一种基于单片机的心肺复苏系统

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：

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(详情可访问

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5。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。

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。