基于医用压缩空气供气的防褥疮气垫床充气装置的设计
胡银伟;王恒杰让人心疼的句子
【摘 要】目的:针对现有的防褥疮气垫床充气泵的弊端与不足,设计一种可替代传统气垫床充气泵的充气装置.方法:该装置以MCS-51单片机微控制单元(micro contron unit,MCU)为核心,利用压缩空气作为气源,主要由主控制模块、电源电路、压力检测模块、液晶显示驱动模块、按键模块、实时时钟模块及报警电路等构成.结果:该装置可达到与传统充气泵一样的充气效果,而且减少了充气泵的噪声对患者和医护人员的影响,对危重患者的褥疮防治效果更佳.结论:该装置结构简单、使用方便、性能稳定,能交替对2张气垫床充气,且能及时对故障进行报警,有一定的实用价值.%Objective To design an inflatable bed aerator to replace the traditional inflator pump.Methods The aerator ud MCS-51 SCM micro control unit as the core component and compresd air as the air source,which was compod of the modules for main control,power supply,air pressure detection,liquid crystal display,button as well as real-time clock and alarming.Results The aerator gained the same efficacy as the traditional inflator pump,while the noi was decread to the patient and medical staffs,which behave
d particularly well for the bedsore prevention of the critical patient.Conclusion The aerator has simple structure,easy operation and high stability,which can be ud for the inflation of two air cushions simultaneously and for timely alarming against failures,and thus is worthy promoting practically.
【期刊名称】《医疗卫生装备》
【年(卷),期】2017(038)012
【总页数】5页(P29-32,36)
【关键词】防褥疮气垫床;压缩空气;充气装置;气囊;微控制器
【作 者】胡银伟;王恒杰
【作者单位】430014 武汉,解放军161医院医学工程科;430014 武汉,解放军161医院医学工程科
【正文语种】中 文第一次见到你
养成教育
雩的拼音【中图分类】R318.6;TH789
由于身体疾病原因致使患者行动不便或失去活动能力需要长期卧床时，容易使局部组织受压缺血、缺氧、营养不良而致组织溃烂坏死，极易引发压疮，又称褥疮。褥疮不但会增加患者的痛苦，而且会引发病患局部感染，乃至形成整个医院内部的交叉感染。如果褥疮长期得不到愈合，患者死亡率将增加6倍，另外请护理工作人员每年至少需额外开支3万~6万元的护理费用[1-2]。压疮的防治是临床护理人员最棘手的问题，也是临床护理工作的重点之一[3-4]。针对重症监护患者、瘫痪患者、久病卧床的老年人等，使用防褥疮气垫床是目前临床上防治压疮最为理想的方法，其使用越来越普及，适用范围越来越广泛[5-6]。传统的防褥疮气垫床是利用电动气泵定期为气垫床的2组气囊循环充气，使气垫床呈现较高幅度的波动，改变患者与病床的接触点，达到促进患者着床部位的血液循环和锻炼肌肉收缩舒张功能的目的，从而实现对褥疮的防治。在医疗设备维护与维修过程中，我们发现传统的防褥疮气垫床是以独立的气泵作为气源，存在气源压力不稳定、气泵易故障、噪声大等不足[7]。医用压缩空气（正压）作为不可或缺的医用气体系统，是为患者提供医疗服务的重要基础设施之一，目前主要用于为呼吸机、麻醉机等提供正压空气和作为外科工具的驱动，使用率十分有限[8]。针对传统气垫床充气泵的不足和压缩空气干净、无噪声等资源优
势，本文以单片机为控制器，设计了一款可替代传统气垫床充气泵的充气装置，实现了气垫床工作模式多样化，在保证安全可靠的前提下充分提高了气垫床的利用率。现报道如下。
牛的英文怎么读根据防褥疮气垫床的工作原理及传统的防褥疮气垫床充气装置的弊端，本设计以MCS-51单片机微控制单元（micro control unit，MCU）为核心，利用压缩空气作为气源，可以实现为2张气垫床交替充气，示意图如图1所示。压缩空气的压力范围为0.06~0.1MPa，为了避免充气压力过大导致气垫床爆裂引发安全事故，采用AR2000-02BG-1空气减压阀对压缩空气进行减压[7]。该装置主要由主控制模块、电源电路、电磁阀组驱动模块、压力检测模块、液晶显示驱动模块、按键模块、实时时钟模块及报警电路等构成，总体结构图如图2所示。其中进气端经软管和压缩空气快速接头连接到设备带上，出气端经软管与气垫床连接。
当电源电路为MCU及其他模块供电时，液晶显示模块显示默认初始值，模式：2（双床模式），压力：×××（实时压力），周期：60min。根据患者具体情况可通过按键模块改变各参数值，其中模式可选择1单床、2双床，压力范围为0~250 kPa，周期20~100min。参数
设定后按下确定键，在MCU的控制下，定期给气垫床A、B 2组气囊充气、放气，从而达到使气垫床翻滚的效果。以双床（Ⅰ、Ⅱ）模式为例，冲放气过程可分为以下几个阶段：
（1）先对Ⅰ床A气囊充气，Ⅱ床处于等待状态；（2）当Ⅰ床A气囊气压达到设定值时开始放气，同时对Ⅰ床B气囊充气；（3）当Ⅰ床B气囊气压达到设定值时开始放气，同时对Ⅱ床A气囊充气；（4）当Ⅱ床A气囊气压达到设定值时开始放气，同时对Ⅱ床B气囊充气；（5）当Ⅱ床B气囊气压达到设定值时开始放气，重复（1）（2）（3）（4）......
