基于单片机的呼吸量和呼吸频率智能测定

1、呼吸量与呼吸频率测定第 页共25页呼吸量与呼吸频率测定第1页共25页引言呼吸是维持机体新陈代谢和功能活动所必需的基本生理过程之一,一旦呼吸停止,生命也将终止。同时也是麻醉管理、术后监测的重要生理依据，呼吸功能的监测已广泛应用于临床各科并发挥了重要的作用，成为不可缺少的手段，麻醉期间病人的呼吸功能常受到不同原因和不同程度的干扰。呼吸功能的改变可波及循环功能，严重的呼吸系统意外和并发症可以危及病人的生命。因此维持正常的呼吸功能，预防和正确的处理呼吸系统的意外和并发症是保证麻醉平稳、病人安全的关键，因此，无良好的呼吸监测仪监测呼吸功能，则无法提供正常的通气功能和换气功能，预防和治疗低养和预防二氧化碳

2、积蓄。本设计课题就是开发一种呼吸检测系统来提高麻醉质量，保障呼吸通道通畅，及时发现呼吸道异常情况，降低呼吸道并发症的发生，降低临床医生和护士的工作强度，并可提高医疗水平和病人安全，减少医疗事故的发生。在以往应用的监测系统中一种是利用传感器与计算机相连，使的设备过于笨重且成本较高，应用不方便。一种是温感式，通过检测人呼吸气流引起鼻腔内周边温度变化,能快速、方便、不失真的记录下受检者当时（20s25s）呼吸波，然后通过合理的截取、采样、A/D转换,送入微电脑进行处理，并实时显示出呼吸波形、流速-容量曲线、呼吸气流速率、频率、峰值以及潮气量等多项肺功能参数。在设计原理上利用了人的呼吸特点,呼吸实质上

3、是人体内外环境之间气体的交换,正常人的呼吸是由呼吸中枢支配呼吸肌有节奏地张弛、造成肺内压和大气压之间的压力差,此压力差在克服了肺通气阻力之后,方能实现气体交换。根据医学生理学原理,在肺通气阻力一定时,推动气体流动的压力（大气压与肺内压力差）越大,单位时间内气体流量就越大,当气道管径一定时,气体流速也就越大,反之亦然。而此气体通过鼻腔,与外界气体进行交换时,必然会引起鼻腔内温度的变化。实验证明:在气道管径不变的条件下,温度的变化量（T）与气体流速的变化量（AV）线性相关，因此只采用灵敏度高、温度线性好、时间常数较小的热敏传感器，就能把微弱的呼吸信息检测出来，再经过放大、滤波、A/D转换、微电脑分

4、析处理,就能自动地、实时地显示呼吸波形、流速-容量曲线、呼吸气流速率、频率、峰值以及潮气量等多项肺功能参数。另一种是阻抗式呼吸监测系统。人体胸部相当于一段导体，其阻抗包括电阻感抗和容抗。但感抗作用很小，一般忽略不计，而容抗在50kHsl00kHz的高频电流作用下，对实际测量结果的影响也很小，所以胸阻抗基本是电阻的变化。吸气时，肪内气体增多。阻抗值变大；呼气时，肪内气体减少，阻抗值也随之变小。当给胸部通以恒定高频电流时，就可以通过检测电阻的变化来监测呼吸运动。此方法手人体运动的干扰较大，同时也受到个体差异的影响，所以在设计和测量上还有一些问题。本设计是利用检测病人呼吸气流的方法来来达到对病人呼吸

5、的监测。传感器把呼吸气流转变为电信号，通过条理电路来对信号进行整形处理，通过单片机来对信号处理来达到对呼吸量、频率的检测和显示，并且通过能够达到对呼吸量呼吸频率的判断是否超出了正常范围，如果数值异常通过发光二极管和蜂鸣器来发出报警信号来提醒护士对紧急情况进行处理。此设备具有现存呼吸机监测仪不可比拟的优点，它体积小、成本低，显示是直观，不受个体的差异的影响。本机在实际测试中能够达到所需设计的要求。整机设计方案概述本设计需要对呼吸量和呼吸频率进行测定，有两个方案可以选择。一种是由硬件来实现呼吸量和呼吸次数两个信号，然后分别输入到单片机进行处理。另一方案是把由硬件产生呼吸量信号，输入单片机后再由软件

