CN111603646A - 一种医用麻醉气体浓度监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种医用麻醉气体浓度监测系统，包括单片机软件系统与上位机测试软件系统，通过单片机软件系统主要实现控制各部分硬件电路,包括电源开关,前置放大器的自动增益控制,A/D采集,及气泵的负反馈控制和麻醉气体浓度数据处理，单片机软件是基于EPSON的准32位单片机SIC33209编写的，上位机测试软件系统，主要实现波形显示及数据后处理，上位机软件是在VC+环境下实现的，整个软件实现了传感器信号的检测与显示,在此基础上研制了新的软件算法识别麻醉气体的类型并计算出浓度。
Description
技术领域
本发明涉及医疗相关制品领域，具体为一种医用麻醉气体浓度监测系统。
背景技术
监测气体麻醉过程中病人呼吸气体中的麻醉气体的含量在临床中有着非常重要的意义,麻醉医师可以根据监测结果来安全的调节输入到病人体中的麻醉气体量，从而避免病人因吸入麻醉药过量和不足而导致生命危险，基于红外吸收原理的麻醉气体监测装置是临床常用的仪器。
但是现在国内对此缺乏研究，国产医用监护产品中所用的麻醉气体浓度监测模块基本依赖国外进口，价格昂贵,推广受到限制，急需研制国产的麻醉气体浓度检测系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种医用麻醉气体浓度监测系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种医用麻醉气体浓度监测系统，包括单片机软件系统与上位机测试软件系统，所述单片机软件系统包括数据采集处理模块、自动增益控制模块、PWM产生控制模块、第一通讯模块和单片机系统控制模块，所述第一通讯模块与系统控制模块之间双向连接，所述系统控制模块与数据采集处理模块、自动增益控制模块和PWM产生控制模块之间双向连接，所述上位机测试软件系统包括数据处理模块、人机接口和显示模块、第二通讯模块与上位机控制模块，所述第一通讯模块与第二通讯模块之间双向连接，所述第二通讯模块与上位机控制模块之间双向连接，所述上位机控制模块分别与数据处理模块、人机接口和显示模块之间双向连接。
优选的，所述数据采集处理模块主要将各路信号釆集并以数字信号方式存放以特有的釆样方式进行釆样，信号处理包括信号滤波和信号单位转换，特征点检测及实时的温度庄力补偿算法实现。
优选的，所述自动增益控制是监测前级放大电路的输出，如果输出变化超过预定的范围，将由单片机发生控制命令来改变前级放大电路的增益以此消除由于光源的个体差异和器件的长时间稳定性对放大器输出的影响。
优选的，所述PWM产生控制模块是根据流量变化所引发的限流器上压差值来控制气泵转速，以保持气体流速的恒定。
优选的，所述第一通讯模块完成与上位机的通讯，发送实时数据到上位机，并接收来自上位机的命令。
优选的，所述系统控制模块完成上述各模块的协调工作，根据接收到的上位机命令做出相应的调整。
优选的，所述数据处理模块是将接收来的实时数据座一定的处理，用于数据的存储与显示。
优选的，所述显示模块用于显示麻醉气体浓度波形，及各个通道的测量数值，供用户参考。
优选的，所述第二通讯模块讯用于将人机接口的命令数据发送到单片机，并接收从单片机来的实时数据。
优选的，所述上位机控制模块是控制上位机其它模块并接受人通过人机接口的控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、该医用麻醉气体浓度监测系统，通过单片机软件系统主要实现控制各部分硬件电路,包括电源开关,前置放大器的自动增益控制,A/D采集,及气泵的负反馈控制和麻醉气体浓度数据处理，单片机软件是基于EPSON的准32位单片机SIC33209编写的，上位机测试软件系统，主要实现波形显示及数据后处理，上位机软件是在VC+环境下实现的，整个软件实现了传感器信号的检测与显示,在此基础上研制了新的软件算法识别麻醉气体的类型并计算出浓度。
