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隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展，人們的醫療保健意識越來(lái)越強，所以醫生的培訓也就成為非常重要的環(huán)節。雖然測量血壓是一項較簡(jiǎn)單的技術(shù)，但若操作不規范，所測血壓數值與實(shí)際血壓相比也常出現誤差，不能客觀(guān)真實(shí)地反映病人的血壓情況。血壓測量作為學(xué)生的基本考核部分，以往都是通過(guò)直接的人體測量，但老師不知道在當時(shí)情況下人體的血壓狀況，同時(shí)測量情況又受到外界環(huán)境的干擾，所以給考核造成一定的困難。該系統可以隨意設置血壓情況，使得測量情況更加豐富，以盡快提高醫生的血壓測量技術(shù)。該血壓模擬發(fā)生器是根據柯勞克氏技術(shù)(血壓測量時(shí)聽(tīng)診器在動(dòng)脈上聽(tīng)到的5個(gè)時(shí)相的聲音)以及現代醫學(xué)的相關(guān)規定，嚴格按照脈搏發(fā)生的規律。發(fā)出的聲音逼真、效果良好，可以在不同的心率下判斷血壓收縮壓和舒張壓等各項指標，可以用于醫療培訓機構的培訓工具，使學(xué)員快速掌握血壓測量方法。該系統配合血壓手臂，壓力表，聽(tīng)診器使用，具有廣闊的市場(chǎng)前景。 本文介紹的血壓模擬發(fā)生器是以凌陽(yáng)16位單片機SPCE061A為控制核心，充分利用凌陽(yáng)單片機所帶有的強大語(yǔ)音功能，以符合實(shí)際情況的順序播放柯勞克氏音，同時(shí)實(shí)現電磁閥跳動(dòng)模擬人體脈搏搏動(dòng)�？梢栽O置相應的收縮壓、舒張壓、聽(tīng)診間隔，還帶有誤差校準功能，誤差值不超過(guò)2 mmHg。 1 系統結構和設計方案 系統主要包括凌陽(yáng)16位單片機SPCE061A，傳感器輸入模塊，電磁閥驅動(dòng)模塊，語(yǔ)音播放模塊，液晶顯示模塊，鍵盤(pán)控制等幾個(gè)部分。本系統采用凌陽(yáng)16位單片機SPCE061A作為主控制芯片，該芯片CPU時(shí)鐘O．32～9．152 MHz(2．6～3．6 V)；內置2 KB SRAM和32 KB FLASH；32位可編程的多功能I／O端口；兩個(gè)16位定時(shí)器／計數器；可編程音頻處理；系統備用狀態(tài)下(時(shí)鐘處于停止狀態(tài))耗電僅為2μA；7通道10位電壓模／數轉換器；雙通道10位DAC方式的音頻輸入功能，只需要外接功放(SPY0030A)即可完成語(yǔ)音的播放，方便實(shí)現系統的語(yǔ)音功能；14個(gè)中斷源可來(lái)自定時(shí)器A／B時(shí)基，2個(gè)外部時(shí)鐘源輸入；具備觸鍵喚醒的功能。另外該單片機具有自己的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，支持標準的C語(yǔ)言�？梢詫�(shí)現C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言的相互調用，并提供了語(yǔ)音播放的庫函數，這樣很容易就完成語(yǔ)音的播放，為軟件開(kāi)發(fā)提供了方便的條件。血壓模擬發(fā)生器總體系統設計方案如圖1所示。 2 系統硬件部分 該部分主要分為SPCE061A系統部分，電源管理模塊，電磁閥驅動(dòng)，氣體壓力傳感器，語(yǔ)音輸出，液晶顯示，鍵盤(pán)設置。系統在單片機的控制下，由氣體壓力傳感器對壓力采集，并進(jìn)行A／D轉換后交給MCU，將測量結果與預設值進(jìn)行比較，播放脈搏跳動(dòng)聲音。同時(shí)電磁閥開(kāi)始工作。系統硬件連接圖如圖2所示。 2．