6、来实现呼吸次数的判断和计数。由于第一种方案由硬件来实现会使得整机设计成本高，受电路影响带来信号的不稳定以及制作工艺繁复等许多缺点，所以本机选择了第二种方案。此方案设计由信号采集、信号整形、信号处理、显示、报警五部分组成。信号的采集是由传感器来实现的，在该设计中利用光电对管来实现对信号的采集。在气流通过一个叶轮时会带动叶轮转动，通过叶轮对光线的遮挡使光接收管部分产生一串脉冲作为采集的信号。此装置要保证叶轮能够流畅的转动，并且发光二极管的位置要确定好，保证在叶轮的转动过程中使光线能够交替的被遮挡和透过。信号整形部分是把传感器采集来的不规则信号来处理为能够被单片机检测的标准脉冲信号，从而使单片机能够

7、对信号准确稳定的处理，此环节是非常重要的一环，关系到单片机对信号处理的准确性。信号处理部分由AT89C51单片机来实现，它负责把整形规则的信号进行智能处理判断。信号通过INT0引脚输入单片机，在程序中能够对引脚输入的脉冲进行中断处理，对输入的脉冲个数来进行计数。在呼吸量大时叶轮的所转的周期多产生的脉冲个数也会随之增多，从而脉冲的个数能够定性的反映出呼吸量的大小。在对呼吸次数的判断上有同样采用单片机软件来实现，在呼气时脉冲是连续的，根据判断脉冲宽度来判断是否一次呼吸已经完成。本机还需要对呼吸频率来进行显示，所以在每半分钟的时候会对呼吸次数进行一次取值并且显示出来。单片机还要实现对呼吸量和呼吸频率

8、的显示功能。在对呼吸量和呼吸频率的采集过程中要对其数值进行判断，如果在所设定范围内则正常显示并且等待下次信号的采集，如果超出了范围就会发出报警信号，在设计过程中还设定了一个手动复位键，在报警时能够人为的撤消。显示部分有六个共阴极的数码管组成，能够对单片机发送的信号通过驱动电路进行显示。报警部分由LED和蜂鸣器组成，信号由单片机P3口输出，三个LED分别显示呼吸量太小报警、呼吸频率过高报警、呼吸频率太低报警，使护士对病人的情况一目了然。蜂鸣器在以上三种情况都发出报警声音以便护士不在现场时也能够及时知道紧急情况。开发系统31AT89C51单片机ATMEL公司的AT89C51Flash单片机，它是一

9、种低功耗/低电压、高性能的8位单片机，片内带有4KB的Flash可编程可擦除只读存储器，它采用CMOS工艺和高密度非易失性存储器（NURAM）技术，而且引脚和指令系统都与MCS-51兼容。片内的Flash存储器允许在系统内可改编程序或用常规的非易失性存储器编程器来编程。AT89C51是一种功能强、灵活性高且价格合理的单片机，可方便地应用在各个领域。AT89C51工作的电压范围在2.7V-6V之间。AT89C51具有如下的主要特点：（1）4KB可编程序的Flash存储器（可擦写1000次）。（2）全静态工作频率：0Hz-24MHz。（3）三级程序存储器保密。（4）128字节内部RAM。（5）2条

10、可编程I/O线。（6）2个16为定时器/计数器。（7）6个中断源。（8）编程全双工串行通道。（9）片内时钟振荡器。AT89C51这款功能强大的单片机能够作为本设计的一个处理器，来实现信号的处理功能。32TOP851通用编程器T0P851型编程器具有体积小，功耗低，可靠性高的特点，是专为开发51系列单片机和烧写各类存储器而设计的普及机型。它采用串口与PC几连接通信，抗干扰性能好，可靠性极高，特别适合烧写各种一次和电擦除器件。他能够把编译好的文件装载入缓存中并通过指令写到单片机中。具有自动检测元件是否插好，过电流保护，自动探测机器速度等功能。33电路设计软件PROTEL99SEProtel99SE