附图说明
图1为本发明的一种医用麻醉气体浓度监测系统的软件框图结构示意图；
图2为本发明的一种医用麻醉气体浓度监测系统的单片机软件系统任务划分示意图；
图3为本发明的一种医用麻醉气体浓度监测系统的主程序流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
请参阅图1-3，本发明提供的一种实施例：一种医用麻醉气体浓度监测系统，包括单片机软件系统与上位机测试软件系统，单片机软件系统包括数据采集处理模块、自动增益控制模块、PWM产生控制模块、第一通讯模块和单片机系统控制模块，第一通讯模块与系统控制模块之间双向连接，系统控制模块与数据采集处理模块、自动增益控制模块和PWM产生控制模块之间双向连接，上位机测试软件系统包括数据处理模块、人机接口和显示模块、第二通讯模块与上位机控制模块，第一通讯模块与第二通讯模块之间双向连接，第二通讯模块与上位机控制模块之间双向连接，上位机控制模块分别与数据处理模块、人机接口和显示模块之间双向连接。
本发明中，数据采集处理模块主要将各路信号釆集并以数字信号方式存放以特有的釆样方式进行釆样，信号处理包括信号滤波和信号单位转换，特征点检测及实时的温度庄力补偿算法实现；自动增益控制是监测前级放大电路的输出，如果输出变化超过预定的范围，将由单片机发生控制命令来改变前级放大电路的增益以此消除由于光源的个体差异和器件的长时间稳定性对放大器输出的影响；PWM产生控制模块是根据流量变化所引发的限流器上压差值来控制气泵转速，以保持气体流速的恒定；第一通讯模块完成与上位机的通讯，发送实时数据到上位机，并接收来自上位机的命令；系统控制模块完成上述各模块的协调工作，根据接收到的上位机命令做出相应的调整。数据处理模块是将接收来的实时数据座一定的处理，用于数据的存储与显示；显示模块用于显示麻醉气体浓度波形，及各个通道的测量数值，供用户参考；第二通讯模块讯用于将人机接口的命令数据发送到单片机，并接收从单片机来的实时数据；上位机控制模块是控制上位机其它模块并接受人通过人机接口的控制。
工作原理：首先该医用麻醉气体浓度监测系统在程序开始的时候初始化各种硬件配置,包括总线初始化、晶体振荡器设置、定时器设置、串口设置、A/D设置、I/0口设置，硬件配置完成后进行，上电后的自检，自检包括:看门狗自检、寄存器自检、CPU自检、内部RAM自检、DRAM自检、FLASH自检、1毫秒定时中断自检、内部A/D自检、外部A/D自检，如果自检出错在进行错误编码后将死锁程序，这样避免了在硬件出错的情况下进入系统运行状态，使测量的结果出错，给临床医生造成误导，如果自检正常就会进入正常的程序运行状态，在正，常的程序运行状态里，会实时监测各种系统状态信息，包括浓度信号和其它各路信号，及系统设置信息和命令的检测，如果检测到新的命令信息，将进行命令接收和处理，如果实时监测发生错误，将会进入错误处理程序；
单片机软件共有以下7个任务:单片机微系统状态控制任务； 1 亳秒定时中断任务；串口接收和发送任务；麻醉气体浓度测量和计算任务；校准和校零任务；增益控制任务和PWM控制任务。
a)单片机微系统状态控制任务
单片机微系统状态控制任务功能就是:进行单片机微系统初始化设置；CPU、ROM、RAM、A/D、 看门狗、寄存器等硬件自检；实时监测A/D参考电压、光源电压、CPU 电压、泵的工作状态；进行命令处理，即对上位机的命令数据包分解判断，得到命令代码并进行相应的操作；控制系统状态转移；出错时将错误编码并送上位机处理；开机后就进入这一状态，直到关机或出现不响应人工干预的任务时才结束。
b)0.1亳秒定时中断任务
0.1亳秒定时中断任务的功能就是完成多路信号的A/D采样；完成系统计时；每隔1亳秒产生一次中断，完成一次校准数据采集；每隔一秒刷新一次看门狗， 并进行定时较零。每隔0. 1亳秒产生一次中断，在满足采样条件的情况下完成一次外部其它A/D通道数据采集；每隔1/10秒产生一次中断，完成一次内部A/D数据采集。
