基于MSP430單片機的急救盒系統(tǒng)設(shè)計*

張成功，石廣田

(蘭州交通大學(xué)機電工程學(xué)院，甘肅蘭州 730070)

0 引言

據(jù)世界衛(wèi)生組織(WTO)公布，超過50%的心腦血管猝死病人發(fā)生在入院前，故提高上述猝發(fā)疾病生存率的關(guān)鍵在于第一時間及時有效的醫(yī)療干預(yù)。而關(guān)鍵因素在于:病人突發(fā)病后自行或通過120急救車接送往醫(yī)院的過程即使在發(fā)達的城鎮(zhèn)通常需要30～60 min，往往喪失搶救的最佳時機(被醫(yī)學(xué)稱為黃金10 min，應(yīng)該說此時時間就是生命［2］。自行實現(xiàn)的急救藥物最好的給藥方式是舌下含化。較通常的口服藥物相比，吸收時間較短。突發(fā)病狀況下病人的意識和行動能力將會大大下降或快速喪失，呼救得到身邊家人或其他人的幫助就顯得十分必要。如果在入院前醫(yī)生能夠得到病人的病情，在不耽誤最好的治療時間去診斷，那就是最好不過了。

1 急救盒工作原理

心腦血管疾病的急救通常為口服藥物，吸收時間長。本急救盒選擇為舌下靜脈血管吸收，舌下靜脈血管豐富，吸收速度快，急救盒機械圖如圖1所示。

上部為壓藥裝置，將片狀藥物壓碎為粉末狀，并置于藥袋中，當需要急救時，直接將藥袋置于患者舌下，可快速完成吸收功能，提高成活率［3］。

急救盒下部為藥盒和含有患者信息的存儲卡，方便患者就醫(yī)時信息的快速錄入。為了增加急救盒的功能，急救盒還有定時提醒服藥和收音功能。下面僅針對這兩個功能進行設(shè)計。

圖1 急救盒機械圖

2 系統(tǒng)的組成及其基本工作原理

急救盒系統(tǒng)是通過預(yù)期時間設(shè)定，運用具有五組鬧鈴的LCD顯示設(shè)備，顯示當前時間和報警鬧鈴的設(shè)定及其一些相關(guān)模式，再通過功放播放出來，在該設(shè)備上還用運GS1299芯片，實現(xiàn)了智能化的收音機系統(tǒng)。整個電路主要包括含有MSP430單片機的微處理器、五組鬧鈴的LCD顯示電路、具有五級調(diào)節(jié)的按鍵設(shè)置電路、放大電路、收音機工作電路［4］。詳細如下說明:核心處理器是一塊MSP430F412的低功耗單片機，一塊能實現(xiàn)時間、鬧鈴、倒計時等功能的LCD顯示器，具有 POWER、CLAM、MODE、HOUR、MINITE 多級調(diào)節(jié)的開關(guān)電路，揚聲器和語音芯片的主電路和外圍電路，以及揚聲器放大電路，內(nèi)置MCU用戶無需寫程序立體聲收音IC GS1299的接入電路等。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1 總體硬件設(shè)計方案

該急救盒總體的硬件組成主要包括了MSP430控制芯片、具有五組鬧鈴的LCD顯示器、語音芯片、收音芯片和功放等，其中MSP430是整個系統(tǒng)的控制核心，LCD顯示器主要負責多種模式(時間、鬧鈴、倒計時等)的顯示，音芯片和功放(功放選用NS4158芯片，為D類數(shù)字功放)是負責急救盒實現(xiàn)報警的主要部件，收音芯片則是負責實現(xiàn)收音機功能的核心部件，總體硬件設(shè)計圖如圖3所示。

圖2 整體結(jié)構(gòu)圖

3.2 微處理器

由于急救盒是需要用電池進行供電的儀器，一塊電池需工作很長時間，這必須選用低功耗的微處理器。MSP430F4520［5］是 TI公司推出的16位超低功耗單片機，在休眠條件下工作電流只有0.8，從休眠方式喚醒只需6，P1和P2E1全部可以做外中斷處理，并具有5種節(jié)能模式，兩個串行通信接口，且集成有紅外通訊編解碼協(xié)議［6］，非常適合用在超低功耗產(chǎn)品中。因此選用MSP430F4520作為本系統(tǒng)微處理器。