11、是一款基于WINDOWS操作系统的电子线路CAD软件，具有自动布线、自动布局逻辑检测和逻辑模拟等功能。它主要由两大部分组成。原理图设计系统和印制电路板设计系统。原理图编辑器提供高了速智能的原理图编辑手段，产生高质量的原理图输出结果。他的元件库提供了超过6万中元件，最大限度的覆盖了众多电子元件生产厂家的繁复庞杂的元件类型。元件的连线使用自动化的画线工具，然后通过功能强大的电气法检测，对所绘制的原理图进行快速检查。印制电路板编辑器为用户提供了一条快捷的设计印制电路板的途径。PCB编辑器通过它的交互性编辑环境达到了手动设计与自动化设计的融合。PCB的底层数据结构最大限度地考虑了用户对速度的要求，通过

12、对功能强大的设计法则的设置，用户可以有效的控制印制电路板的设计过程。Protel软件具有综合设计数据库、原理图元件库、PCB封装库，简便的同步设计，其强大的功能大大提高了电子线路的设计效率。4硬件设计41信号采集信号的采集是由传感器来实现得，它的准确与否直接关系到以后电路的信号处理的准确性。在呼吸监测仪中我们应该考虑到实际中的应用问题，一般危重病人都采取如图1所示的装置来给予氧气,在此装置上我们做了一些改进，在进气管和出气管中我们都加入了一个阀门，他们的作用是在病人吸气时进气阀门打开而出气阀门关闭，在呼气时进气阀门关闭而出气阀门打开，这样就保证了两个管道中都只能有一个方向的气流。在出气管道中安

13、装了一个叶轮和发光二极管与光电管的组合作为采集呼吸信号用，装置如图2，在病人的呼吸气流通过叶轮时会带动叶轮转动，在叶轮的两侧适当的位置安装上发光二极管与光电管，在叶轮转动过程中会使发光二极管所发出的光时而被遮挡时而透过，这样就会在光电二极管一侧得到一串光脉冲，经过光电管的转换在其输出端便会产生一串电脉冲信号。由图1可以知道气流是单向流动的，在出气时出气管道的阀门打开，这样便会使气流带动叶轮转动，而气流的强度和通气的时间正比于叶轮的转速，而叶轮的转速的变化又使光电二极管产生的脉冲个数随之变化，这样就可以通过记录脉冲的个数来定性的反映出一次呼吸量的大小。当吸气时，气流会通过进气管道进入人的鼻腔，而

14、出气管道中不会再有气流通过，此时叶轮会停止转动，光电二极管也不会再有脉冲产生，此时一次呼吸完成。42信号的整形电路经过传感器产生的信号并不能作为单片机的输入信号，由于传感器产生的信号不是规V则的方波，且最低电平未在零附近。如图3所示:o图3这样的脉冲电压不能够使单片机正常的工作,在计数的过程中会使计数不准确甚至不能使单片机计数。所以要对该脉冲波进行整形。电路如图4所示:呼吸量与呼吸频率测定第 页共25页呼吸量与呼吸频率测定第 #页共25页图5呼吸量与呼吸频率测定第6页共25页在该电路中光电二极管在接收到发光二极管的光线时会导通，在没有光线时会阻断,因此会在7.5K的电阻R12上产生一串光脉冲电

15、压，就是图3所示的电压。该整形电路应用了74LS14整形模块，它是六施密特出发器，其工作条件是输入最低电压2V最低电压0.8V，在R12上产生的电压最低电压已经超过了IV所以不能使74LS14正常工作，在此应用了电容和电阻R13的组合电路，通过电容把信号偶合到电阻R13和74LS14的1脚上，这样可以使信号的最低电平小于0.8V,最高电平在2V以上，能够达到施密特触发器正常工作的条件，在整形后的信号波形如图5：波形是方波信号，低电平和高电平都能满足单片机的工作要求。4.3显示电路设计单片机对LED的显示分为静态显示和动态显示两种，静态显示的特点是个LED管能稳定的同时显示各自字行；动态显示是L

16、ED轮流的周期的显示各自字符，由于人视觉上的惰性看上去就象LED在同时显示。采用何种方法来实现显示功能主要和具体设计有关。静态显示需要加入硬件芯片，他能够提供显示的驱动电流和静态锁存功能，这样可以不必再加入驱动电路，而且显示稳定，没有闪烁感觉。采用动态显示的方法可以减少硬件开销，提高系统的可靠性和降低成本。但是要考虑到单片机的P口没有很大的驱动能力，所以需要加入外部驱动电路来增加单片机的P口驱动能力，使他能够驱动数码管正常工作。而且还要考虑到所设计设备中所用的中断。由于动态显示是由程序来实现的，需要对输出P口的数码管的位选不断的扫描，所以在如果外部或内部中断产生的频率过高的话就会影响数码管的显