在对气囊充气的过程中，压力检测模块不断地检测气囊压力，并与设定值比较用以选择阀门组合，当压力超出初始记录值的15%，MCU会触发蜂鸣器报警。
为了获得更为理想的效果，前期设计电路时我们采用Proteus进行设计与仿真，其中控制模块采用STC89C52RC为主控芯片，通过按键模块设定参数值，并在液晶显示器（liquid crystal display，LCD）上显示，用发光二极管（light emitting diode，LED）灯模拟电磁阀组的工作状态（灯亮表示导通，灯灭表示截止）[9]。后期根据仿真电路制作电路板，实现各模块的功能，主控器根据设定的参数选择不同的充气路径给指定的气囊充气，当压力模块监测到的压力数据值与初始记录值一致时，停止充气并切换充气路径，如此往复循环。
1.2.1 主控制模块
本装置控制芯片供电电源为+5 V。XTAL1和XTAL2端口连接11.9028MHz的晶振，采用8155H为通用输入输出（input/output，I/O）口扩展芯片，通过AD[0..7]数据总线与控制芯片P0口相连，其中8155H实物元件上总线 AD[0..7]、PA[0..7]、PB[0..7]、PC[0..7]都采用独立引脚封装。总线PA[0..7]作为输出用于驱动电磁阀组[10]，其余端口分别连接按键模块、液晶显示驱动模块、实时时钟模块、压力检测模块等，其电路图如图3所示。
1.2.2 压力检测模块
小儿学拼音本装置采用的压力检测传感器为MPX4250，其将范围为0~250 kPa的压力转变成0~5 V电压信号，且电压信号与压力呈线性关系。传感器转换出来的模拟电压信号经模数转换器ADC0832转换为数字信号，再传输给MCU，其电路图如图4所示。
1.2.3 液晶显示驱动模块
LCD用来显示充气装置的工作参数，使用者可以通过按键来调节参数达到最佳褥疮防治效果。液晶显示驱动模块采用MS12864F LCD，其使用带字库的ST7920作为驱动控制器，
可以显示汉字和图形，内置8192个中文汉字（16×16点阵）、128个字符的美国信息交换标准代码（America standard code for information inter charge，ASCII）字符库（8×16 点阵）和64×256点阵的绘图区域，可采用并行或串行方式与微控制器相连接，屏幕亮度可调。在此电路中，采用并行连接方式，用来显示设定参数值、压力值和工作时间，如图5所示[2]。数据指令选择RS引脚连接到P2.2，高电平表示数据操作，低电平表示写指令或读状态；读写控制引脚R/W连接到P2.3，高电平为读数据操作，低电平为写操作；E为使能信号引脚，高电平有效；方式选择引脚PSB为高电平，选择并行方式传输数据。屏幕明暗度可通过电位器RV1的分压比0%~100%进行调节，本文设定为50%。
1.2.4 实时时钟及按键模块
本装置采用实时时钟DS1302作为计时和提供时间数据的芯片。DS1302是一种高性能、低功耗、带RAM处理器的实时时钟芯片，它可以对秒、分、时、周、日、月、年进行计时，具有定时提醒、闰年补偿功能，工作电压为2.0～5.5 V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时间数据或RAM数据，其电路图如图6所示。按键模块电路采用由按键构成的矩阵进行设计，并采用行扫描读取按键状态数据，电路如图7所示。
为了提高程序运行的稳定性，软件设计时采用RTX51实时多任务操作系统[9]，将程序运行时间划分为多个时间片，按照一定规则为每个任务分配不同的时间片实现多任务并行工作。为了后期方便调试与测试，分别编写按键、液晶显示、实时时钟、压力传感器的驱动程序，并进行功能验证。在主程序中调用各功能程序，实现实时多任务执行。软件设计过程如下：
（1）设计各外设模块驱动程序；（2）采用Keil uVision5进行软件开发，调试各外设驱动程序，达到预期功能[11]；（3）调用其他外设程序生成电磁阀驱动程序；（4）采用电路仿真软件Proteus仿真各驱动程序功能，实现整体功能；（5）下载程序到实体电路的微控制器中，用于临床实验测试。系统运行流程如图8所示。
复方三维B将充气装置输入端与设备带上的压缩空气相连，输出端连接2个气垫床，通电后通过按键设置模式为2（双床模式）、周期为60min，并手动旋转压力调节旋钮设定压力为30 kPa，设定完成后对气垫床充气进行实体测试。本装置依次对Ⅰ床A气囊、Ⅰ床B气囊、Ⅱ床A气囊、Ⅱ床B气囊进行充气，多次测试每次切换压力都为30 kPa，并且整个过程无噪声。在我院随机抽取10个传统防褥疮气垫床充气泵用于对比实验。选择压力调节挡位（高、中、低3挡）
敬往事一杯酒的中挡后，气泵开始依次对Ⅰ床A气囊、Ⅰ床B气囊进行充气，多次测试每次切换压力在35~39 kPa变化；同时也发现，对于体质量较大的患者，传统防褥疮气垫床充气泵的输出压力更不稳定、噪声更大。而本文设计的充气装置的输出压力都为初始设定值30 kPa，稳定性更好，波动效果超过传统防褥疮气垫床充气泵，可满足临床防治褥疮的要求，并可以根据患者体质量选择合适的充气压力，从而达到很好的褥疮防治效果。为了确保装置的安全性，对其进行故障模拟，如气垫床或管路漏气致使压力达不到设定值、电磁阀故障无法切换充气路径致使压力过高等，本装置均能及时地产生蜂鸣器报警。测试结果表明，本装置整体性能稳定，能使气垫床产生稳定和有规律的波动。同时操作简单，能交替对2张气垫床充气，而且故障报警及时。
