大于2秒小于4秒，而处理器无法将的信号输出引脚SW_On_Off1被置为低电平，当按住按键持续时间达到4秒时，按键检测电路的计数器产生溢出，计数器将输出高电平，使得MOS管Q4、MOS管Q5和MOS管Q1截断，完成硬件关机过程。

需要说明的是，本发明上述实施例中涉及的元器件参数，仅为一优选实施方式，针对不同的应用环境，所属技术领域的普通技术人员，根据公知常识，无需创造性劳动，可以对元器件的类型进行等同替换或者对元器件参数进行调整，这些替换和调整后的方案也应当属于本发明保护的范围。

第三实施例

如图8所示，本发明第三实施例提供了一种软硬件结合的开关机方法，包括步骤：

步骤S101，设置如上述实施例所述的软硬件结合的开关机电路。

第三实施例中，可将所述软硬件结合的开关机电路设计为上述第二实施例所述，其中的电子开关部分包括第一控制开关、第二控制开关和第三控制开关，具体请参考上述实施例，不做赘述。

步骤S102，检测到按下所述开关机按键的开机信号，通过所述处理器输出的控制信号或者所述按键检测电路检测到的开机信号控制所述电子开关导通，实现开机。

第三实施例中，基于上一步骤设计的开关机电路，检测到按下所述开关机按键的开机信号，所述开关机按键的输出信号使得所述第一控制开关和第三控制开关导通，进而使得所述处理器通电；所述处理器通电后输出的控制信号控制所述第二控制开关导通、所述第一控制开关截断，完成开机；或者，若所述处理器未输出控制信号，则当按住所述开关机按键的持续时间达到设定时长时，由所述按键检测电路检测到的关机信号控制所述第二控制开关导通、所述第一控制开关截断，完成开机。

优选的，为了保证MOS管Q1导通控制信号切换的可靠性，所述处理器通电后输出的第一控制信号控制所述第二控制开关导通，延时设定时间(例如50毫秒)后，输出第二控制信号控制所述第一控制开关截断。

步骤S103，检测到按下所述开关机按键的关机信号，通过所述处理器中输出的控制信号，或者通过所述按键检测电路检测到的关机信号控制所述电子开关截断实现关机。

第三实施例中，基于上一步骤设计的开关机电路，发生按下所述开关机按键的关机操作时，所述处理器检测到按下所述开关机按键的关机信号，输出控制信号控制所述第二控制开关和第三控制开关截断，完成关机。若所述处理器中程序出现异常未输出控制信号，则当按住所述开关机按键的持续时间达到设定时长时，所述按键检测电路检测到关机信号并控制所述第二控制开关和第三控制开关截断，完成关机。

基于本实施例的开关机方法，结合了软硬件开关机方式各自的优点，用户操作简单，且能够避免关机或误操作时重要数据丢失的问题，以及解决控制开关机电路的软件异常时设备无法正常关闭的问题。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利要求范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种软硬件结合的开关机电路，其特征在于，包括开关机按键、处理器、电子开关、按键检测电路，

所述开关机按键的信号输出端连接所述处理器的信号输入端、所述按键检测电路的信号输入端，所述处理器的信号输出端、按键检测电路的信号输出端连接所述电子开关的信号输入端；初始时所述电子开关为截断状态；

开机时，按下所述开关机按键，通过所述处理器、所述按键检测电路之一控制所述电子开关导通，开机完成；关机时，按下所述开关机按键，通过所述处理器、所述按键检测电路之一控制所述电子开关截断，关机完成；

其中，所述电子开关包括第一控制开关、第二控制开关和第三控制开关；

所述第一控制开关的信号输入端、所述第二控制开关的信号输入端连接所述处理器的信号输出端，所述第二控制开关的信号输入端还连接所述按键检测电路的信号输出端，所述第一控制开关的信号输出端、第二控制开关的信号输出端连接第三控制开关的信号输入端，所述第三控制开关的电源输入端连接电源输入接口，所述第三控制开关的电源输出端连接所述处理器的电源输入端、所述电源输出接口；

