心肺復蘇模擬人的電控系統設計

1.研究的目的與意義

本文將單片機應用于心肺復蘇模擬人，并作為核心控制系統。用光電傳感器采集數據，并送單片機處理，然后將處理好的數據用數碼管顯示出來(lái)。為了方便受訓者操作，增加了按鍵功能、液晶顯示功能，語(yǔ)音提示功能、打印功能。

2.心肺復蘇模擬人實(shí)施方案

2.1 模擬人的檢測結構設計

檢測機構如圖1 所示。對模擬人進(jìn)行口對口人工吹氣操作時(shí)，呼出的氣體從進(jìn)氣管7 進(jìn)入氣囊2，氣囊2 隨即膨脹；光纜板6 與輕質(zhì)板1 已被螺釘固定成一體，氣囊2 的膨脹推動(dòng)動(dòng)輕質(zhì)板1 上移，光纜板6 在輕質(zhì)板 1 帶動(dòng)下上移；光纜板兩側放置的光電發(fā)射管4 和光電接收管5（共有兩對發(fā)射管、接收管），隨著(zhù)光纜板6 的移動(dòng)，光電接收管5伴隨高低電平的輸出即脈沖的輸出；采用這種光電傳感器檢測方式可將光纜板移動(dòng)的距離轉換成脈沖數，從而判斷吹氣量是否合格。

2.2 光纜板位移檢測

通過(guò)結構設計，將吹氣量、按壓深度轉化為光纜板的位移量。光纜板的位移又轉化為光電傳感器的脈沖輸出。在光纜板兩側放置光電傳感器，并用來(lái)檢測光纜板的移動(dòng)。在光纜板的左右移動(dòng)過(guò)程中，當光電傳感器處于A(yíng) 位置時(shí)光強較大，BJT 飽和導通，輸出低電平；當光電傳感器處于B位置時(shí)光強較小，BJT *截止，輸出高電平。

2.3 光纜板位移方向的檢測

一個(gè)光電傳感器，只能測出光纜板的位移大小，卻得不出移動(dòng)的方向。而通過(guò)對兩個(gè)傳感器的輸出電平作比較，則可以得出光纜板的移動(dòng)方向。當光纜板向右移動(dòng)時(shí)， B 處的傳感器輸出的電平波形在相位上超出A 處的90 度；而向左移動(dòng)時(shí)，A 兩處的傳感器輸出的電平波形在相位上超B 處的90 度。將輸出的波形通過(guò)LM339 比較器后，可得出方波相位圖。

圖1 系統框圖及主要機械機構

1.輕質(zhì)板 2.氣囊 3支架 4、11.光電發(fā)射管 5、13.光電接收管 6、12.光纜板 7.進(jìn)氣管 8.排氣管 9.壓板 10、14彈簧15.底板

3.硬件電路設計

系統采用兩片AT89S52 單片機進(jìn)行控制。如圖1 中的控制器部分所示，上位機用來(lái)接收按鍵信息，以及顯示語(yǔ)音提示。下位機用來(lái)接收光電傳感器信息，顯示操作數據（包括數碼顯示模塊、液晶顯示模塊），并與打印機相連。

3.1 按鍵模塊

考慮到模擬人的功能和操作的方便性，共設計了復位鍵、吹氣鍵、按壓鍵、綜合操作鍵、開(kāi)啟語(yǔ)音鍵、關(guān)閉語(yǔ)音鍵、開(kāi)始/ 停止鍵、打印成績(jì)鍵等8 個(gè)鍵。這些鍵分別接于上位機的P1 口，且均與P3.3I/O 口連接。

3.2 語(yǔ)音模塊

語(yǔ)音芯片采用華邦公司生產(chǎn)的ISD1700 系列芯片，該芯片可以處理多達255 段以上的信息。 ISD1700 通過(guò)SPI協(xié)議對芯片進(jìn)行控制，只需要4 根口線(xiàn)即可對ISD1700進(jìn)行控制。本次設計采用的是ISD17240 芯片，振蕩電阻為80kΩ，則采樣頻率為8kHz, 每次錄放音時(shí)間為240 秒。設計的功能為，語(yǔ)音提示開(kāi)啟的情況下，按下開(kāi)始鍵，則給出提示，告訴操作者該怎么去做。

3.3 數碼顯示模塊

根據設計要求，該模擬人系統共需要16 位LED 數碼管。

其中，總吹氣次數、有效吹氣次數、總按壓次數、有效按壓次數、平均有效按壓深度等6 種信息各需兩位數碼管，平均有效吹氣量，操作頻率均需三位數碼管。這16 位數碼管只需用兩片HD7279A 芯片即可滿(mǎn)足系統設計要求。

3.4 液晶顯示模塊

液晶顯示模塊選用的是HS12864-1 液晶模塊。該模塊是一種圖形點(diǎn)陣液晶顯示器, 主要由行驅動(dòng)器/ 列驅動(dòng)器及格128X64 全點(diǎn)陣液晶顯示器組成?？赏瓿蓤D形顯示，也可以顯示84 個(gè)(16x16 點(diǎn)陣) 漢字。液晶模塊硬件電路設計中，數據口與P0 口相接，用P2.0-P2.4 控制液晶顯示屏。

3.5 打印模塊

打印模塊采用的是迅普SP 系列打印機，型號為：SP-E1610PK,。SP 系列打印機有并行、串行兩種接口方式。

本次設計采用并行接口方式（因為兩單片機之間的通訊占用了串行口，為了數據傳送方便，故選用并行接口方式），數據口與下位機的P2 口連接。

4.系統軟件設計

開(kāi)始鍵按下后，數據的處理便開(kāi)始了。首先上位機把按鍵信息（包括開(kāi)始/ 停止信息、選擇操作項信息、語(yǔ)音開(kāi)閉信息）存儲在70H 至75H 單元中，然后傳送給下位機，信息將存儲在70H 至75H 單元中。受訓者操作模擬人時(shí)，引起光纜板的移動(dòng)，然后傳感器把數據傳送給單片機（程序做中斷處理）。以按壓為例，程序中設置外部中斷1 下降沿有效，當INT1=0 時(shí)，若P3.5=1 則為向下按壓階段（也有可能是向下按壓后的返回階段，以實(shí)際中測試的為準，此處假設為向下按壓階段），存儲按壓深度的單元值加1；反之，則減1。存儲按壓深度的單元賦初始值為70H，以防止按壓深度小于按壓后返回的距離以及其它先減后加等可能造成數據溢出的情況。再則，由于按壓深度不會(huì )超過(guò)70 毫米（由按壓結構保證），存儲單元中的值每加1 代表按壓深度增加2 毫米，那么存儲單元中的值不會(huì )超過(guò)0A5H，也不會(huì )超出存儲范圍。