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一种基于单片机的心肺复苏系统

朱品伟 乔学亮 陈建国?? 2009年04月27日 ?? 收藏0

  1 引言

  众所周知,在几分钟内及时抢救危重急症、意外伤害导致的突发濒死病人,具有重要意义。采用传统的人工呼吸和胸外按压方法,常常由于按压部位不准、用力方法不对、按压深度掌握不好、按压频率不规律等因素,难以达到理想的效果,甚至造成骨折、气胸、血胸等严重的并发症,同时口对口进行人工呼吸也有可能在病人与救护者间传染疾病。因此,有必要研制抢救迅速、定位准确、按压适度的便携式智能型心肺复苏机。其及时性和准确性可以显著提高救治效果,较好地解决徒手心肺复苏存在的问题。目前国内应用最为广泛的是美国Michigan Instruments 公司的“萨勃”心肺复苏机,国内市场仍然没有国产的便携式心肺复苏机。本文介绍的就是一种以Cygnal单片机为控制核心的便携式智能心肺复苏系统。[1-4]

  2单片机心肺复苏系统的组成

  系统的结构图为:

系统的结构图

  图中1为通气导管,2开启阀,3储气瓶,4调压阀,5电磁阀,6压力传感器,7单片机控制器,8电磁阀,? 9气缸,10活塞,11弹簧,12压头,13电磁阀,14电磁阀。

  系统工作流程如下:

  1、 通过触摸屏,设定单片机参数:按压压力、按压频率;

  2、 开启阀2打开,储气瓶3充气;

  3、 调压阀4、电磁阀5打开,气缸9开始充气按压;

  4、 压力传感器6检测气缸压力到否?不到,则继续充气;

  5、 压力传感器6检测气缸压力达到预设时,电磁阀5关闭,电磁阀8打开;

  6、 气缸9排气,然后转步骤3循环;

  为达到便携的目的,系统采用高压氧气作为动力。采用双气缸,一个为储气瓶,另一个气缸里装有活塞,通过气体推动活塞来按压胸部。由于活塞下装有弹簧,所以按压深度和按压压力相适应,深度越深,压力越大。气缸内压力达到预设时,打开电磁阀排气,由此可控制按压的压力大小。调压阀由步进电机控制其动作,可调节给气缸充气的气体压力,经调压阀减压后气体的压力大,则装有活塞的气缸充气快,反之则慢。由此可控制按压的频率。气缸在50mm的位移处有一档板,阻止活塞下移,从而使气缸壁分担一部分力。按压最大深度为50mm,可有效防止按压深度过深,造成肋骨骨折。

  通过电磁阀8排出去的氧气,根据5:1的按压呼吸比[5],通过打开和关闭电磁阀13和电磁阀14的时间来控制。电磁阀13的打开,电磁阀14的关闭,气管给人通气,其潮气量可用外接气囊来控制。电磁阀13的关闭,电磁阀14的打开时,氧气排放出至大气中。

  3单片机控制系统的硬件设计

  本系统拟采用美国CYGNAL公司的C8051F020单片机。

单片机系统结构示意图

单片机系统结构部分电路图

图3 单片机系统结构部分电路图

  4系统供电

  整个系统采用12V电池组供电,经升压电路得到24V电压给压力传感器供电。经降压得到5V电压给各个驱动芯片供电。单片机采用AS11173.3V/800mA电源供电。压力传感器输出为4-20mA电流,不能直接和单片机相连,须经转换电路后再输入单片机。电磁阀只需提供一个很短时间的脉冲电平即可,由ULN2803驱动芯片控制,采用12V DC供电。[9]

  5软件设计

  系统程序用C51和汇编编写,采用模块化结构,包括主程序、中断服务程序和子程序。主程序流程图见图4。在系统初始化过程中,首先允许看门狗定时器,以便程序发生“飞逸”时,及时进入复位状态。其次初始化外部时钟振荡器,在本系统中,考虑到要与电脑进行串行通信,外接了PCF8563时钟芯片,时钟源可在外部时钟源和C8051F020内部时钟源之间切换。然后通过设置交叉开关控制寄存器将计时数器/定时器、串行总线、硬件中断、ADC转换启动输入以及微控制器内部的其他数字资源配置到端口I/O引脚,详细配置方法可见参考文献[06] 和[07]。然后C8051F020根据输入的参数打开调压阀,启动步进电机,查询参数表,确定转动步数,开始给气缸加压,在加压过程中,检测压力传感器,查表判断是否达到预定压力。达到后,控制相关电磁阀的开和关,最后重复循环。中断服务程序主要有触摸屏输入中断和压力传感器输入中断等。子程序包括:步进电机控制程序、电磁阀的开关程序、数据的存取程序。系统的主程序流程如图4。

系统的主程序流程

图4 主程序流程图

  6 结论

  在试验过程中表明,该系统可达到以下技术要求a.按压频率:60-100次/min,可调;b.按压压力:35-45kg,可调;c.按压深度:2-6cm,可调。基本可满足实际使用要求。


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单片机? 心肺复苏? Cygnal? 传感器?

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