17、示，使数码管闪烁增强，不容易读数据，甚至使显示部分不能工作。在本设计中考虑到以上几点可以采用动态显示的方法，显示电路如图6：_L75kR071I-R-寸R4卜R5kD0R6D2D4D6DpyRed-CC厂i10迂DpyRed-CC口10、DS?tDpyRed-CC总L：10DpyRed-CC迂厂10DS?DpyRed-CC口10迄DpyRed-CC口8a8888108999999D0D1D2D3D4D5D6.74F072011131raP10P11P12P13P14P15P16P17RESETRXDTXDINT0INT1T0TTWRRDX2X1VCCP00P01P02P03P04P05P06P

18、07EA/VPALE/PPSENP27P26P25P24P23P22GNDP2089C51*3-*321TitleSizeNumber在电路中数码管的LED段的显示米用P0口输出,mm、121311-74F06RevisionDate:2004-6-14Sheetof并且米用?7畧307”和上拉y电阻来解决驱动电流的问题。74LS07是高压输出缓冲器/驱动器，每个单元都由OC门组成,具有30V电压的反向阻断能力,工作时需要外界负载电阻和电源,由数码管的额定电流和电压可以计算出可以采用75Q的电阻来作为上拉负载电阻。数码管的显示位的选择由P1口来输出，外部驱动电路采用了类似P0口的输出驱动电路，

19、它采用的是74LS06，是高压输出反向缓冲器/驱动器，与74LS07的区别就在能够使输出电平反向。在P1口选择到某个数码管显示的同时也要使P0口输出该位所对应的欲显示的数值的代码信号。对本设计的报警部分的要求是在呼吸出现异常情况时能够发出警报，本机由四个呼吸量与呼吸频率测定第 页共25页呼吸量与呼吸频率测定第 #页共25页B呼吸量与呼吸频率测定第 页共25页信号组成，电路如图7：P2口输出报警信号，同样采取74LS06高压输出反向器来驱动LED和蜂鸣器。蜂鸣器在三种异常情况时都会发出声音，三只LED每只对应一种异常状态。这样既能作到及时又直观。图75软件设计5.1主机工作原理概述i在由外部硬件

20、设备采集的信号送入单片机后，信号的处理有软件来实现，在软件的设计上采用了主程序和中断服务程序的结构。主程序是一个显示程序，在没有中断时会循环的执行主程序，同时也达到了循环显示的目的，所显示的结果是上次中断程序执行后处理的结果，我们可以直观的从数码管上看到上次呼吸的呼吸量和前一分钟的呼吸次数。89C51单片机有五级中断，分为两个外部中断、两个定时器溢出中断和一个串行口中断。由于本设计采用了软件来判断呼吸次数的方法，在设计中用到了INTO中断和两个定时器中断。整形规则的呼吸脉冲序列经过INT0引脚输入后会启动INT0中断服务程序，在程序中，设置了计数单元，会把脉冲的个数几下来同时还会给T1中的数据

21、进行初始化。T1中断服务程序是用来判断一次呼吸是否完成的，T1工作在定时状态,在每次INT0中断时会给他装入一个初始值，所定时间为大于一个脉冲宽度。在发生溢出中断时就表示一次呼吸。T0中断服务程序是用来判断时间的，用在对呼吸频率的处理，每发生一次中断就把呼吸次数显示一次。主程序的设计主程序对单片机进行了初始设置，包括中断的设置和寄存器的设置。在对中断设置时将INTO设置为下降沿触发方式（SETBIT0）,并且打开该中断控制位（SETBEXO）,把定时方式控制器TMOD放入值#11H，使T0、T1都工作在定时方式，然后把T0进行初始化，装入定时的数据，T0是用来定时时间的，用来处理呼吸频率，所以

