一種基于單片機的心肺復(fù)蘇系統(tǒng)

　　1 引言

　　眾所周知，在幾分鐘內(nèi)及時搶救危重急癥、意外傷害導(dǎo)致的突發(fā)瀕死病人，具有重要意義。采用傳統(tǒng)的人工呼吸和胸外按壓方法，常常由于按壓部位不準(zhǔn)、用力方法不對、按壓深度掌握不好、按壓頻率不規(guī)律等因素，難以達(dá)到理想的效果，甚至造成骨折、氣胸、血胸等嚴(yán)重的并發(fā)癥，同時口對口進(jìn)行人工呼吸也有可能在病人與救護(hù)者間傳染疾病。因此，有必要研制搶救迅速、定位準(zhǔn)確、按壓適度的便攜式智能型心肺復(fù)蘇機。其及時性和準(zhǔn)確性可以顯著提高救治效果，較好地解決徒手心肺復(fù)蘇存在的問題。目前國內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的是美國Michigan Instruments 公司的“薩勃”心肺復(fù)蘇機，國內(nèi)市場仍然沒有國產(chǎn)的便攜式心肺復(fù)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(fù)蘇系統(tǒng)。[1-4]

　　2單片機心肺復(fù)蘇系統(tǒng)的組成

　　系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖為：

　　圖中1為通氣導(dǎo)管，2開啟閥，3儲氣瓶，4調(diào)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(tǒng)工作流程如下：

　　1、 通過觸摸屏，設(shè)定單片機參數(shù)：按壓壓力、按壓頻率;

　　2、 開啟閥2打開，儲氣瓶3充氣;

　　3、 調(diào)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(xù)充氣;

　　5、 壓力傳感器6檢測氣缸壓力達(dá)到預(yù)設(shè)時，電磁閥5關(guān)閉，電磁閥8打開;

　　6、 氣缸9排氣，然后轉(zhuǎn)步驟3循環(huán);

　　為達(dá)到便攜的目的,系統(tǒng)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(yīng)，深度越深，壓力越大。氣缸內(nèi)壓力達(dá)到預(yù)設(shè)時，打開電磁閥排氣，由此可控制按壓的壓力大小。調(diào)壓閥由步進(jìn)電機控制其動作，可調(diào)節(jié)給氣缸充氣的氣體壓力，經(jīng)調(diào)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(dān)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(jù)5：1的按壓呼吸比[5]，通過打開和關(guān)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(guān)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(guān)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(tǒng)的硬件設(shè)計

　　本系統(tǒng)擬采用美國CYGNAL公司的C8051F020單片機。

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　　圖3 單片機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)部分電路圖

　　4系統(tǒng)供電

　　整個系統(tǒng)采用12V電池組供電，經(jīng)升壓電路得到24V電壓給壓力傳感器供電。經(jīng)降壓得到5V電壓給各個驅(qū)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(jīng)轉(zhuǎn)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(qū)動芯片控制，采用12V DC供電。[9]

　　5軟件設(shè)計

　　系統(tǒng)程序用C51和匯編編寫，采用模塊化結(jié)構(gòu)，包括主程序、中斷服務(wù)程序和子程序。主程序流程圖見圖4。在系統(tǒng)初始化過程中，首先允許看門狗定時器，以便程序發(fā)生“飛逸”時，及時進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。其次初始化外部時鐘振蕩器，在本系統(tǒng)中，考慮到要與電腦進(jìn)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(nèi)部時鐘源之間切換。然后通過設(shè)置交叉開關(guān)控制寄存器將計時數(shù)器/定時器、串行總線、硬件中斷、ADC轉(zhuǎn)換啟動輸入以及微控制器內(nèi)部的其他數(shù)字資源配置到端口I/O引腳，詳細(xì)配置方法可見參考文獻(xiàn)[06] 和[07]。然后C8051F020根據(jù)輸入的參數(shù)打開調(diào)壓閥，啟動步進(jìn)電機，查詢參數(shù)表，確定轉(zhuǎn)動步數(shù)，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(dá)到預(yù)定壓力。達(dá)到后，控制相關(guān)電磁閥的開和關(guān)，最后重復(fù)循環(huán)。中斷服務(wù)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(jìn)電機控制程序、電磁閥的開關(guān)程序、數(shù)據(jù)的存取程序。系統(tǒng)的主程序流程如圖4。

　　圖4 主程序流程圖

　　6 結(jié)論

　　在試驗過程中表明，該系統(tǒng)可達(dá)到以下技術(shù)要求a.按壓頻率：60-100次/min，可調(diào);b.按壓壓力：35-45kg，可調(diào);c.按壓深度：2-6cm，可調(diào)?；究蓾M足實際使用要求。