开机时，按下所述开关机按键，开关机按键输出的信号使得所述第一控制开关和第三控制开关导通，所述处理器通电；所述处理器通电后输出的控制信号控制所述第二控制开关导通、所述第一控制开关截断，完成开机；或者，若所述处理器未输出控制信号，则当按住所述开关机按键的持续时间达到设定时长时，由所述按键检测电路检测到的关机信号控制所述第二控制开关导通、所述第一控制开关截断，完成开机；

关机时，按下所述开关机按键，所述处理器输出的控制信号使得所述第二控制开关和第三控制开关截断；或者，若所述处理器未输出控制信号，则当按住所述开关机按键的持续时间达到设定时长时，由所述按键检测电路检测到的关机信号使得所述第二控制开关和第三控制开关截断，完成关机。

2.如权利要求1所述软硬件结合的开关机电路，其特征在于，还包括电源输入接口和电源输出接口，

所述电源输入接口连接所述开关机按键的电源输入端、所述电子开关的电源输入端，所述电子开关的电源输出端连接所述电源输出接口。

3.如权利要求1所述软硬件结合的开关机电路，其特征在于，所述第一控制开关、第二控制开关均包含PMOS管和NMOS管，第三控制开关包含PMOS管。

4.如权利要求1所述软硬件结合的开关机电路，其特征在于，所述开关机按键设有与按键连接的去抖电容C1；所述电子开关还设有反向二极管D2。

5.如权利要求1所述软硬件结合的开关机电路，其特征在于，所述按键检测电路包括：555定时器U2和SN74LS161计数器U1，其中所述U2的引脚3为HW-LONG-SW信号输出引脚，所述U1的引脚2为HW-LONG-SW信号输入引脚，所述U1的引脚15为HW-PWR-OFF信号输出引脚；其中，所述HW-LONG-SW信号为所述U2的引脚3输出的脉冲电压信号，所述HW-PWR-OFF信号为所述U1的引脚15输出的进位信号。

6.一种软硬件结合的开关机方法，其特征在于，包括，

设置软硬件结合的开关机电路，包括开关机按键、处理器、电子开关、按键检测电路，所述开关机按键的信号输出端连接所述处理器的信号输入端、所述按键检测电路的信号输入端，所述处理器的信号输出端、按键检测电路的信号输出端连接所述电子开关的信号输入端，初始时所述电子开关为截断状态；

其中，所述电子开关包括第一控制开关、第二控制开关和第三控制开关；

检测到按下所述开关机按键的开机信号，所述开关机按键的输出信号使得所述第一控制开关和第三控制开关导通，进而使得所述处理器通电；所述处理器通电后输出的控制信号控制所述第二控制开关导通、所述第一控制开关截断，完成开机；或者，若所述处理器未输出控制信号，则当按住所述开关机按键的持续时间达到设定时长时，由所述按键检测电路检测到的关机信号控制所述第二控制开关导通、所述第一控制开关截断，完成开机；

所述处理器检测到按下所述开关机按键的关机信号，输出控制信号控制所述第二控制开关和第三控制开关截断，完成关机；若所述处理器未输出控制信号，则当按住所述开关机按键的持续时间达到设定时长时，所述按键检测电路检测到关机信号并控制所述第二控制开关和第三控制开关截断，完成关机。

7.如权利要求6所述软硬件结合的开关机方法，其特征在于，所述处理器通电后输出的控制信号控制所述第二控制开关导通、所述第一控制开关截断，具体为，

所述处理器通电后输出的第一控制信号控制所述第二控制开关导通，延时设定时间后，输出第二控制信号控制所述第一控制开关截断。

8.如权利要求7所述软硬件结合的开关机方法，其特征在于，所述设定时间为50毫秒。