电子产品世界

2．3 电源模块的设计
系统电源设计是本系统设计中一项极其重要的工作，它对整个系统是否正常运行起着至关重要的作用。系统要求的功率比较大，所以本系统采用了12 V，5 A的适配器来供电。根据功耗和芯片工作电压的不同，系统设计了两路不相关的电源组。一路供给主控制器模块，另一路供给胎儿分娩控制模块。
供给主控制器模块电源组采用了DC／DC模块降压到5 V，然后由11173．3电源芯片降到3．3 V。其中，5V供给压力传感器和音频系统，3．3 V供给主控制器芯片、USB和串口芯片等。采用DC／DC电源模块具有很好的隔离性和保护性，可增加电源供电的稳定性。
供给胎儿分娩控制模块电源组采用了12 V适配器电源和7805降压的5 V电源，此模块要求电源的功率大，但对电源的稳定性要求不是很高。这样设计符合整个硬件系统的要求。在两组电源中控制信号采用光耦进行传递，光耦优点是完全切断两个模块电源之间的关系，使系统更加稳定。
2．4 胎儿分娩控制模块
本模块是计算机和“病人”联系最密切的体现。系统既有对模型人的信息采集，又有对模型人的控制。本模块分为胎儿心音模拟、胎儿出生装置控制和信息采集以及孕妇宫缩的模拟。
胎儿心音模拟采用了专用音频模块，采用了电平触发方式进行控制。采用专用的音频模块主要特点是音频模块的功耗低，控制简单。用专用音频芯片也减少了主控芯片的CPU占用率，使主控芯片处理速度更快更稳定。
胎儿出生装置采用了直流电机作为婴儿出生的推动力，采用了凹槽式光耦和行程开关来确定胎儿位置。本系统根据胎儿出生装置设计采用了L298作为电机控制驱动芯片，用I／0口采集胎儿的位置信息。
孕妇宫缩的模拟采用了微型气泵、气体电磁阀和压力传感器构成。气泵和气体电磁阀由大功率NMOS管控制。宫缩的强度由压力传感器反馈信息来控制。
2．5 系统抗干扰和系统安全设计
各种形式的干扰一般都是以脉冲的形式进主控制器系统的，干扰窜入系统的渠道主要有三条：空间干扰(场干扰)，通过电磁波辐射窜人系统；过程通道干扰，通过与主机相连的前向通道、后向通道及其他与主机相互连接的通道进入；供电系统干扰，通过供电线路窜人。对于上述三种干扰必须采用行之有效的措施和具体电路加以消除，确保单片机系统正常运行和工作。
本系统采用了双路电源供电、对控制信号进行了光电隔离、芯片电源和地之间加有去耦电容和主控芯片，电源采用DC／DC电源模块等来增强系统抗干扰能力。此外系统对大功率原件设计了监控报警电路，增加了系统的稳定性。
2．6 CPR信息数据处理
学员对模型人胸部按压压力的测量是模型人系统所要完成的一项主要功能之一，这里采用的是心肺气囊加传感器的方法来测量学员对模型人胸部按压压力。学员按压模型人胸部气囊时会造成心肺气囊内压强的变化，从而使得压力传感器的输出电压波形也发生相应的变化。如何从传感器的输出电压来得到学员按压的压力值，并与标准值比对是要解决的首要问题。
由于受心肺气囊形状、传感器灵敏度等许多因素的影响，采集到的电压不可避免出现许多干扰。在实际的应用过程中，采用通过硬件滤波和软件滤波相结合的方法来消除噪声。硬件滤波可以通过低通滤波器来实现，软件滤波采用中值滤波的方法。
经过大量的实验表明，在相同的实验条件下，压强的大小对传感器的输出波形是有影响的。不同的压强下传感器的初始电压V0是不同的，而整个按压过程本身也是一个变力的过程，所以胸部按压力度随时间t而变化的，跟电压V(t)以及初始电压V0均有关系，即：

当初始电压V0固定时，假设胸部按压力度与电压之间的关系是线性的，则按压值可以用以下公式表示：


由式(7)可知，k值实际上可以通过试验数据求得一个固定值。再由式(2)得，要计算按压值F(t)的最大值，实际上就是求传感器输出电压V的最大值Vmax。然而式(2)是在假设V0固定的前提下成立的，事实上，即使在相同的实验条件下，不同的V0下得到的Vmax是不同的，计算出来的最大按压Fmax也是不同的。为了使不同气囊压强下仍然得到相同的最大胸部按压力度Fmax，可以调整k值，使得k值和初始电压V0满足某种关系，即：

则计算最大胸部按压力度可以用下列关系表示：

而函数g可以通过统计的方法从大量实验得出的k值和V中求得，可考虑采用数据拟合的方法来进行。

3 系统软件设计
设计将采用Visual Studio 2005的MFC为工具进行软件设计。Visual Studio 2005是微软公司新一代数据开发平台，有更和谐的解决方案，可以高效地产生最严格的应用程序。
上位机界面由控制界面和虚拟监护仪界面分双屏显示。在控制界面里根据功能的不同又分为生命体征状态设置和保存模块、生命体征数据管理模块、模拟病程的模块、记录和治疗模块、病史模块、心肺复苏模块和网络功能模块。虚拟监护仪界面主要由心电图波形显示、血压波形显示、呼吸波形显示、呼吸CO2的含量波形显示构成。界面中还包含急救措施时使用的起搏器，除颤器等设置按钮等。
控制界面主要实现的功能：
(1)生命体征状态设置和保存模块。生命体征的状态主要包括心肺状态和体温，怎样设置生命体征的状态和保存是上位机模块一切功能的基础。
(2)生命体征数据管理模块。这里主要包括生命体征的查找、删除、查看详细数据、编辑、运行和排序等功能。
(3)模拟病程的模块。模拟病程就是模拟真人生病的过程，是一个变化的过程，通过虚拟监护仪表现出来。
(4)记录和治疗模块。记录模块是记录了模拟人的生命体征变化以及治疗的过程。治疗模块是根据模型人的生命体征做出相应的治疗的过程。
(5)病史模块。病史模块是对病人以前病史和现在的病情的记录，病史对医生诊断治疗是一个很重要的环节，根据病史不同治疗方法也会不同。
(6)心肺复苏模块。心肺复苏是急救最重要的一项，本模块可以训练CPR按压和通气的频率。也可以考核学生对CPR的掌握。
(7)网络功能模块。可以实现主机对从机监控及主机和从机对话功能。
(8)虚拟监护仪模块。虚拟监护仪模块是最重要的一个模块，这个模块包括人体生命体征的显示和生命体征曲线的合成。人体生命体征的显示中包括心电图、血压图、呼吸图、呼吸CO2图、体温等，以及这些波形图的显示的调节。生命体征的曲线的合成主要包括心电图曲线、血压图曲线、呼吸图曲线、呼吸CO2图曲线的合成。这些图形有规则的周期波形，有不规则的周期波形，还有没有周期型的波形。

4 结语
该系统具有齐全的功能模块，可以使更多的医学生在安全、受保护的模拟环境里进行训练和科研，不仅增强了学生的实践能力，而且保护了病人的合法权益。该系统是计算机交互式系统，其功能强大，扩展性强，且为今后功能的扩展预留了很大空间。

关键词： 训练 系统 设计 模型 医疗 SPCE061A 处理器 基于 通信协议