Referenzdesign für medizinische Beatmungsgeräte mit Raspberry Pi

MEDIZINTECHNIK RasPi

Mit dem TMC4671+TMC6100-TOSV-REF stellt Trinamic (gehört zu Maxim Integrated) ein Open-Source-Referenzdesign für medizinische Beatmungsgeräte vor. Das Unternehmen nutzt einen Turbinenmotor mit hoher Drehzahl, der auf einem BLDC-Motor basiert. Zusammen mit Druck- und Volumenstromsensoren ermöglicht der dynamisch gesteuerte Motor sowohl druck- als auch flussgesteuerte Beatmungsmodi.



Das Referenzdesign TMC4671+TMC6100-TOSV-REF verfügt über einen BLDC-Servotreiber, der für 12 bis 36V mit bis zu 6A RMS dafür geeignet ist, medizinische Beatmungsgeräte oder Beatmungssysteme zu versorgen. Das Open-Source-Modul besitzt einen SBC-Anschluss im Raspberry-Pi-Stil und bietet Platz für ein Drucksensor-Add-on-Board.

Automatische Beatmungsgeräte müssen mit Sensortechnologie ausgestattet sein, um Änderungen wie Druckfluss, Volumen und Atemfrequenz zu überwachen und auf diese zu reagieren. Daher wird das Modul mit einer HALL-Sensorschnittstelle und den erwähnten Anschlüssen für das optionale Drucksensor-Add-on-Board geliefert. Die Daten können mit Hilfe der kostenlosen Open-Source-Firmware, die von Trinamic für das Referenzdesign-Modul entwickelt wurde, direkt auf einem


Raspberry Pi mit Touchscreen-Display eingesetzt

Ausgehend von früheren Erfahrungen mit der Regelung von Turbinen von CPAP-Geräten war den Entwicklern klar: die schnelle und dynamische Regelung von BLDC-Motoren mit niedriger Induktion kann eine besondere Herausforderung darstellen. Sie erfordert eine Abwägung des Kompromisses zwischen hoher Schaltfrequenz und Stromwelligkeit und den daraus resultierenden Schalt- bzw. Statorverlusten. Dank des verwendeten Servoregler-ICs TMC4671 erzeugt das Modul unabhängig vom Mikrocontroller eine PWM-Frequenz und einen Stromreglertakt von 100kHz. Damit wird die Stromaufnahme des Systems ohne Leistungseinbußen um bis zu 15 Prozent im Vergleich zu einer Frequenz von 25kHz reduziert.

Ein Add-on-Board für I²C- und Analogsensoren ermöglicht die Unterstützung von Drucksensoren verschiedener Hersteller. Das TMC4671+TMC6100-TOSV-REF kann in einen Single-Board-Computer eingesteckt werden, um auf die Benutzerschnittstelle und Steuerfunktionen zuzugreifen. Im Fall des TOSV-Projekts wird ein Raspberry Pi mit Touchscreen-Display verwendet.

Das Referenz-Board TMC4671+TMC6100-TOSV-REF ist über die Vertriebskanäle von Trinamic erhältlich. Die gesamte Hardware, Firmware und Software ist Open-Source unter der MIT-Lizenz.

Fachartikel

Präzisions-Designs mit differenzieller Verstärker-Ansteuerung
Probleme und Lösungsansätze für IEEE 1588 Implementierungen
Kabellose Energieübertragung: Spulen als zentrale Bauelemente