1.研究的目的與意義

本文將單片機(jī)應(yīng)用于心肺復(fù)蘇模擬人，并作為核心控制系統(tǒng)。用光電傳感器采集數(shù)據(jù)，并送單片機(jī)處理，然后將處理好的數(shù)據(jù)用數(shù)碼管顯示出來。為了方便受訓(xùn)者操作，增加了按鍵功能、液晶顯示功能，語音提示功能、打印功能。

2.心肺復(fù)蘇模擬人實(shí)施方案

2.1 模擬人的檢測結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

檢測機(jī)構(gòu)如圖1 所示。對(duì)模擬人進(jìn)行口對(duì)口人工吹氣操作時(shí)，呼出的氣體從進(jìn)氣管7 進(jìn)入氣囊2，氣囊2 隨即膨脹；光纜板6 與輕質(zhì)板1 已被螺釘固定成一體，氣囊2 的膨脹推動(dòng)動(dòng)輕質(zhì)板1 上移，光纜板6 在輕質(zhì)板 1 帶動(dòng)下上移；光纜板兩側(cè)放置的光電發(fā)射管4 和光電接收管5（共有兩對(duì)發(fā)射管、接收管），隨著光纜板6 的移動(dòng)，光電接收管5伴隨高低電平的輸出即脈沖的輸出；采用這種光電傳感器檢測方式可將光纜板移動(dòng)的距離轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)，從而判斷吹氣量是否合格。

2.2 光纜板位移檢測

通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將吹氣量、按壓深度轉(zhuǎn)化為光纜板的位移量。光纜板的位移又轉(zhuǎn)化為光電傳感器的脈沖輸出。在光纜板兩側(cè)放置光電傳感器，并用來檢測光纜板的移動(dòng)。在光纜板的左右移動(dòng)過程中，當(dāng)光電傳感器處于A 位置時(shí)光強(qiáng)較大，BJT 飽和導(dǎo)通，輸出低電平；當(dāng)光電傳感器處于B位置時(shí)光強(qiáng)較小，BJT *截止，輸出高電平。

2.3 光纜板位移方向的檢測

一個(gè)光電傳感器，只能測出光纜板的位移大小，卻得不出移動(dòng)的方向。而通過對(duì)兩個(gè)傳感器的輸出電平作比較，則可以得出光纜板的移動(dòng)方向。當(dāng)光纜板向右移動(dòng)時(shí)， B 處的傳感器輸出的電平波形在相位上超出A 處的90 度；而向左移動(dòng)時(shí)，A 兩處的傳感器輸出的電平波形在相位上超B 處的90 度。將輸出的波形通過LM339 比較器后，可得出方波相位圖。

圖1 系統(tǒng)框圖及主要機(jī)械機(jī)構(gòu)

1.輕質(zhì)板 2.氣囊 3支架 4、11.光電發(fā)射管 5、13.光電接收管 6、12.光纜板 7.進(jìn)氣管 8.排氣管 9.壓板 10、14彈簧15.底板

3.硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用兩片AT89S52 單片機(jī)進(jìn)行控制。如圖1 中的控制器部分所示，上位機(jī)用來接收按鍵信息，以及顯示語音提示。下位機(jī)用來接收光電傳感器信息，顯示操作數(shù)據(jù)（包括數(shù)碼顯示模塊、液晶顯示模塊），并與打印機(jī)相連。

3.1 按鍵模塊

考慮到模擬人的功能和操作的方便性，共設(shè)計(jì)了復(fù)位鍵、吹氣鍵、按壓鍵、綜合操作鍵、開啟語音鍵、關(guān)閉語音鍵、開始/ 停止鍵、打印成績鍵等8 個(gè)鍵。這些鍵分別接于上位機(jī)的P1 口，且均與P3.3I/O 口連接。

3.2 語音模塊

語音芯片采用華邦公司生產(chǎn)的ISD1700 系列芯片，該芯片可以處理多達(dá)255 段以上的信息。 ISD1700 通過SPI協(xié)議對(duì)芯片進(jìn)行控制，只需要4 根口線即可對(duì)ISD1700進(jìn)行控制。本次設(shè)計(jì)采用的是ISD17240 芯片，振蕩電阻為80kΩ，則采樣頻率為8kHz, 每次錄放音時(shí)間為240 秒。設(shè)計(jì)的功能為，語音提示開啟的情況下，按下開始鍵，則給出提示，告訴操作者該怎么去做。

3.3 數(shù)碼顯示模塊

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，該模擬人系統(tǒng)共需要16 位LED 數(shù)碼管。

其中，總吹氣次數(shù)、有效吹氣次數(shù)、總按壓次數(shù)、有效按壓次數(shù)、平均有效按壓深度等6 種信息各需兩位數(shù)碼管，平均有效吹氣量，操作頻率均需三位數(shù)碼管。這16 位數(shù)碼管只需用兩片HD7279A 芯片即可滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。

3.4 液晶顯示模塊

液晶顯示模塊選用的是HS12864-1 液晶模塊。該模塊是一種圖形點(diǎn)陣液晶顯示器, 主要由行驅(qū)動(dòng)器/ 列驅(qū)動(dòng)器及格128X64 全點(diǎn)陣液晶顯示器組成。可完成圖形顯示，也可以顯示84 個(gè)(16x16 點(diǎn)陣) 漢字。液晶模塊硬件電路設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)口與P0 口相接，用P2.0-P2.4 控制液晶顯示屏。

3.5 打印模塊

打印模塊采用的是迅普SP 系列打印機(jī)，型號(hào)為：SP-E1610PK,。SP 系列打印機(jī)有并行、串行兩種接口方式。

本次設(shè)計(jì)采用并行接口方式（因?yàn)閮蓡纹瑱C(jī)之間的通訊占用了串行口，為了數(shù)據(jù)傳送方便，故選用并行接口方式），數(shù)據(jù)口與下位機(jī)的P2 口連接。

4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

開始鍵按下后，數(shù)據(jù)的處理便開始了。首先上位機(jī)把按鍵信息（包括開始/ 停止信息、選擇操作項(xiàng)信息、語音開閉信息）存儲(chǔ)在70H 至75H 單元中，然后傳送給下位機(jī)，信息將存儲(chǔ)在70H 至75H 單元中。受訓(xùn)者操作模擬人時(shí)，引起光纜板的移動(dòng)，然后傳感器把數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)（程序做中斷處理）。以按壓為例，程序中設(shè)置外部中斷1 下降沿有效，當(dāng)INT1=0 時(shí)，若P3.5=1 則為向下按壓階段（也有可能是向下按壓后的返回階段，以實(shí)際中測試的為準(zhǔn)，此處假設(shè)為向下按壓階段），存儲(chǔ)按壓深度的單元值加1；反之，則減1。存儲(chǔ)按壓深度的單元賦初始值為70H，以防止按壓深度小于按壓后返回的距離以及其它先減后加等可能造成數(shù)據(jù)溢出的情況。再則，由于按壓深度不會(huì)超過70 毫米（由按壓結(jié)構(gòu)保證），存儲(chǔ)單元中的值每加1 代表按壓深度增加2 毫米，那么存儲(chǔ)單元中的值不會(huì)超過0A5H，也不會(huì)超出存儲(chǔ)范圍。