CN105427699A - 多路人体脉搏仿真装置 - Google Patents

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丁辉
郭水林
伏宜兴
梅家诚
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Abstract

本发明提供一种多路人体脉搏仿真装置，其包括微处理器、比例阀、电磁阀、继电器、气泵、WIFI模块、运算放大器、上位机、橡胶软管，继电器、运算放大器、WIFI模块都与微处理器连接，比例阀与运算放大器连接，电磁阀、气泵都与继电器连接，上位机与WIFI模块连接，电磁阀与橡胶软管连接。本发明可以模拟人体任意部位的脉搏跳动，使用方便。

Description

多路人体脉搏仿真装置
技术领域
本发明涉及人类的生理活动中的一种医用教学仪器，更具体地说是一种多路人体脉搏仿真装置，其对人类脉搏的模拟，可以根据人类的不同运动以及健康状况模拟出其相应脉搏跳动的快慢和强度。
背景技术
疾病往往带有危急和复杂的特点，特别是急诊在进行抢救和应对一些突发事件时，考虑到学生能力和经验的缺乏以及病人的安全需要，不能让他们承担第一处理者，这样就造成了学生理论和实践难以结合，学生的临床技能所面临的问题日益凸现。
随着近年来诊疗安全意识的空前强调和医学伦理学的发展以及现代仿生学和电脑软件技术的飞跃发展，具有“生理驱动功能”的真正意义上的高端智能模拟人呼之欲出，高度仿真的临床情境将开启医学教育的新篇章。这些基于智能模拟技术的仿真人能够模拟疾病的异常体征和各种病理生理指标的变化，甚至能实现“医患”的互动交流，创设了更贴近临床实际工作的场景，在医学教育中不仅为学习者提供一个无风险的学习临床知识和技能的条件与环境，而且对于培养医学生的临床思维能力、实践技能、团队协作精神提供了新的教学模式。
人体脉搏在一般情况下是随着心脏的搏动而产生的，脉搏频率的快慢和节律变化均有一定的临床意义。而随着对脉搏的广泛测试和深入研究，人们已认识到脉搏是一项灵敏的生理信息，脉搏逐渐与病因病机、局部与整体、人体和环境联系在一起进行人体生理状况的分析，并且被引入生理检测的指标而运用于临床，如飞行员和老年人的健康检查等。因此，对人体脉搏的研究具有很重要的价值。
为了避免不必要的医疗纠纷，同时模拟的临床工作场景可反复再现，最大程度地解决临床教学资源的匮乏，具有人体在不同生理状况下脉搏跳动变化并且可根据实际需要自行编制多种模拟病例的智能化脉搏跳动装置的开发已势在必行。
发明内容
根据各种病理生理指标的变化，人类的脉搏跳动也会随之波动。为了给医学教育实践创造一个高度仿真的临床情境，本发明的目的在于设计一种多路人体脉搏仿真装置，其是具有模拟人体脉搏跳动且可以独立控制的医学模拟装置。
为达到上述目的，本发明型所采用的技术方案是：一种多路人体脉搏仿真装置，其特征在于，其包括微处理器、比例阀、电磁阀、继电器、气泵、WIFI模块、运算放大器、上位机、橡胶软管，继电器、运算放大器、WIFI模块都与微处理器连接，比例阀与运算放大器连接，电磁阀、气泵都与继电器连接，上位机与WIFI模块连接，电磁阀与橡胶软管连接。
优选地，所述气泵的输出端与一个气囊连接，气囊的输出端分别接上比例阀、电磁阀和橡胶软管。
优选地，所述气囊连接一个气压表。
优选地，所述微处理器接收上位机发送的相关控制指令，然后分别单独远程控制五路比例阀的电压信号和电磁阀的开关。
优选地，所述比例阀接收微处理器端口输出且通过D/A转换后的信号，此信号再经过运算放大器放五倍变成0~10V的模拟电压作为比例阀的信号电压，此时比例阀对应比例输出为0~100Kpa的气压。
优选地，所述比例阀输出端口气压的变化使脉搏跳动有了强弱的感觉；微处理器控制继电器从而使电磁阀处于通电和断电两种状态，电磁阀的开合使橡胶软管充气和放气，从而模拟出人体脉搏的跳动。
优选地，所述橡胶软管质软且有弹性，在充放气状态下模拟人体的动脉。
优选地，所述上位机通过支持TTL的WIFI模块与微处理器进行通信，远程控制微处理器使各个模块处于不同的工作状态。
本发明的有益效果如下：（1）该多路人体脉搏仿真装置可分成任意多路，可以模拟人体任意部位的脉搏跳动，如模拟身体双侧颈动脉、桡动脉、肱动脉、股动脉和足背动脉。（2）该多路人体脉搏仿真装置每路相对独立，互不干扰。（3）该多路人体脉搏仿真装置脉搏跳动强度有十个等级且受上位机控制，用户可以根据自己的实际需要进行改变。（4）该多路人体脉搏仿真装置可以自动调节气囊的气压，使其稳定在一个恒定的气压范围内，而不至于装置气压过大使破坏装置。（5）该多路人体脉搏仿真装置的通信方式为WIFI通信，与传统的串口通信相比减少了接线的麻烦并且显得更加灵活可变。（6）该多路人体脉搏仿真装置能直观、形象、有趣地模拟演示人体脉搏跳动现象，提高学生的学习兴趣，帮助学生理解和掌握相关的科学知识。