1 電源管理模塊 電源管理是任何電子產(chǎn)品都無(wú)法回避的問(wèn)題，也是系統的核心部分，隨著(zhù)能源成本的提升，降低功耗成為電子產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢之一。以移動(dòng)性取勝的便攜式產(chǎn)品中以電池供電為主，降低能耗成為便攜式產(chǎn)品中電源管理急需解決的問(wèn)題。系統電源部分采用MAX1705升降壓芯片和BQ2057充電管理芯片，MAX1705具有低功耗，高效、低噪聲的特點(diǎn)，輸出電壓在2．5～5．5 V范圍內。最大輸出電流850 mA，完全可以滿(mǎn)足大部分便攜式儀器的需要。同時(shí)還采用了美國TI公司生產(chǎn)的先進(jìn)鋰電池充電管理芯片BQ2057，它適合單節或雙節鋰離子電池的充電需要，BQ2057可以動(dòng)態(tài)補償鋰電池組的內阻以減少充電時(shí)間，帶有可選的電池溫度監測，利用電池組溫度傳感器連續檢測電池溫度，當電池溫度超出設定范圍時(shí)BQ2057關(guān)閉對電池充電。內部集成的恒壓恒流器帶有高／低邊電流感測和可編程充電電流，充電狀態(tài)識別可由輸出的LED指示燈或與主控器接口實(shí)現，具有自動(dòng)重新充電、最小電流終止充電、低功耗睡眠等特性。利用該芯片設計的充電器外圍電路極其簡(jiǎn)單，非常適合便攜式電子產(chǎn)品的緊湊設計需要。 2．2 氣體壓力傳感器 該模塊采用摩托羅拉公司的MPX5100系列氣體壓力傳感器，可以承受0～100 kPa的壓強，輸出電壓在O．5～4．5 V的范圍內，可以滿(mǎn)足凌陽(yáng)單片機I／O的電壓輸入范圍，通過(guò)凌陽(yáng)單片機的A／D轉換采集氣體壓力傳感器電壓的變化，由于血壓計壓力表的量程范圍是0～300 mmHg，根據760 mmHg="101".3 kPa，得到300 mmHg="39".9868 kPa，并且壓力傳感器的輸入與輸出為線(xiàn)性關(guān)系，根據多次測量得到公式： ADValue=K1Value*mmHgValue+offset*K2Value 其中：ADValue為電壓經(jīng)過(guò)AD轉換后的數字量；mmHgValue為壓力表上的刻度值；K1Value=1．8；K2Value=329.17；offset=0.2，offset為校準系數，通過(guò)調整offset可以使誤差控制在2 mmHg。 2．3 電磁閥驅動(dòng)電路 該部分主要是模擬人體脈搏跳動(dòng)，為了更好地模擬血壓測量環(huán)境，帶來(lái)更加逼真的效果，采用的電磁閥靈敏度高、噪音小，其吸合電流為100 mA，釋放電流為12 mA，工作電壓為5 V，當系統初始化以后電磁閥便開(kāi)始根據設定的心率值工作。通過(guò)MCU控制其跳動(dòng)頻率，為了增大驅動(dòng)電流采用達林頓管，其放大倍數是兩個(gè)三極管放大倍數的乘積，達到小的基極電流控制大的集電極電流的目的，驅動(dòng)電磁閥工作，如圖3所示。 2．4 語(yǔ)音輸出模塊 凌陽(yáng)SPCE061A單片機支持語(yǔ)音播放技術(shù)所要求的硬件和軟件的全部功能。硬件方面，SPCE061A有兩類(lèi)D／A轉換通道，一類(lèi)是直接采用數／模轉換的DAC方式，另一類(lèi)是采用脈寬調制的PWM驅動(dòng)方式，其結構是由兩個(gè)DAC通道或一個(gè)PWM驅動(dòng)通道構成。兩類(lèi)實(shí)現方式實(shí)質(zhì)都為數／模轉換，都是將數字信號轉換成模擬電流信號輸出。該設計的音頻輸出采用雙通道數／模轉換DAC方式，即數字信號通過(guò)10位DAC轉換成3 mA驅動(dòng)的模擬電流信號輸出，經(jīng)SPY0030A芯片信號放大后，由揚聲器輸出。音頻電路圖如圖4所示。 2．