呼吸机综合参数监测仪的设计

　　在2003年上半年与“非典”的战斗中,急救呼吸机发挥了非常重要的作用.然而在呼吸机的生产线上,对呼吸机综合参数的监测大部分还是采用人工的方式,一方面耗费人力,更重要的是容易导致监测的精度不够,输出参数的分辨率低.为了提高准确度和效率,我们研制了以AVR单片机为核心的急救呼吸机综合参数监测仪,用于对呼吸机的综合输出参数如潮气量、吸呼比、呼吸频率、每分钟的通气量等进行监测,该仪器已用于急救呼吸机的生产线上,达到了预期效果.

　　1　仪器基本原理和功能框图[1,2]

　　本仪器的系统框图如图1所示,图中的单片机选用价格低廉、性能优良的AVR2313单片机,充分利用其提供的软硬件资源,配以相应的外围电路完成呼吸机的综合参数监测.其主要组成部分包括:液位传感器、光电隔离器、单片机、单片机之间的串口通讯电路、显示电路等.

　　液位传感器是自行研制的一种专利产品.当该仪器工作时,直接将呼吸机的输出接到模拟肺上,由液位传感器将模拟肺中液位的上升下降情况(即液位高度变化)转化成相应的模拟电压值,经A/D转换电路转换成相应的数字信号,输出到单片机的I/O口,由单片机按照液位高度变化和吸呼比、潮气量、呼吸频率等参数之间的关系通过计算得到呼吸机的综合输出参数,暂存到单片机的存储器中.然后由串行接口将这些参数送到计算机或单片机中进行显示.

　　2　关键器件和关键技术

　　2.1　AVR2313单片机

　　美国ATMEL公司的90系列单片机是增强型RISC内载Flash的单片机,通常简称AVR单片机.90系列是基于新的精简指令RISC(ReducedInstruction Set Computer)结构的,综合了半导体集成技术和软件性能的新结构.这种结构使得在8位微处理器市场上, AVR单片机具有最高的MIPS/MW能力.

　　90系列单片机采用Harvard总线结构,即对程序存储器和数据带有不同的存储器和总线,通过单一级的流水线可对程序存储器进行访问.当执行某一条指令时,下一条指令被预先从程序存储器中取回,这使得指令可以在每一时钟周期内被执行.

　　本文选用90系列AVR单片机中的AT90S2313为主要控制控制芯片.AT90S2313是90系列中一款中档产品,价格便宜,功能强大.该单片机共有20引脚,内含2K字节程序存储器,128字节EEPROM,128字节片内SRAM,32个通用寄存器,15条通用I/O口线,可编程的串行UART,具有比较模式的灵活的定时器/计数器、内部及外部中断源、可编程的看门狗定时器、下载程序用的SPI口以及2种可通过软件选择的省电模式.AVR单片机通过在单一芯片内将一个增强性能的RISC 8位CPU与可下载的Flash结合,把大部分单片机系统所需的外围芯片集成到单一芯片中,使得ATMEL90系列单片机成为一种适合于许多要求、具有高度灵活性和低成本的嵌入式的控制应用的高效微控制器.