基于CAN总线的呼吸机控制系统设计

　　1引言

　　作为手术室设备的重要组成部分, 呼吸机已被普遍应用于各手术室的急救和重症监护中，随着科技的不断进步,人们对医疗设备的性能也有着越来越高的要求，为了在实际应用中，使呼吸机的功能得以全面发挥，更准确地施行治疗和救护，增强呼吸机的稳定性和可靠性，提高其性价比，功能扩充灵活是非常必要的，所以在呼吸机控制系统中采用 CAN 总线技术，可大幅降低系统复杂度, 降低成本，并将 ARM 微处理器引入到控制系统中，可提高系统可靠性，也可最大程度地减少电缆的使用。与此同时，基于 ARM 的嵌入式系统设备以其超低的功耗，强大的软硬件支持，优良的内核结构等一系列的优点，迅速占据了包括医疗电子设备在内的高低端嵌入式应用市场。在这样的背景下，作者选用功能较为适合呼吸机需求的 PHILIPS 公司的LPC2368 芯片，并结合相应的软件技术设计了本款呼吸机，本文将着重介绍呼吸机的软硬件设计与实现。

　　2系统的总体结构设计

　　根据用户的实际需求和当前各种技术的发展，考虑到系统未来兼容的可能性，设计应要求：对病人的采集点个数多，并能根据需求灵活扩充，本系统基本组成结构如图1 所示。为了充分利用总线优势来传输数据，减少不必要的多余线束，结构上本系统由一个主系统节点和若干活动节点构成的子系统节点，此外还可有一个与上位机进行交互的通讯模块。各系统节点完成各自的功能，并通过CAN 总线来完成数据的交互。

　　3系统的硬件设计

　　3.1 主处理器的选择

　　CAN 总线必须有微控制器作为其控制平台，PHILIPS 公司的LPC2368 是一款支持实时仿真和跟踪的32 位ARM7TDMI-S 微控制器，具备 ARM 处理器性能高、稳定性好、成本低和能耗小的特点。芯片内部集成了512k Flash 程序存储器、58kRAM、I2C 串行接口、2 路CAN 控制器、4 个32 位定时器、4个UART、6 通道10 位A/D 转换器、实时时钟等多种功能模块。LPC2368 集成的功能模块多数都是本系统的需求，其余资源以备未来系统扩展需求。

　　3.2 CAN 控制器与收发器

　　主节点由电源接口与变换电路、晶振电路、JTAG 接口电路、复位电路、存储器、液晶显示、RS232 电平转换电路、键盘电路等组成。如图2 所示。

　　CAN 接口电路实现CAN 控制器和通信线路的物理连接。为了使电路更为简洁而且成本更低，本系统的CAN 接口选择致远公司的 CTM1050T 芯片，同时可靠性也得以提高。CTM1050T 符合 ISO11898 标准，主要功能是将 CAN 控制器的逻辑电平转换为 CAN 总线的差分电平，其内部集成了所有必需的CAN 隔离、CAN 收发器件、总线保护和电源电路，无需外加元件可直接使用。芯片具有DC2500V 的隔离功能、ESD 保护功能，高低温特性好，完全满足工业级产品技术要求。CAN 接口连接原理图如图3 所示。