22、对他的优先级位置1，使他的优先级处于高，这样能够达到比较精确的计时，然后通过设置中断允许控制位打开T0中断控制位，并且将定时器控制寄存器TCON中的TR0置1,使TR0开始计时。对T1的设置与对T0的设置类似，只不过不使TCON中的TR1置1,不让它开始计时。设置堆栈指针为60H,在执行中断服务程序的时候会把要压入的数据存放在60H为始址的程序空间。P0、P1、P2作为数据输出端口首先对他们进行初始化为零。对呼吸量计数单元初始化为60,这样考虑到了实际中的应用问题，在给病人进行呼吸检测时,需要启动主机，但这时也许他的一次呼吸就要完成，这样就会使这次呼吸量的测量值很小，会发出报警信号，这不是由于

23、病人呼吸异常引起的，而是实际操作中存在的必然问题，所以在开机后第一次测量是要加入这个初始值的，这样不会由于操作而发出报警，使单片机工作较稳定，有一点要注意，第一次呼吸的测量值是不准确的，但是对于整个检测过程来看是没有影响的。对显示缓冲区初始化为零，在开机时六个数码管将显示为全零状态。显示程序的设计采用了循环显示查表的方法。程序如下：DISPLAY:MOVR0,#70HMOVR3,#01HMOVDPTR,#DTABLD0:MOVA,R0MOVCA,A+DPTRMOVP0,AMOVP2,R3ACALLDELAYINCR0MOVA,R3呼吸量与呼吸频率测定第 页共25页呼吸量与呼吸频率测定第 页共2

24、5页JBACC.5,LD1RLAMOVR3,AAJMPLD0LD1:AJMPDISPLAYDTAB:DB3FH,06H,5BH,4FH,66HDB6DH,7DH,07H,7FH,6FH显示程序主要是读取频率寄存器和呼吸流量寄存器的数据，将显示缓冲寄存器的始址传送到RO寄存器，作为LED的显示段的选择数据，然后查字型码表，在通过传送语句读写到P0口输出。把#01H传送到寄存器R3,在每次显示显示完一个数据后会使他左移，然后传送到P1口作为六个数码管显示哪位的选择。由于数码管的点亮需要一定的时间，在每个数码管显示完成后要延时十几秒中的时间。六个数码管显示完成后对R0、R3初始化进行下一轮的循环显示

25、。当一次呼吸完成时会由中断服务程序对显示积存器的值进行刷新，这样就能把上次呼吸的呼吸量显示出来。对呼吸频率显示寄存器的刷新是在定时器T0的溢出中断服务程序中实现的。呼吸量程序的设计外部传感器信号经过整形电路整形为规则的脉冲波后，经过INT0接入单片机。对呼吸量的测量是在INT0中断服务程序中实现的。在服务程序中首先把主程序中用到的寄存器数据进行保护，把他们压入堆栈，在服务程序执行完后再把他们弹出，这样不会影响到主程序的正常执行。呼吸时一次脉冲波的个数在实验中能得到大概的数值，把本机所用的传感器整形好的波形接到示波器上，然后经过实际呼吸实验，可以观察出该输出波形的大概频率，然后乘以每次呼吸的平均

26、时间就可以得到每次呼吸时的脉冲个数。在该服务程序中首先把定时器停止，对脉冲的计数是通过寄存器做加法来实现的。考虑到每次呼吸时呼吸量有可能超过255，所以利用一个八位寄存器是不够的，在这里设置了两个寄存器35H和36H，35H来存放低八位，超过FF就进位使36H加1,这样便构成了一个十六位的寄存器。CLRTR1MOV37H,#7MOVA,35HCJNEA,#OFFH,LP;对35H判断，如果等于FF则使36H加1INC36HLP:INC35HMOVTH1,#3CH;T1初始化MOVTL1,#0B0HSETBTR1;开丁1在计数完成后还要对寄存器T1进行初始化并且开T1使他开始定时计数。每一个脉冲

