基于單片機(jī)的心肺聽(tīng)診技能訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

　　2. 4 無(wú)線模塊的設(shè)計(jì)

　　無(wú)線模塊的設(shè)計(jì)包括兩個(gè)部分： 硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)主要包括PCB 圖的布局走線和天線設(shè)計(jì)兩方面， 軟件設(shè)計(jì)主要是通信協(xié)議的定義。

　　無(wú)線模塊工作在ISM（ Indust rial Scient if ic Medical） 超高頻段， 因而對(duì)PCB 板的布局提出了更高的要求。一般來(lái)說(shuō)， 外圍元件要盡可能靠近無(wú)線芯片， 并且所有元件要盡可能排列在PCB 板的同一側(cè)， 這樣可以在PCB 板的另外一側(cè)進(jìn)行大面積的敷銅以減少干擾。

　　軟件方面， 良好的通信協(xié)議也是無(wú)線模塊穩(wěn)定工作的重要保障之一。通信協(xié)議除了規(guī)定應(yīng)答關(guān)系之外， 檢錯(cuò)也是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。目前比較常用的檢錯(cuò)方法是循環(huán)冗余校驗(yàn)（ CRC 校驗(yàn)） , 其特征是信息字段和長(zhǎng)度字段的長(zhǎng)度可以任意選定。CRC 碼集的選擇原則是： 若設(shè)碼字長(zhǎng)度為N , 信息字段長(zhǎng)度為K , 校驗(yàn)字段長(zhǎng)度為R ,其中N = K + R, 則對(duì)于CRC 碼集中的任一碼字， 當(dāng)且存在一個(gè)R 次的多項(xiàng)式g （x） , 使得：

　　式中： m（x） 為K 次信息多項(xiàng)式； r（x） 為R - 1 次校驗(yàn)多項(xiàng)式； g（x） 為生成多項(xiàng)式。發(fā)送方通過(guò)生成g（x） 來(lái)產(chǎn)生CRC 碼字， 接收方將接收到的碼字多項(xiàng)式與生成多項(xiàng)式g（x ） 相除， 若能除盡， 則說(shuō)明接收正確。

　　2. 5 電源模塊

　　在便攜式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中， 為避免頻繁更換電池， 延長(zhǎng)產(chǎn)品的一次使用時(shí)間， 低功耗設(shè)計(jì)一直是重中之重。

　　電源模塊主要用于對(duì)電池組的管理， 并給系統(tǒng)的其他模塊供電。電源模塊主要用在遙控器上， 用來(lái)供給遙控器各模塊正常工作。本系統(tǒng)采用的是兩節(jié)電池供電的方式， 具有升降壓功能的DC/ DC 電源芯片。良好的電源模塊設(shè)計(jì)可以有效提高電池的利用效率， 維持穩(wěn)定的電壓， 減少電源紋波， 增大輸出電流。

　　2. 6 低功耗設(shè)計(jì)

　　由于本系統(tǒng)采用的是兩節(jié)干電池供電的方式， 對(duì)系統(tǒng)功耗要求比較高。為了延長(zhǎng)電池的使用壽命， 避免頻繁地更換電池， 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)都要考慮到低功耗的設(shè)計(jì)要求。低功耗設(shè)計(jì)就是要降低系統(tǒng)時(shí)鐘頻率、電源電壓以及門(mén)的活躍因素。從硬件方面來(lái)講， 要降低系統(tǒng)的功耗， 就要盡可能選擇低功耗的芯片， 或者帶有休眠功能的芯片。軟件方面， 可以采用間斷喚醒的工作方式。如果某個(gè)功能模塊工作的空閑時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)， 可以暫時(shí)將其關(guān)閉或者使其處于低功耗狀態(tài)， 然后通過(guò)定時(shí)喚醒來(lái)檢測(cè)應(yīng)答信號(hào)， 只有當(dāng)接收到應(yīng)答信號(hào)時(shí)模塊才進(jìn)入工作狀態(tài)。通過(guò)間斷喚醒的方式可以極大地降低系統(tǒng)的功耗。

　　3 上位機(jī)教學(xué)軟件

　　主控制器通過(guò)I/ O 口將模型人的位置信息傳到上位機(jī)， 上位機(jī)根據(jù)收到的位置信號(hào)來(lái)控制上位機(jī)軟件界面的顯示， 可以顯示聽(tīng)診的位置、聲音特點(diǎn)、與呼吸的關(guān)系以及聲音的波形信息， 另外還可以外接揚(yáng)聲器放大播放所聽(tīng)到的心肺聲音， 達(dá)到醫(yī)學(xué)教學(xué)的目的。上位機(jī)界面的設(shè)計(jì)框圖如圖3 所示。

圖3 上位機(jī)界面框圖

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　MSP430 系列單片機(jī)的迅速發(fā)展和應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大， 主要取決于以下特點(diǎn)： 強(qiáng)大的處理能力； 采用了精簡(jiǎn)指令集（ RISC） 結(jié)構(gòu)； 具有豐富的尋址方式； 簡(jiǎn)潔的27 條內(nèi)核指令以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可以參加多重運(yùn)算； 高效的查表處理指令； 較高的處理速度， 在8 MHz 晶體驅(qū)動(dòng)下指令周期為125 ns。這些特點(diǎn)保證編制出高效率的源程序。另外MSP430 系列單片機(jī)的中斷源較多，并且可以任意嵌套， 使用時(shí)靈活方便。當(dāng)系統(tǒng)處于省電的備用狀態(tài)時(shí)， 用中斷請(qǐng)求將它喚醒只用6us。

　　本系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是由于系統(tǒng)利用MSP430 超低功耗性能， 因此設(shè)計(jì)具有很高的實(shí)用性和穩(wěn)定性， 并且該芯片具有較高的運(yùn)算速度， 較大的RAM 和FLASH 空間， 具有可擴(kuò)展的I/ O 口， 兼容一些外部芯片， 調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)用普通聽(tīng)診器去測(cè)試心肺音， 更能逼真模仿真實(shí)的臨床環(huán)境， 因而相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品的研究和開(kāi)發(fā)， 不僅對(duì)于提高現(xiàn)階段我國(guó)醫(yī)學(xué)模擬教學(xué)的水平具有重要的現(xiàn)實(shí)意義， 同時(shí)也具有良好的市場(chǎng)前景。