附图说明
图1是本发明多路人体脉搏仿真装置的系统结构框图。
具体实施方式
为了使本发明型的目的、技术方案及优点更加清楚、明白，以下举实例对本发明进一步详细说明。然而，此处所描述的具体实例仅仅是本发明的简单的应用，其真正的应用范围不仅限于此。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明多路人体脉搏仿真装置包括微处理器、比例阀、电磁阀、继电器、气泵、WIFI模块、运算放大器、上位机、橡胶软管，继电器、运算放大器、WIFI模块都与微处理器连接，比例阀与运算放大器连接，电磁阀、气泵都与继电器连接，上位机与WIFI模块连接，电磁阀与橡胶软管连接。
气泵的输出端与一个气囊连接，气囊的输出端分别接上比例阀、电磁阀和橡胶软管，形成三级联动从而形成脉搏跳动和强弱变化。气囊是本系统的储气装置，给系统提供一个稳定的气压。
微处理器接收上位机发送的相关控制指令，然后分别单独远程控制五路比例阀的电压信号和电磁阀的开关。比例阀接收微处理器端口输出且通过D/A转换后的信号，此信号再经过运算放大器放五倍变成0~10V的模拟电压作为比例阀的信号电压，此时比例阀可以对应比例输出为0~100Kpa的气压。比例阀输出端口气压的变化使脉搏跳动有了强弱的感觉。微处理器可以控制继电器从而使电磁阀处于通电和断电两种状态，电磁阀的开合使橡胶软管充气和放气，从而模拟出人体脉搏的跳动，比例阀输出端口气压的变化使脉搏跳动有了强弱的感觉。橡胶软管质软且有弹性，在充放气状态下可以模拟人体的动脉。气泵可以根据系统压强处于工作和停止两种状态，从而自我调节气压值使整个系统更加的稳定、可靠。上位机通过支持TTL的WIFI模块与微处理器进行通信，远程控制微处理器使各个模块处于不同的工作状态，从而产生人体不同健康生理状态下的脉搏跳动情况。
为了防止在直流气泵突然工作或停止时，因电路中电流变化较大而给微处理器单元带来的干扰，本系统将开发板电路分为微处理器的电路和24V外围电路。微处理器的电路和24V外围电路间均采用光耦隔离电路进行连接，以避免两个电路相互产生干扰。
多路人体脉搏仿真装置为一体化结构：大功率气泵作为本系统的动力，气囊是本系统的储气装置，给系统提供一个稳定的气压。气囊的气体输出给比例阀，给比例阀0~10V的信号输入，则其会相应的比例输出0~100Kpa的气压，从而使脉搏有了强弱变化。电磁阀使橡胶管充气和放气，从而形成了脉搏的跳动。橡胶软管模拟脉搏跳动端，即模拟出脉搏跳动的效果，这样在气体压力变化的时候就能感受到脉搏的跳动。多路人体脉搏仿真装置只需220V电压供电即可正常工作，小巧玲珑，方便安装和移动。
因为气泵一直工作的话气囊气压就会过大，为此本设备加进去了一个气压表，即气囊连接一个气压表，该气压表在高于设定的阈值时下发低电平使继电器断开，从而气泵停止工作。当低于设定的阈值时下发高电平使继电器吸合，气泵开始工作。
脉搏是一项灵敏的生理信息，有着很重要的研究价值。多路人体脉搏仿真装置能够仿真出人体不同生理和健康状态下脉搏跳动的频率和强度。医教人员通过上位机可以模拟出“医患”互动交流的情形，在这种教学模式下能较快的培养出医学生的临床思维能力、实践技能和团队协的作精神。
医教人员在首次使用多路人体脉搏仿真装置时，首先需要配置其WIFI模块，即：将其设置为STA模式，波特率：115200，网络通信方式：UDP（UserDatagramProtocol，用户数据报协议），并将其连接至指定路由器。上位机接入该AP站点，实现数据的无线传输。
整个装置需要220V稳压电源供电，由电源适配器转换至24V直流稳压电源，该24V稳压电源接入控制板进行供电。5V继电器电压、24V气泵电压、24V比例阀电压均由控制板供给。为了保护气囊不使其气压过大，本设备加进去了一个气压表，该表在高于设定的阈值时下发低电平使继电器断开，从而气泵停止工作。当低于设定的阈值时下发高电平使继电器吸合，气泵开始工作。
上位机的控制指令发送给支持TTL通信的WIFI模块，经过串口传给微处理器。微处理器接收上位机发送的控制指令，分别控制五路比例阀的电压信号和电磁阀的开关，这样每一路就会有不同的脉搏跳动频率和其高度，从而形成不同的生理状态。
本发明公开一种多路人体脉搏仿真装置。该多路人体脉搏仿真装置以单片机为微处理器核心单元，通过上位机，利用WIFI网络，可以分别单独远程控制五路比例阀的电压信号和电磁阀的开关。电磁阀的开合，使橡胶管充气和放气，从而形成了脉搏的跳动。电磁比例阀根据输入信号的不同，输出端的压强有一个比例变化，从而使脉搏有了强弱变化。由于每一路独立可控，这样每一路的脉搏跳动频率和高度就会不同，从而形成不同的生理状态。此外，气泵可以根据系统压强处于工作和停止两种状态，从而使整个系统更加的稳定、可靠。