27、的下降沿到来时都会使INTO中断服务程序执行依次，使十六位计数寄存器加1，在一次呼吸完成后也就使计数寄存器中计下了该次呼吸的脉冲个数，即本次呼吸的呼吸量。定时程序的设计在本设计中要求要对呼吸频率来计算并且显示，而且能够对通过程序来判断是否超过了人正常呼吸时频率的极限值，超过了就要发出报警信号。这里所说的频率实际上是在一分钟之内的呼吸次数。所以我们要利用定时器来定时，判断什么时候到了一分钟的时间。在定时程序设计时考虑到实际中一分钟对于病情危重的病人来说有些长，对他们的异常情况发现的及时，就能够让护士及时的处理，以防带来生命危险，所以在设计中我们定时半分钟。另外还要考虑到单片机内定时器的工作情况。

28、单片机内的T0、T1两个内部定时/计数器。每个定时/计数器都属于特殊功能寄存器，T0由高八位TH0和低八位TL0组成，T1由高八位TH1和低八位TL1组成。因此他们都可以通过字节传送指令为他们分别设置初始值，以定时不同时间和获得所需的计数值。T0和T1都有四种工作方式：方式0在本工作方式下，定时器/计数器按13位加1计数器工作，这13位由TH中高八位和TL中低五位组成，其中TL中高3位是弃之不用的。定时器/计数器启动工作前CPU先要为它装入方式控制字以设定其工作方式，然后再为它装入定时器/计数器初值，并且通过指令启动其工作。13位计数器按加1计数器计数，计满为零时能自动向CPU发出溢出中断请求

29、，但要它再次计数，CPU必须在其中断服务程序中为它重呼吸量与呼吸频率测定第 页共25页呼吸量与呼吸频率测定第 页共25页装初值。方式1在本方式下，定时器/计数器是按16位加1计数器工作的，该计数器由高八位TH和低八位TL组成。定时器/计数器在方式1下的工作情况和方式0时相同，只是最大定时/计数值是方式0时的八倍。方式2在方式2时，定时器/计数器被拆成八位寄存器TH和一个八位计数器TL，CPU对它们初始化时必须送相同的定时初值/计数初值。当定时器/计数器启动后，TL按八位加1计数器计数，每当它计满回零时一方面向CPU发出溢出中断请求和另一方面从TH中重新获得初值并启动计数。显然，定时器/计数器在

30、方式2下工作时是不同于前两种方式的，定时器/计数器在方式0和方式1下计满回零时需要通过软件对它们重装定时初值/计数初值，而在方式2下TL回零能自动重装TH中的初值，但方式2下计数器的长度仅有八位，最大计数值位256。方式3在前三种方式下，T0和T1功能是完全相同的，但在方式3下T0和T1的工作方式就不同了，此时TH0和TL0按两个独立的八位计数器工作，T1只能按不需要中断的方式2工作。在方式3下的TH0和TL0是有区别的：TL0可以设定为定是器和计数器模式工作，仍由TR0控制启动和停止以及采用TF0作为溢出中断标志；TH0只能按定时器模式工作，它借用TR1和TF1来控制和存放溢出中断标志。因此

31、T1就没有控制位可用了，故TL1在计满回零时是不会产生溢出中断请求的。T0和T1在设定为方式3时实际上就相当于设定了三个八位计数器同时工作其中TH0和TL0为两个由软件重装的八位计数器，TH1和TL1为自动重装的八位计数器，但无溢出中断请求产生。由于TL1工作于无中断请求状态，故由它来作为串行口可变波特率发生器是最好的。定时器/计数器中的计数器是在计数器初值基础上以加法计数的，并能在计数器从全1变成全0时自动产生定时溢出中断请求，。因此我们可以把计数器计满为零所需要的计数值设定为C和计数初值设定为TC，由此便可得到如下的计算公式：TC=M-CM为计数模值，该值和计数器工作模式有关。在定时器模式

32、下，计数器由单片机主脉冲经12分频后计数定时器定时时间的T的计算公式为：T-TC)T、丄療其中T、丄拓计数计数是单片机时钟周期T的12倍；TC为定时器的定时初值。本单片机89C51的工作频率在6MHz，定时器工作在方式1时所定时的最大时间为131ms,我们要求定时半分钟，这还需要通过软件来实现。在TH0和TL0中分别装入3C、B0,能够定时100ms,在45H和46H中分别装入30和10,利用DJNZ语句判断是否45H、46H已经减到0,如果到零那么该定时过程已经定时10X30X100ms，为半分钟。这时执行服务程序，我们需要一分钟的呼吸数据，把呼吸次数积存器40H中的数据自加，相当于乘2,通