3.3 收音芯片

內(nèi)置MCU用戶無需寫程序立體聲收音IC GS1299，具有開機關(guān)機功能，開機關(guān)機后記憶當前電臺。加上極少數(shù)的元件即可收到調(diào)頻立體聲廣播?？梢詫崿F(xiàn)FM上下搜索電臺，聲音大小控制，靈敏度高、噪聲小、抗干擾能力強、內(nèi)置高精度A/D(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)及數(shù)字頻率合成器。外接組件極少、支持全球頻段(76－108MHZ)。內(nèi)置噪聲消除、低音增強電路設(shè)計。完全整合的COMS工藝單芯片集成電路，功耗極小。高功率32Ω負載音頻輸出，直接耳機駁接，無需外接音頻驅(qū)動放大。整機供電為1.8～3.6V寬輸入供電，應(yīng)用簡便、成本低，性價比高。相關(guān)電路圖如圖4所示。

圖3 語音芯片連接電路圖

3.4 LCD 顯示器

該顯示器［7］主要功能有時間(12/24 h制)、五組鬧鈴、倒計時(最大23 h 59')等。具有設(shè)定調(diào)節(jié)的四個按鈕:MODE、H、M、12/24(STOP/START)轉(zhuǎn)換。MODE用來調(diào)節(jié)進入時間設(shè)定。H是用來調(diào)節(jié)小時的按鈕，如果一直按住，則會出現(xiàn)快速調(diào)節(jié)小時。M是用來調(diào)節(jié)分鐘的按鈕，如果一直按住，則會出現(xiàn)快速調(diào)節(jié)分鐘。12/24(STOP/START)轉(zhuǎn)換是用來轉(zhuǎn)化12 h制或24 h制的按鈕，同時，也可以實現(xiàn)鬧鈴的開啟或關(guān)閉。LCD顯示器的正常界面如圖5所示。

圖4 正常顯示器顯示

圖5 簡單流程圖

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計采用的開發(fā)環(huán)境為Keil uVision2和Altium Designer6，采用C語言編寫系統(tǒng)軟件程序。

主要子程序模塊包括:系統(tǒng)初始化子程序、主程序循環(huán)、數(shù)據(jù)處理子程序、定時子程序、液晶顯示子程序、看門狗設(shè)定和復(fù)位子程序、中斷響應(yīng)子程序、按鍵處理子程序、按鍵去抖子程序、Flash寫子程序、延時等待子程序、語音芯片啟動程序、GS1299啟用驅(qū)動程序、功放驅(qū)動程序等［8］。

5 結(jié)論

本急救盒最大的特點是控制系統(tǒng)是由MSP430實現(xiàn)，它可進入低功耗模式，從而可使LCD顯示器和收音裝置實現(xiàn)長期運行的功能。該急救盒在通過電路板［9］的調(diào)試和LCD顯示器的校準與設(shè)定完成后，能夠準確可靠地實現(xiàn)報警功能，同時，系統(tǒng)的收音裝置在功能上和音質(zhì)效果上都達到了預(yù)期的目標，也證明了該裝置是一種比較可行的產(chǎn)品，再者，該模塊具有運行穩(wěn)定、易于攜帶的特點，可以很方便、不受任何環(huán)境的限制和約束，進而提高產(chǎn)品的適用性，在實際系統(tǒng)中具有較高的應(yīng)用價值。

［1］ 孫駟洲，陸華才.PROTEUS軟件在單片機實驗教學(xué)中的應(yīng)用［J］.科技信息，2013(1):25－33.

［2］ 何忠杰，白金十分鐘－急救新概念的定義和意義［J］.中國鄉(xiāng)村醫(yī)藥雜志，2005，12(3):3－5.

［3］ 王一鏜.努力加強和提高:第一時段救治的質(zhì)量［J］.中國急救醫(yī)學(xué)，2003，23(2):94.

［4］ 楊明欣.模擬電子技術(shù)［M］.北京:高等教育出版社，2012.

［5］ 沈建華，楊艷琴.MSP430系列16位超低功耗單片機原理與實踐［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

［6］ 吳 平，龔 彬，丁鐵夫.液晶顯示模塊和 MSP430單片機在顯示終端上的應(yīng)用［J］.液晶與顯示，2003，18(6):436 －440.

［7］ 張福才.MsP430單片機自學(xué)筆記［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2011.

［8］ WEN Peng，YAN Guo－chang，LI Xu－h(huán)ui等.Register Reallocation for Soft Error Reduction［J］.Wuhan University Journal of Natural Sciences，2014(06):4－6.

［9］ (美)David Comer，(美)Donald Comer著.王華奎譯.電子電路設(shè)計［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2004.