基于单片机的心肺听诊技能训练系统设计方案

　　2. 4 无线模块的设计

　　无线模块的设计包括两个部分： 硬件设计和软件设计。硬件设计主要包括PCB 图的布局走线和天线设计两方面， 软件设计主要是通信协议的定义。

　　无线模块工作在ISM（ Indust rial Scient if ic Medical） 超高频段， 因而对PCB 板的布局提出了更高的要求。一般来说， 外围元件要尽可能靠近无线芯片， 并且所有元件要尽可能排列在PCB 板的同一侧， 这样可以在PCB 板的另外一侧进行大面积的敷铜以减少干扰。

　　软件方面， 良好的通信协议也是无线模块稳定工作的重要保障之一。通信协议除了规定应答关系之外， 检错也是一个重要环节。目前比较常用的检错方法是循环冗余校验（ CRC 校验） , 其特征是信息字段和长度字段的长度可以任意选定。CRC 码集的选择原则是： 若设码字长度为N , 信息字段长度为K , 校验字段长度为R ,其中N = K + R, 则对于CRC 码集中的任一码字， 当且存在一个R 次的多项式g （x） , 使得：

　　式中： m（x） 为K 次信息多项式； r（x） 为R - 1 次校验多项式； g（x） 为生成多项式。发送方通过生成g（x） 来产生CRC 码字， 接收方将接收到的码字多项式与生成多项式g（x ） 相除， 若能除尽， 则说明接收正确。

　　2. 5 电源模块

　　在便携式产品的设计中， 为避免频繁更换电池， 延长产品的一次使用时间， 低功耗设计一直是重中之重。

　　电源模块主要用于对电池组的管理， 并给系统的其他模块供电。电源模块主要用在遥控器上， 用来供给遥控器各模块正常工作。本系统采用的是两节电池供电的方式， 具有升降压功能的DC/ DC 电源芯片。良好的电源模块设计可以有效提高电池的利用效率， 维持稳定的电压， 减少电源纹波， 增大输出电流。

　　2. 6 低功耗设计

　　由于本系统采用的是两节干电池供电的方式， 对系统功耗要求比较高。为了延长电池的使用寿命， 避免频繁地更换电池， 在系统设计的各个环节都要考虑到低功耗的设计要求。低功耗设计就是要降低系统时钟频率、电源电压以及门的活跃因素。从硬件方面来讲， 要降低系统的功耗， 就要尽可能选择低功耗的芯片， 或者带有休眠功能的芯片。软件方面， 可以采用间断唤醒的工作方式。如果某个功能模块工作的空闲时间较长时， 可以暂时将其关闭或者使其处于低功耗状态， 然后通过定时唤醒来检测应答信号， 只有当接收到应答信号时模块才进入工作状态。通过间断唤醒的方式可以极大地降低系统的功耗。

　　3 上位机教学软件

　　主控制器通过I/ O 口将模型人的位置信息传到上位机， 上位机根据收到的位置信号来控制上位机软件界面的显示， 可以显示听诊的位置、声音特点、与呼吸的关系以及声音的波形信息， 另外还可以外接扬声器放大播放所听到的心肺声音， 达到医学教学的目的。上位机界面的设计框图如图3 所示。

图3 上位机界面框图

　　4 结语

　　MSP430 系列单片机的迅速发展和应用范围的不断扩大， 主要取决于以下特点： 强大的处理能力； 采用了精简指令集（ RISC） 结构； 具有丰富的寻址方式； 简洁的27 条内核指令以及片内数据存储器都可以参加多重运算； 高效的查表处理指令； 较高的处理速度， 在8 MHz 晶体驱动下指令周期为125 ns。这些特点保证编制出高效率的源程序。另外MSP430 系列单片机的中断源较多，并且可以任意嵌套， 使用时灵活方便。当系统处于省电的备用状态时， 用中断请求将它唤醒只用6us。

　　本系统的优点是由于系统利用MSP430 超低功耗性能， 因此设计具有很高的实用性和稳定性， 并且该芯片具有较高的运算速度， 较大的RAM 和FLASH 空间， 具有可扩展的I/ O 口， 兼容一些外部芯片， 调试方便等优点。系统用普通听诊器去测试心肺音， 更能逼真模仿真实的临床环境， 因而相关技术产品的研究和开发， 不仅对于提高现阶段我国医学模拟教学的水平具有重要的现实意义， 同时也具有良好的市场前景。