33、过做除法转化为10进制，在寄存器A中放的是十位，B中放的是个位，然后把他们分别传送到显示寄存器，71H和72H,这样会在返回主程序后显示该值。在服务程序中还对40H中的值进行判断，从经验中我们知道正常人在一分钟内的呼吸次数大概在8到20次，所以我们就以8和20做为呼吸次数的极限值，小于8和大于20分别发出报警信号。MOVA,40HMOVR0,40HADDA,R0MOV40H,AMOVB,#10DIVABMOV71H,AMOV70H,BMOVA,40H;小于8大于20报警MOV40H,#00HCJNEA,#8,LOOP5LOOP5:JCLOOP6CJNEA,#20,LOOP8LOOP8:JNCL

34、OOP7AJMPEXITLOOP6:SETBP1.0;小于8P1.0置1SETBP1.3AJMPEXITLOOP7:SETBP1.1;大于20P1.1置1SETBP1.3AJMPEXIT5.5呼吸次数程序设计在对呼吸次数的判断上是采取的软件判断的方法，在外部接入单片机的信号只有一串脉冲信号，此信号接入到了INT0引脚上，在INTO中断服务程序中有把TH1和TL1初始化的语句，在每个脉冲下降沿时都会使定时器进行初始化，这样可以通过定时器是否溢出来判断一次呼吸是否完成。把定时器设定为定时状态，在TH1和TL1中装入的数值和T0中装入的数值相同，能够定时100ms。实验中把脉冲信号接入到示波器，其频

35、率在100Hz以下，脉冲宽度大约10ms，人的两次呼吸间隔大约在0.5s以上。如果脉冲宽度超过了所定时间，则表明一次呼吸已经完成。考虑到在刚刚呼气和一次呼气完成时叶轮会由于惯性而是频率减小脉冲宽度增大，所以可以设定定时时间为0.4s到0.7s之间，不会产生误判和计数不准。在程序中把37H放入初值7,在定是器1产生中断后先要判断37H是否为0,若为零则表明脉冲宽度超过了0.7s，判断为一次呼吸完成。此时执行服务程序，需要把本次呼吸的呼吸量显示出来，在呼吸量计数单元35H、36H中的数据为二进制格式，需要对他进行十进制的转化，并且把各位的值放入显示缓冲寄存器。由于是16位的数据，不能简单的用除法来

36、取出各位的数值，下面是一个16位除以8位的运算程序：MOVR3,36HMOVR2,35HMOVR5,#10MOVR0,#30HMOVR1,#4LOOP:MOVR4,#00HMOVR6,#16LOOP1:CLRCMOVA,R2RLCAMOVR2,AMOVA,R3RLCAR4R3R2寄有器被除数R5R6除数被除類位数MOVR3,AMOVA,R4RLCAMOVR4,ACLRCSUBBA,R5JCLOOP2MOVR4,AINCR2INCR0L00P2:DJNZR6,LOOP1DJNZR1,LOOPMOVA,R4MOVRO,A在把个、十、百、千的数值存入显示缓冲寄存器后还要对呼吸量进行判断，在应用第四章

37、第一节中介绍的传感器的情况下，在正常情况下每次呼吸的最小值在30-50,所以报警条件可以设置为20或30，在小于这个数值的情况下表明病人呼吸量太小，需要采取措施。在服务程序中还要使呼吸次数寄存器单元40H加1。在服务程序执行完以后返回主程序断点处继续执行。6传感器的改进在本文4.1中介绍的传感器从理论上可以作到本仪器的要求，在实际中由于条件的简陋和设计上的误差，在实际应用中如果应用时间过长会使气道内产生汗液，这样会使气体阀门反映不灵敏，从而会使叶轮的转动不会立即停止或旋转方向不定，这样可能造成计数不准确，也会带来不必要的报警，为此提出了一种传感器的一种改进放位置上相反，这样在吸气时由于重力作用