Claims (8)

1.一种多路人体脉搏仿真装置，其特征在于，其包括微处理器、比例阀、电磁阀、继电器、气泵、WIFI模块、运算放大器、上位机、橡胶软管，继电器、运算放大器、WIFI模块都与微处理器连接，比例阀与运算放大器连接，电磁阀、气泵都与继电器连接，上位机与WIFI模块连接，电磁阀与橡胶软管连接。
2.根据权利要求1所述的多路人体脉搏仿真装置，其特征在于，所述气泵的输出端与一个气囊连接，气囊的输出端分别接上比例阀、电磁阀和橡胶软管。
3.根据权利要求1所述的多路人体脉搏仿真装置，其特征在于，所述气囊连接一个气压表。
4.根据权利要求1所述的多路人体脉搏仿真装置，其特征在于，所述微处理器接收上位机发送的相关控制指令，然后分别单独远程控制五路比例阀的电压信号和电磁阀的开关。
5.根据权利要求1所述的多路人体脉搏仿真装置，其特征在于，所述比例阀接收微处理器端口输出且通过D/A转换后的信号，此信号再经过运算放大器放五倍变成0~10V的模拟电压作为比例阀的信号电压，此时比例阀对应比例输出为0~100Kpa的气压。
6.根据权利要求1所述的多路人体脉搏仿真装置，其特征在于，所述比例阀输出端口气压的变化使脉搏跳动有了强弱的感觉；微处理器控制继电器从而使电磁阀处于通电和断电两种状态，电磁阀的开合使橡胶软管充气和放气，从而模拟出人体脉搏的跳动。
7.根据权利要求1所述的多路人体脉搏仿真装置，其特征在于，所述橡胶软管质软且有弹性，在充放气状态下模拟人体的动脉。
8.根据权利要求1所述的多路人体脉搏仿真装置，其特征在于，所述上位机通过支持TTL的WIFI模块与微处理器进行通信，远程控制微处理器使各个模块处于不同的工作状态。
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