// MEDIZINTECHNIK
Kabellose Fußschalter
Kabellose Fußschalter sind in der Medizintechnik wünschenswert – und das aus drei Gründen. Zum einen sind die Kabel gefährliche »Stolperfallen«, zum anderen lassen sie sich nur schlecht reinigen und entsprechen somit nicht den hohen Hygiene-Anforderungen. Drittens beeinträchtigt das Kabel die Ergonomie, weil der Bediener den Fußschalter nicht direkt in jede beliebige Position bringen kann.In der Vergangenheit hat steute verschiedene Technologien zur kabellosen Signalübertragung von Fußschaltern der Medizintechnik genutzt, unter anderem Infrarot- und Funksignale. Jetzt wird in diesem Bereich ein ganz neues Kapitel aufgeschlagen: In Zusammenarbeit mit einer Hochschule wurde das standardisierte Bluetooth-Protokoll derart ertüchtigt, dass es den hohen Anforderungen entspricht, die die Medizintechnik an die Übertragungssicherheit stellt. Über das neue RF/BT-Modul, das sich dank seiner Kompaktheit in nahezu jeden Fußschalter integrieren lässt, werden die Signale sicher und zuverlässig übertragen – ganz ohne Kabel.
steute bietet dem Anwender die Möglichkeit, verschiedenste Geräte störungsfrei parallel zu betreiben. Neben zahlreichen Verfahren zur automatischen Erkennung und Korrektur von Übertragungsfehlern sorgt Bluetooth darüber hinaus mit dem Frequenz-Hopping-Verfahren für zusätzliche Sicherheit durch das Umgehen von Störquellen.
Hierfür wird der von Bluetooth verwendete Frequenzbereich in 79 Kanäle aufgeteilt (Grafik 1), die alle gleichwertig für die Übertragung verwendet werden können. Während der Übertragung werden diese Kanäle permanent gewechselt (Grafik 2), so dass gestörte Datenpakete bei der nächsten Übertragung auf einem anderen (ungestörten) Kanal wiederholt werden.
Verwenden zwei kabellose Geräte dieselbe Funktechnologie, so können sie auch miteinander kommunizieren und Daten austauschen. Diese auf den ersten Blick sehr positive Eigenschaft, die eine Motivation für die Entwicklung von Bluetooth war, birgt aber auch eine Reihe von Gefahren.
Kabelgebundene Stelleinrichtungen sind entweder fest mit einem Gerät verbunden oder zumindest über einen bestimmten Stecker oder eine bestimmte Belegung für eine spezielle Geräte-Serie codiert. Fällt das Kabel weg, so entfernt man auch diese spezielle Gerätecodierung.
Um sicherzustellen, dass Sender und Empfänger in jedem Fall zusammen passen, hat steute im RF/BT-Modul einen Konfigurationsbereich vorgesehen, in dem für jedes Modul individuell Herkunft und Fähigkeiten eingestellt werden können (Grafik 3).
Neben den Daten zur Klassifikation des Moduls, wie Name des Herstellers, Gerätetyp und Geräteklasse (z.B. Fußschalter), werden hier auch Daten zur Konfiguration des Moduls hinterlegt. Dies sind zum einen die Anzahl und Funktion der digitalen und analogen Ein- und Ausgänge. Zum anderen können aber auch die Betriebseinstellungen der seriellen Schnittstelle, wie Alarm- und Warnzeiten sowie die Übertragungsgeschwindigkeit, eingestellt werden. Über diese Konfigurationsdaten können Sender und Empfänger schon während des Verbindungsaufbaus überprüfen, ob sie kompatibel sind. Damit ist ein gefahrloser Betrieb möglich.
Sämtliche Ein- und Ausgangssignale sind auf den 26-poligen Steckverbinder am Platinenrand geführt. Mit einer minimalen externen Beschaltung lassen sich bis zu vier digitale Schaltfunktionen verwirklichen. Zusätzliche Peripherie-Bausteine können über den I2C-Bus angeschlossen werden. So lassen sich bis zu 14 digitale und 2 analoge Stellsignale übertragen. Die maximale Reaktionszeit beträgt hierbei 50 ms.
Weiterhin ist eine serielle Schnittstelle mit einstellbarer Übertragungsgeschwindigkeit (Baudrate) vorgesehen. Abhängig von der externen Beschaltung lassen sich so asynchrone kabelgebundene Schnittstellen (z. B. RS232) durch das RF/BT ersetzen. Für den Betrieb benötigt das Modul eine stabilisierte Versorgungsspannung von 2,9 bis 3,4 V. Die Stromaufnahme beträgt in den Spitzen ca. 150 mA.
Um die Betriebssicherheit noch weiter zu erhöhen, hat steute eine Reihe von innovativen Funktionen integriert. Damit die Bluetooth-Schalter wie über ein Kabel ad hoc an ein Gerät »angeschlossen« werden können, verwendet steute ein spezielles Anmeldeverfahren. Hierbei wird über eine Infrarot-Strecke ein zweiter Datenkanal aufgebaut, über den Sender und Empfänger Kenndaten austauschen können. Neben einer individuellen und weltweit einmaligen Identifikationsnummer werden auch Hersteller- und Konfigurationsangaben ausgetauscht. So werden Inkompatibilitäten noch vor der Inbetriebnahme erkannt und wirkungsvoll unterbunden.
Drahtlose Fußschalter sind nicht mehr durch ein Kabel an einen Ort gebunden. Um versehentliche Fehlbedienungen auszuschließen, überwachen Sensoren im Betrieb permanent die Lage des Schalters. Wird dieser vom Boden abgehoben, werden automatisch alle Schaltfunktionen gesperrt und ein Warnsignal erzeugt. Wird der Schalter über einen längeren Zeitraum (konfigurierbar zwischen 1 und 60 Sekunden) nicht zurückgesetzt, unterbricht er automatisch die Funkübertragung.
Die Spannungsversorgung des kabellosen Fußschalters wird mit einem herkömmlichen Akku realisiert. Je nach Größe des verwendeten Schalters können unterschiedliche Akkutypen eingesetzt und damit auch verschiedene Betriebszeiten erreicht werden. Um den Stromverbrauch niedrig zu halten und damit eine möglichst lange Betriebszeit zu gewährleisten, wurden bei der Entwicklung des Moduls konsequent stromsparende Bauteile eingesetzt. Mit einem zweipedaligen Fußschalter und drei 1600 mAh-Zellen kann so eine Betriebszeit von ca. 10 h erreicht werden.
Entsprechend den Anforderungen für den Betrieb kann auch die Überwachung der Akku-Ladung individuell angepasst werden. Von einer einfachen digitalen Zustandsanzeige des Akkus oder der Überwachung des analogen Spannungsverlaufs bis hin zu aufwändigen Mess-Verfahren mit automatischem Aufschalten einer Prüflast wurden hier für jeden Anwendungsfall geeignete Konzepte berücksichtigt.
Ein intelligentes Ladeverfahren garantiert zusätzlich schnelles und schonendes Laden und somit eine lange Lebensdauer für den Akku.
Der verwendete Ladeprozessor lädt beliebige Akkutypen mit höchster Präzision. Auch teilentladene Akkus können geladen werden, wobei ein Memory-Effekt durch das spezielle Ladeverfahren verhindert wird. Nach dem vollständigen Laden des Akkus schaltet der Prozessor automatisch auf eine schonende Erhaltungsladung um.
Spannungsversorgung 2,9 – 3,4 V, 150 mA
