基于單片機的心肺復蘇系統設計 - 全文

　　1 引言

　　眾所周知，在幾分鐘內及時搶救危重急癥、意外傷害導致的突發瀕死病人，具有重要意義。采用傳統的人工呼吸和胸外按壓方法，常常由于按壓部位不準、用力方法不對、按壓深度掌握不好、按壓頻率不規律等因素，難以達到理想的效果，甚至造成骨折、氣胸、血胸等嚴重的并發癥，同時口對口進行人工呼吸也有可能在病人與救護者間傳染疾病。因此，有必要研制搶救迅速、定位準確、按壓適度的便攜式智能型心肺復蘇機。其及時性和準確性可以顯著提高救治效果，較好地解決徒手心肺復蘇存在的問題。目前國內應用最為廣泛的是美國Michigan Instruments 公司的“薩勃”心肺復蘇機，國內市場仍然沒有國產的便攜式心肺復蘇機。本文介紹的就是一種以Cygnal單片機為控制核心的便攜式智能心肺復蘇系統。

　　2 單片機心肺復蘇系統的組成

　　系統的結構圖為：

　　圖中1為通氣導管，2開啟閥，3儲氣瓶，4調壓閥，5電磁閥，6壓力傳感器，7單片機控制器，8電磁閥,? 9氣缸，10活塞，11彈簧，12壓頭，13電磁閥，14電磁閥。

　　系統工作流程如下：

　　1、通過觸摸屏，設定單片機參數：按壓壓力、按壓頻率；

　　2、開啟閥2打開，儲氣瓶3充氣；

　　3、調壓閥4、電磁閥5打開，氣缸9開始充氣按壓；

　　4、壓力傳感器6檢測氣缸壓力到否？不到，則繼續充氣；

　　5、壓力傳感器6檢測氣缸壓力達到預設時，電磁閥5關閉，電磁閥8打開；

　　6、氣缸9排氣，然后轉步驟3循環；

　　為達到便攜的目的,系統采用高壓氧氣作為動力。采用雙氣缸，一個為儲氣瓶，另一個氣缸里裝有活塞，通過氣體推動活塞來按壓胸部。由于活塞下裝有彈簧，所以按壓深度和按壓壓力相適應，深度越深，壓力越大。氣缸內壓力達到預設時，打開電磁閥排氣，由此可控制按壓的壓力大小。調壓閥由步進電機控制其動作，可調節給氣缸充氣的氣體壓力，經調壓閥減壓后氣體的壓力大，則裝有活塞的氣缸充氣快，反之則慢。由此可控制按壓的頻率。氣缸在50mm的位移處有一檔板，阻止活塞下移，從而使氣缸壁分擔一部分力。按壓最大深度為50mm，可有效防止按壓深度過深，造成肋骨骨折。

　　通過電磁閥8排出去的氧氣，根據5：1的按壓呼吸比[5]，通過打開和關閉電磁閥13和電磁閥14的時間來控制。電磁閥13的打開，電磁閥14的關閉，氣管給人通氣，其潮氣量可用外接氣囊來控制。電磁閥13的關閉，電磁閥14的打開時，氧氣排放出至大氣中。

　　3 單片機控制系統的硬件設計

　　本系統擬采用美國CYGNAL公司的C8051F020單片機。

? 單片機系統結構部分電路圖

圖3 單片機系統結構部分電路圖

　　4 系統供電

　　整個系統采用12V電池組供電，經升壓電路得到24V電壓給壓力傳感器供電。經降壓得到5V電壓給各個驅動芯片供電。單片機采用AS11173.3V/800mA電源供電。壓力傳感器輸出為4－20mA電流，不能直接和單片機相連，須經轉換電路后再輸入單片機。電磁閥只需提供一個很短時間的脈沖電平即可，由ULN2803驅動芯片控制，采用12V DC供電。[9]

　　5 軟件設計

　　系統程序用C51和匯編編寫，采用模塊化結構，包括主程序、中斷服務程序和子程序。主程序流程圖見圖4。在系統初始化過程中，首先允許看門狗定時器，以便程序發生“飛逸”時，及時進入復位狀態。其次初始化外部時鐘振蕩器，在本系統中，考慮到要與電腦進行串行通信，外接了PCF8563時鐘芯片，時鐘源可在外部時鐘源和C8051F020內部時鐘源之間切換。然后通過設置交叉開關控制寄存器將計時數器/定時器、串行總線、硬件中斷、ADC轉換啟動輸入以及微控制器內部的其他數字資源配置到端口I/O引腳，詳細配置方法可見參考文獻[06] 和[07]。然后C8051F020根據輸入的參數打開調壓閥，啟動步進電機，查詢參數表，確定轉動步數，開始給氣缸加壓，在加壓過程中，檢測壓力傳感器，查表判斷是否達到預定壓力。達到后，控制相關電磁閥的開和關，最后重復循環。中斷服務程序主要有觸摸屏輸入中斷和壓力傳感器輸入中斷等。子程序包括：步進電機控制程序、電磁閥的開關程序、數據的存取程序。系統的主程序流程如圖4。