无创式麻醉机控制系统的设计与研究

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　　1引言

　　麻醉机作为现代医疗必不可少的器械, 它不仅在病人手术中进行全身麻醉使用,而且还替代危重病人的自我呼吸。麻醉机系统是一个复杂系统,它涉及到机械、控制、医学等各个学科。我国在麻醉机系统研究上还处在初级阶段,智能化程度还很低,很多医疗单位使用的麻醉机大多从国外进口。因此设计具有智能化程度高的麻醉机控制系统具有重要的理论与实际意义。本设计从实际出发,利用 DSP 技术全面的开发了一种智能无创式麻醉机控制系统。

　　2系统硬件设计

　　本文最终目的是要设计一种易于操作、人机界面友好,能够进行实时监测、显示及控制的高智能无创式麻醉机控制系统。根据系统框图(图1)可以看出,整个硬件系统包括七个部分:中央处理单元;键盘输入管理单元;显示输出管理单元;输出控制单元;信息采集单元;安全报警管理单元;电源管理单元。下面将分别对几个主要单元进行详细分析设计。

　　2.1 中央处理单元

　　中央处理单元,主要实现整体的控制及管理功能,它把采集到的信号进行相应的逻辑处理和数模转化, 再根据处理后的结果进行控制,使进气阀和排气阀配合动作,实现对病人的呼吸控制和麻醉。当相关参数超出预设的极限值时,及时的对报警模块进行控制,输出报警信号。本文选用TMS320C2812 芯片作为系统的控制单元,主要基于以下因素:

　　1)、TMS320C2812 控制系统的成本明显低于可编程控制器,而且它比单片机控制系统具有更高的稳定性、更快的响应速度、更大的数据处理能力。这是首要考虑的因素

　　2)、TMS320C2812 的接口齐全、内部资源丰富、工作稳定。

　　3)、在控制中需要处理的数据量较大, 在浮点数计算方面DSP 要比单片机、P LC 的速度快的多。本文所设计的控制系统采用TI 公司的TMS320C2812 芯片, 是目前为止用于数字控制领域性能比较好的DSP 芯片。

　　2.2 显示输出管理单元

　　液晶显示输出,用于显示输入的控制参数值、麻醉机当前的工作状态以及病人的一些生理参数。液晶显示器的使用,扩展了人机交换界面,可以很方便的获得各种控制参数。液晶显示电路包括液晶显示电平转换电路、液晶驱动电路、液晶背景灯高压供电电路、液晶屏。其原理框图如图 1 的 F 区所示。液晶显示器是整个系统最终的可视化界面, 几乎所有的物理、生物信号都要显示在液晶上,所以液晶的选择需要在功能、尺寸、性价比等各个方面重点加以考虑。从功能上讲,本系统需要显示的信息包括气道压力、潮气量、氧浓度、通气量、压力曲线、呼吸曲线等一些数字信号和图形信号。