c)其它任务
串口接收和发送任务的功能就是向上位机发送数据包,并且接收上位机命令数据包。每次计算得到数据时，启动一次发送中断；每次接收到上位机数据时启动一次接收中断；麻醉气体浓度测量和计算任务的功能就是完成各路信号的单位转换；呼吸波形的预处理和特征点检测；实现温度和压力补偿及多种气体补偿。每次完成一组完整数据采样，启动一次测量计算任务；
增益控制任务的功能就是完成前级放大电路增益调整。在开机状态下信号的放大范围超过预定范围时启动增益控制任务，直到达到控制要求或异常之后才结束该任务；
PWM控制任务的功能就是向泵发送PWM信号控制其速度,根据测量得到的压力差信号是否波动超过--定的范围(流量变化是否超过一定的范围)，如果超过一-定的范围就通过调整PWM信号的占空比来调整泵的转速。占空比越小泵的转速也越小。在气路发生堵塞的时候，该任务会启动加快泵的转速，如果不堵塞又立即恢复正常抽气速度。系统能很快就检测到堵塞并很快做出相应的动作，并且清除堵塞之后能很快能恢复到初始设置的抽气流速。除了上述调节的时候需要调用该任务，在接收到上位机的相应的命令后也会启动泵的转速控制任务。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (10)
1.一种医用麻醉气体浓度监测系统，包括单片机软件系统与上位机测试软件系统，其特征在于：所述单片机软件系统包括数据采集处理模块、自动增益控制模块、PWM产生控制模块、第一通讯模块和单片机系统控制模块，所述第一通讯模块与系统控制模块之间双向连接，所述系统控制模块与数据采集处理模块、自动增益控制模块和PWM产生控制模块之间双向连接，所述上位机测试软件系统包括数据处理模块、人机接口和显示模块、第二通讯模块与上位机控制模块，所述第一通讯模块与第二通讯模块之间双向连接，所述第二通讯模块与上位机控制模块之间双向连接，所述上位机控制模块分别与数据处理模块、人机接口和显示模块之间双向连接。
2.根据权利要求1所述的一种医用麻醉气体浓度监测系统，其特征在于：所述数据采集处理模块主要将各路信号釆集并以数字信号方式存放以特有的釆样方式进行釆样，信号处理包括信号滤波和信号单位转换，特征点检测及实时的温度庄力补偿算法实现。
3.根据权利要求1所述的一种医用麻醉气体浓度监测系统，其特征在于：所述自动增益控制是监测前级放大电路的输出，如果输出变化超过预定的范围，将由单片机发生控制命令来改变前级放大电路的增益以此消除由于光源的个体差异和器件的长时间稳定性对放大器输出的影响。
4.根据权利要求1所述的一种医用麻醉气体浓度监测系统，其特征在于：所述PWM产生控制模块是根据流量变化所引发的限流器上压差值来控制气泵转速，以保持气体流速的恒定。
5.根据权利要求1所述的一种医用麻醉气体浓度监测系统，其特征在于：所述第一通讯模块完成与上位机的通讯，发送实时数据到上位机，并接收来自上位机的命令。
6.根据权利要求1所述的一种医用麻醉气体浓度监测系统，其特征在于：所述系统控制模块完成上述各模块的协调工作，根据接收到的上位机命令做出相应的调整。
7.根据权利要求1所述的一种医用麻醉气体浓度监测系统，其特征在于：所述数据处理模块是将接收来的实时数据座一定的处理，用于数据的存储与显示。
8.根据权利要求1所述的一种医用麻醉气体浓度监测系统，其特征在于：所述显示模块用于显示麻醉气体浓度波形，及各个通道的测量数值，供用户参考。
9.根据权利要求1所述的一种医用麻醉气体浓度监测系统，其特征在于：所述第二通讯模块讯用于将人机接口的命令数据发送到单片机，并接收从单片机来的实时数据。
10.根据权利要求1所述的一种医用麻醉气体浓度监测系统，其特征在于：所述上位机控制模块是控制上位机其它模块并接受人通过人机接口的控制。
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