5 液晶顯示模塊 系統采用的CMS-TG94DYSG-w小型液晶顯示模塊，該128×64點(diǎn)陣液晶顯示模塊具有20個(gè)引腳。價(jià)格低廉，數據可讀可寫(xiě)，使用方便。其驅動(dòng)芯片采用三星電子公司生產(chǎn)的KS0713。它是一種小型的大規模集成并帶有驅動(dòng)器的點(diǎn)陣型液晶控制芯片。KS0713體積小，外觀(guān)尺寸只有42 mm×39 mm，可直接由微處理器控制，數據讀寫(xiě)操作不受外部時(shí)鐘控制，集成化程度高，自帶液晶所必需的電源驅動(dòng)。 2．6 低功耗設計 SPCE06lA在功能上增加了睡眠與喚醒功能。當IC在接受到睡眠信號后關(guān)閉系統時(shí)鐘(PLL振蕩器)，進(jìn)入睡眠狀態(tài)�？梢酝ㄟ^(guò)對P_SystemClock(寫(xiě))(7013)單元寫(xiě)入CPUCLKSTOP控制字(CPU睡眠信號)使系統從運行狀態(tài)轉入低功耗睡眠狀態(tài)。系統進(jìn)入睡眠狀態(tài)后，通過(guò)設置該單元的第4位可以打開(kāi)或關(guān)閉32 768 Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘，同時(shí)程序計數器(PC)會(huì )停在程序的下一條指令計數上，當有喚醒事件發(fā)生后，由此繼續執行程序。只有當IOA[7～O]內位的控制字為000，001和010時(shí)，相對應位才具有喚醒功能。系統收到喚醒信號后會(huì )接通PLL振蕩器，同時(shí)回響應喚醒事件的處理并初始化。CPU需要200μs的時(shí)間完成喚醒，隨意喚醒睡眠的頻率不能超過(guò)5 kHz，否則CPU無(wú)法進(jìn)入睡眠模式。該系統在規定時(shí)間內沒(méi)有接收到按鍵觸發(fā)即轉入休眠狀態(tài)。 3 軟件設計 SPCE061A單片機內部具有9個(gè)中斷向量，可安置14個(gè)中斷源。14個(gè)中斷源分為兩個(gè)定時(shí)器溢出中斷、兩個(gè)外部中斷、一個(gè)串行口中斷、一個(gè)觸鍵喚醒中斷、7個(gè)時(shí)基信號中斷、PWM音頻輸出中斷，可以靈活地配置給各個(gè)模塊使用。圖5為主程序流程圖。本設計的軟件采用C語(yǔ)言編寫(xiě)，整個(gè)程序包括主程序、A／D轉換、鍵盤(pán)掃描子程序、延時(shí)子程序、顯示及語(yǔ)音播放子程序等。系統啟動(dòng)后，先進(jìn)行初始化操作，初始化程序主要完成I／O端口初始化、開(kāi)定時(shí)中斷、調用開(kāi)機顯示界面、接收鍵盤(pán)賦值，驅動(dòng)電磁閥跳動(dòng)等。然后進(jìn)入循環(huán)，接收傳感器輸出電壓值，與預設值進(jìn)行比較后，根據設定調用語(yǔ)音播報函數，SPCE061A自帶有多種音頻壓縮算法，具有豐富的語(yǔ)音函數庫可分別實(shí)現高保真音樂(lè )、普通話(huà)音等語(yǔ)音效果。 本設計采用SACM_A2000音頻壓縮算法提供音頻輸出，使用SACM A2000模塊的函數進(jìn)行開(kāi)發(fā)，可直接調用相應的API函數，軟件編程容易，可方便地完成語(yǔ)音的播放，大大節省了開(kāi)發(fā)設計的時(shí)間。 4 結 語(yǔ) 本文詳細介紹了為醫療培訓機構開(kāi)發(fā)的便攜式血壓模擬發(fā)生器。功能上主要是把應用越來(lái)越廣泛的SPCE061A單片機自帶的數字語(yǔ)音處理應用于醫療設備。系統利用了SPCE061A單片機強大的處理能力，以及豐富的外圍接口，SPCE061A片內有32 KB的FLASH ROM，該系統完成所有功能僅占用一半的FLASH資源，可擴展的空間還很大。系統成本低、操作方便，經(jīng)大量實(shí)驗測試表明，其性能穩定，功耗低，并且在系統功能擴展上具有較大的潛力，有很好的應用前景。 |