38、和气流的影响会使出气管道中的阀门2关闭，这样出气管道中就没有气流通过，小叶轮就停止了转动。当出气时，吸气管道中的活塞1由于重力和气流的作用会使它关闭，而使气流由出气管道流出，带动小叶轮转动，产生脉冲信号。在实际应用中应该把该传感器固定在一个盒子中，然后用气体导管把它和病人的鼻腔连接起来，而且还要注意小活塞的安放位置，一定要使开口的部分垂直于地面。这样能够是阀门灵活开或关闭，而且在病人活动时不至于影响到传感器的正常工作。呼吸量与呼吸频率测定第 页共25页呼吸量与呼吸频率测定第 页共25页结论本文介绍的是利用病人的呼吸气流来监测病人呼吸流量和呼吸频率的呼吸机监测仪，详细的说明了它的硬件和软件的设计

39、过程和工作原理。本仪器的设计主要应用的是AT89C51微处理器，它兼容MCS-51指令集，具有指令完备，简单易学的特点，应用比较广泛。他具有强大的处理功能和输入输出功能，使外围电路设备比较简洁。在设计中仪器的功能几乎都由软件来实现，使得设备设计成本低而且工作稳定、受外界干扰小、寿命长。在模拟环境上应用了伟福编译器，通过单步运行、断点运行、CPU窗口等一系列窗口工具测试程序是否可行。在电路原理图的设计和PCB板的制作上我们采用了PROTEL99SE,具有强大的电路设计功能。可以对原理图进行逻辑和电气连接上判断，对PCB板中的各种元件可以进行自动布局,对线路进行自动布线。增加了电路设计的可靠性和灵

40、活性。通过本文介绍的软件和硬件的设计达到了对该仪器设计的要求，能够实现对呼吸量和呼吸频率的显示，在病人呼吸异常情况下能够发出报警。致谢在毕业设计的几个月的时间里，张存善老师给了我细心的指导和培养，在设计方案的选择和设计过程中对问题的解决以及在仪器和电路的调试上都给予了我很大的帮助。他那渊博的知识、治学严谨的作风和平易近人态度都给了我很大的影响。在此表示衷心的感谢！同时对帮助过我的师兄、师姐和同学表示真挚的谢意！参考文献1宋宜明等阻抗技术在呼吸监测中的应用临床麻醉学杂志1995，11；86-882关利等阻抗技术在呼吸监测中的应用探讨生物医学工程学杂志1995，12；87-933刘俊杰赵俊主编现代

41、麻醉学第二版人民卫生出版社1998，993-995王卫东等双频率阻抗法在呼吸监测中的应用研究航天医学与医学工程1999，12；51-55王志坚.宁新宝智能温感式呼吸监测系统的研制山西大学学报(自然科学版)2001，4牛洪涛MC14499在AT89C2051单片机显示电路中的应用仪器仪表与分析监测.1998.000(002).-17-19,107杜晓兰吴宝明刘彦何庆华肖剑呼吸、体温两生理参数检测电路的设计生物医学工程学杂志2001,4杜晓兰吴宝明等呼吸、体温两生理参数检测电路的设计生物医学工程学杂志.2001.018(004).-538-540Philipssemiconductors80C51

42、8-bitflashmicrocontrollerfamily黄贤武著传感器原理与应用电子科技出版社清华大学电子学教研室编，阎石主编：数字电子技术基础第四版，高等教育出版社，1998胡汉才编著，单片机原理及其接口技术，清华大学出版社，1996李朝青编著，单片机原理及其接口技术，北京航空航天大学出版社，199914清源计算机工作室编，PR0TEL99仿真与PLD设计机械工业出版社，200015清源计算机工作室编，PROTEL99原理图与PCB设计机械工业出版社，2000附录AORG0000HAJMPMAIN呼吸量与呼吸频率测定第 页共25页呼吸量与呼吸频率测定第 页共25页ORG0003HMOV37H,#7AJMPBRINT0MOV40H,#00HORG000BHMOV70H,#00HAJMPBRT0MOV71H,#00HORG001BHMOV72H,#00HAJMPBRT1MOV73H,#00HORG0100HMOV74H,#00HSETBIT0MOV75H,#00HSETBEX0SETBEAMOVTMOD,#11HDISPLAY:MOVR0,#70HMOVTH0,#3CHMOVR3,#01HMOVTL0,#0B0HMOVDPTR,#DTABMOV45H,#30LD0:MOVA,R0MOV46H,#10MOVCA,A+DPTRSETBPT0MOVP0,ASETBET0MOVP