基于MSP430單片機的急救盒系統設計*

張成功，石廣田

(蘭州交通大學機電工程學院，甘肅蘭州 730070)

0 引言

據世界衛生組織(WTO)公布，超過50%的心腦血管猝死病人發生在入院前，故提高上述猝發疾病生存率的關鍵在于第一時間及時有效的醫療干預。而關鍵因素在于:病人突發病后自行或通過120急救車接送往醫院的過程即使在發達的城鎮通常需要30～60 min，往往喪失搶救的最佳時機(被醫學稱為黃金10 min，應該說此時時間就是生命［2］。自行實現的急救藥物最好的給藥方式是舌下含化。較通常的口服藥物相比，吸收時間較短。突發病狀況下病人的意識和行動能力將會大大下降或快速喪失，呼救得到身邊家人或其他人的幫助就顯得十分必要。如果在入院前醫生能夠得到病人的病情，在不耽誤最好的治療時間去診斷，那就是最好不過了。

1 急救盒工作原理

心腦血管疾病的急救通常為口服藥物，吸收時間長。本急救盒選擇為舌下靜脈血管吸收，舌下靜脈血管豐富，吸收速度快，急救盒機械圖如圖1所示。

上部為壓藥裝置，將片狀藥物壓碎為粉末狀，并置于藥袋中，當需要急救時，直接將藥袋置于患者舌下，可快速完成吸收功能，提高成活率［3］。

急救盒下部為藥盒和含有患者信息的存儲卡，方便患者就醫時信息的快速錄入。為了增加急救盒的功能，急救盒還有定時提醒服藥和收音功能。下面僅針對這兩個功能進行設計。

圖1 急救盒機械圖

2 系統的組成及其基本工作原理

急救盒系統是通過預期時間設定，運用具有五組鬧鈴的LCD顯示設備，顯示當前時間和報警鬧鈴的設定及其一些相關模式，再通過功放播放出來，在該設備上還用運GS1299芯片，實現了智能化的收音機系統。整個電路主要包括含有MSP430單片機的微處理器、五組鬧鈴的LCD顯示電路、具有五級調節的按鍵設置電路、放大電路、收音機工作電路［4］。詳細如下說明:核心處理器是一塊MSP430F412的低功耗單片機，一塊能實現時間、鬧鈴、倒計時等功能的LCD顯示器，具有 POWER、CLAM、MODE、HOUR、MINITE 多級調節的開關電路，揚聲器和語音芯片的主電路和外圍電路，以及揚聲器放大電路，內置MCU用戶無需寫程序立體聲收音IC GS1299的接入電路等。

3 系統硬件設計

3.1 總體硬件設計方案

該急救盒總體的硬件組成主要包括了MSP430控制芯片、具有五組鬧鈴的LCD顯示器、語音芯片、收音芯片和功放等，其中MSP430是整個系統的控制核心，LCD顯示器主要負責多種模式(時間、鬧鈴、倒計時等)的顯示，音芯片和功放(功放選用NS4158芯片，為D類數字功放)是負責急救盒實現報警的主要部件，收音芯片則是負責實現收音機功能的核心部件，總體硬件設計圖如圖3所示。

圖2 整體結構圖

3.2 微處理器

由于急救盒是需要用電池進行供電的儀器，一塊電池需工作很長時間，這必須選用低功耗的微處理器。MSP430F4520［5］是 TI公司推出的16位超低功耗單片機，在休眠條件下工作電流只有0.8，從休眠方式喚醒只需6，P1和P2E1全部可以做外中斷處理，并具有5種節能模式，兩個串行通信接口，且集成有紅外通訊編解碼協議［6］，非常適合用在超低功耗產品中。因此選用MSP430F4520作為本系統微處理器。

3.3 收音芯片

內置MCU用戶無需寫程序立體聲收音IC GS1299，具有開機關機功能，開機關機后記憶當前電臺。加上極少數的元件即可收到調頻立體聲廣播。可以實現FM上下搜索電臺，聲音大小控制，靈敏度高、噪聲小、抗干擾能力強、內置高精度A/D(模數轉換器)及數字頻率合成器。外接組件極少、支持全球頻段(76－108MHZ)。內置噪聲消除、低音增強電路設計。完全整合的COMS工藝單芯片集成電路，功耗極小。高功率32Ω負載音頻輸出，直接耳機駁接，無需外接音頻驅動放大。整機供電為1.8～3.6V寬輸入供電，應用簡便、成本低，性價比高。相關電路圖如圖4所示。

圖3 語音芯片連接電路圖

3.4 LCD 顯示器

該顯示器［7］主要功能有時間(12/24 h制)、五組鬧鈴、倒計時(最大23 h 59')等。具有設定調節的四個按鈕:MODE、H、M、12/24(STOP/START)轉換。MODE用來調節進入時間設定。H是用來調節小時的按鈕，如果一直按住，則會出現快速調節小時。M是用來調節分鐘的按鈕，如果一直按住，則會出現快速調節分鐘。12/24(STOP/START)轉換是用來轉化12 h制或24 h制的按鈕，同時，也可以實現鬧鈴的開啟或關閉。LCD顯示器的正常界面如圖5所示。

圖4 正常顯示器顯示

圖5 簡單流程圖

4 系統軟件設計

系統軟件設計采用的開發環境為Keil uVision2和Altium Designer6，采用C語言編寫系統軟件程序。

主要子程序模塊包括:系統初始化子程序、主程序循環、數據處理子程序、定時子程序、液晶顯示子程序、看門狗設定和復位子程序、中斷響應子程序、按鍵處理子程序、按鍵去抖子程序、Flash寫子程序、延時等待子程序、語音芯片啟動程序、GS1299啟用驅動程序、功放驅動程序等［8］。

5 結論

本急救盒最大的特點是控制系統是由MSP430實現，它可進入低功耗模式，從而可使LCD顯示器和收音裝置實現長期運行的功能。該急救盒在通過電路板［9］的調試和LCD顯示器的校準與設定完成后，能夠準確可靠地實現報警功能，同時，系統的收音裝置在功能上和音質效果上都達到了預期的目標，也證明了該裝置是一種比較可行的產品，再者，該模塊具有運行穩定、易于攜帶的特點，可以很方便、不受任何環境的限制和約束，進而提高產品的適用性，在實際系統中具有較高的應用價值。

［1］ 孫駟洲，陸華才.PROTEUS軟件在單片機實驗教學中的應用［J］.科技信息，2013(1):25－33.

［2］ 何忠杰，白金十分鐘－急救新概念的定義和意義［J］.中國鄉村醫藥雜志，2005，12(3):3－5.

［3］ 王一鏜.努力加強和提高:第一時段救治的質量［J］.中國急救醫學，2003，23(2):94.

［4］ 楊明欣.模擬電子技術［M］.北京:高等教育出版社，2012.

［5］ 沈建華，楊艷琴.MSP430系列16位超低功耗單片機原理與實踐［M］.北京:北京航空航天大學出版社，2008.

［6］ 吳 平，龔 彬，丁鐵夫.液晶顯示模塊和 MSP430單片機在顯示終端上的應用［J］.液晶與顯示，2003，18(6):436 －440.

［7］ 張福才.MsP430單片機自學筆記［M］.北京:北京航空航天大學出版社，2011.

［8］ WEN Peng，YAN Guo－chang，LI Xu－hui等.Register Reallocation for Soft Error Reduction［J］.Wuhan University Journal of Natural Sciences，2014(06):4－6.

［9］ (美)David Comer，(美)Donald Comer著.王華奎譯.電子電路設計［M］.北京:電子工業出版社，2004.