核心价值： 针对医用输液泵的闭环控制特性，UTP平台实现上位机指令下发 → 压力AD采集 → PID/PWM电机调速 → 超压GPIO报警的完整闭环自动化测试，确保阻塞检测响应时间、输注精度、报警可靠性符合IEC 60601标准。
一、 测试背景：输液泵的安全性与闭环控制
医用输液泵作为三类医疗器械，其核心安全功能包括：精确控制输液速度（误差≤5%）、管路阻塞检测（压力超阈值后2秒内报警并停止输液）、气泡检测、开门报警等。这些功能构成一个闭环控制系统：上位机设定流速 → MCU解析 → PWM驱动电机 → 压力传感器AD反馈 → 超限时GPIO触发报警并停止PWM。传统测试中，各环节独立验证，无法评估闭环响应时间和稳定性。
- 闭环响应时间：从压力超阈值到电机停止需≤2秒（IEC 60601要求）。
- 输注精度：不同流速下实际输注量与设定值偏差≤5%。
- 故障安全：传感器失效时系统应进入安全状态。
sequenceDiagram
participant HOST as 上位机/护士站
participant UTP as UTP测试平台
participant MCU as 主控MCU
participant SENSOR as 压力传感器(AD)
participant PWM as 电机PWM
participant GPIO as 报警GPIO
HOST->>UTP: ① 设定流速100ml/h
UTP->>MCU: ② 串口指令转发
MCU->>PWM: ③ 输出PWM驱动电机
PWM-->>UTP: ④ 采集PWM占空比，记录T0
loop 闭环控制
MCU->>SENSOR: ⑤ 周期性读取AD压力值
SENSOR-->>UTP: ⑥ AD值上报
alt 压力超阈值
MCU->>GPIO: ⑦ 触发报警
GPIO-->>UTP: ⑧ 电平跳变，记录T1
MCU->>PWM: ⑨ 停止电机
PWM-->>UTP: ⑩ 占空比归零，记录T2
end
end
Note over UTP: 验证阻塞响应时间T2-T0 ≤2s
二、 宏控天工方案：闭环全链路自动化验证
上位机仿真
模拟医院HIS系统或护士站终端，下发输液参数。
模拟医院HIS系统或护士站终端，下发输液参数。
UART监控
捕获MCU与上位机、外设通信指令。
捕获MCU与上位机、外设通信指令。
AD采集
实时监测压力传感器、气泡传感器模拟量。
实时监测压力传感器、气泡传感器模拟量。
PWM分析
测量电机驱动占空比、频率、启停响应。
测量电机驱动占空比、频率、启停响应。
GPIO检测
监测报警输出、电磁锁止、开门信号。
监测报警输出、电磁锁止、开门信号。
闭环指标计算
自动计算响应时间、超调量、稳态误差。
自动计算响应时间、超调量、稳态误差。
三、 典型测试用例与执行方法
3.1 阻塞报警响应时间测试
| 步骤 | UTP操作 | 验证点 | 测量接口 |
|---|---|---|---|
| 1 | 设定流速100ml/h，启动输液 | PWM输出占空比对应转速 | PWM |
| 2 | 模拟管路压力逐渐升高（AD值从0.5V线性增至2.5V） | AD值变化曲线 | AD |
| 3 | 当AD达到阻塞阈值(2.5V)时 | 记录时刻T1 | AD阈值触发 |
| 4 | 检测GPIO报警输出 | 电平从低→高，记录T2 | GPIO |
| 5 | 检测PWM停止 | 占空比归零，记录T3 | PWM |
| 6 \{验证响应时间\} | T3 - T1 ≤ 2s | 时序引擎 |
3.2 输注精度测试（不同流速）
| 设定流速(ml/h) | 预期PWM占空比 | 实测占空比 | 输注量误差 |
|---|---|---|---|
| 5 | 10% | 测量值 | 自动计算 |
| 50 | 50% | 测量值 | |
| 100 | 80% | 测量值 |
3.3 气泡检测测试
| 步骤 | UTP操作 | 验证点 | 测量接口 |
|---|---|---|---|
| 1 | 模拟气泡传感器AD值突变（从0.3V降至0.1V） | 捕获AD下降沿 | AD |
| 2 | 检测GPIO气泡报警 | 电平变化 | GPIO |
| 3 | 检测PWM停止 | 占空比归零 | PWM |
| 4 | 测量响应时间 | AD突变→PWM停止 ≤ 500ms | 时序引擎 |
四、 关键性能指标
≤2s
阻塞报警响应时间
IEC 60601要求≤5%
输注量误差
临床标准±1%FS
压力AD精度
16位采集≤500ms
气泡检测响应时间
安全要求五、 合规追溯支持
UTP平台提供符合IEC 60601、ISO 13485、FDA 21 CFR Part 11的测试管理能力：
- 测试用例与产品需求双向追溯（如阻塞报警需求→测试用例）
- 测试执行记录电子签名，防篡改
- 自动生成医疗器械注册申报所需的测试报告
- 支持与PLM/MES集成，实现全生命周期追溯