选择合适的MCU

有很多MCU可以满足这个系统的要求。飞思卡尔的 MC9S08QG4 （S08QG）设备既可以满足系统所需的特性，同时在价格上也有优势。MC9S08QG4特性见图2。该处理器将飞思卡尔S08核的优势延伸到了低引脚数、小封装的领域。S08QG设备是低功耗产品，可以在低至1.8 V 的供电电压时对片上闪存进行擦写操作，它具有所有S08 MCU 的标准特性，包括等待模式和多种停止模式，以及模拟外设能力、串行通讯能力、片上温度传感器和较多的内存选项。

系统的功能描述

脉搏测氧法是一种非介入技术，它使用光波来测量病人血液中氧气的饱和度。这一过程采用了一种叫做脉搏血氧定量计的设备，这是一种可携带的、低成本的设备，它包括一个Spo2传感器和可通讯DB-9接头。在Spo2 Y 型传感器一端有两个发光二极管（LED），在另一端有一个光探测器。这个传感器通常被连接在指尖，这样光就能完全穿过组织到达光探测计。

从LED发出的光线有两种波长传播：660nm （红光）和 915nm（红外光），它们分别对应氧血红蛋白和总血红蛋白。探测计捕捉到从LED发出的光，脉搏血氧定量计处理红光和红外光之间吸收率的差异。测量仪内的MCU能测出动脉脉搏读数并计算出氧气饱和度。

从脉搏血氧计读出的Spo2值能通过连接到S08QG的串行接口（SCI）被传递到自动呼吸系统，该系统使用了标准的串行协议，它由一种商业化血氧计的规格所定义。从脉搏血氧计出来的数据通过SCI接口被连续传送到呼吸系统。

数据由S08QG处理，根据处理的结果通过控制步进电机来控制氧气呼吸设备的运转。

针对不同种类步进电机的控制软件是基于不同频率或压力流来进行控制的：

• 不同频率从时间脉冲中获得信息来控制希望的步数；

• 压力流控制意味着电机能进行复杂的运转步，具有大力矩的运转步（双步），改变方向和不改变位置的运转步（抑制步）。

图3展示了一个简单的方法，通过S08QG来实现步进电机控制。



图3 通过S08QG实现步进电机控制

步进电机的一个显著特性是最大电流损耗为20mA。电机提供的力矩并不大，最大静态力矩是4mNm，最大动态力矩是1.3 mNm。但是它的力量足够运转标准化的计量器。S08QG MCU的驱动电流达到25mA， 所以很适合这种应用。电机被直接连接到MCU的端口A 或端口B，基于先前的条件，只需要很小的外接电路（见图1）。系统需要VCC，GND和电机控制信号，不需要附加外部的电子元件。

氧气呼吸设备有三个简单的控制手柄，他们控制吸入的气流和每分钟的呼吸次数。一个手柄根据病人的身材和体重控制适当的呼吸，第二个手柄控制每分钟所需要的呼吸次数，第三个手柄控制氧气流的压力。在这个特殊的系统设计中，第二和第三个手柄是由步进电机自动控制的。

软件程序根据由脉搏血氧计通过SCI接口传来的 氧气饱和度计算步进电机的运动。氧气饱和度数字为医生提供了必要的信息来进行一系列比较，从而得出安全的范围，如表1所述。频率规定了每秒钟的电机步数，这决定了电机旋转有多快。电机的物理限制决定了它们的运行频率。一些电机因为应用于特殊用途，在10Hz 到 500Hz 之间运行，而另外一些能够在千赫兹的范围内运行。对于这个系统而言，最大频率是 100Hz，但为了在手术中更容易被医生使用，它被设定为 50Hz。

表1 氧气饱和度安全范围



结论

自动化呼吸控制系统是一个低成本的对人工呼吸控制的可选方案，它以最小的人为干预为婴儿和手术中的其他病人提供了可靠的呼吸机制。这个概念很简单：脉搏血氧计依靠SCI串行接口提供氧气饱和度数据，系统完成其余的所有工作。它使医生能集中精力于病人的护理上，可被用于通用外科手术、儿科和新生儿护理，甚至兽医门诊。