基于MSP430单片机的急救盒系统设计*

张成功，石广田

(兰州交通大学机电工程学院，甘肃兰州 730070)

0 引言

据世界卫生组织(WTO)公布，超过50%的心脑血管猝死病人发生在入院前，故提高上述猝发疾病生存率的关键在于第一时间及时有效的医疗干预。而关键因素在于:病人突发病后自行或通过120急救车接送往医院的过程即使在发达的城镇通常需要30～60 min，往往丧失抢救的最佳时机(被医学称为黄金10 min，应该说此时时间就是生命［2］。自行实现的急救药物最好的给药方式是舌下含化。较通常的口服药物相比，吸收时间较短。突发病状况下病人的意识和行动能力将会大大下降或快速丧失，呼救得到身边家人或其他人的帮助就显得十分必要。如果在入院前医生能够得到病人的病情，在不耽误最好的治疗时间去诊断，那就是最好不过了。

1 急救盒工作原理

心脑血管疾病的急救通常为口服药物，吸收时间长。本急救盒选择为舌下静脉血管吸收，舌下静脉血管丰富，吸收速度快，急救盒机械图如图1所示。

上部为压药装置，将片状药物压碎为粉末状，并置于药袋中，当需要急救时，直接将药袋置于患者舌下，可快速完成吸收功能，提高成活率［3］。

急救盒下部为药盒和含有患者信息的存储卡，方便患者就医时信息的快速录入。为了增加急救盒的功能，急救盒还有定时提醒服药和收音功能。下面仅针对这两个功能进行设计。

图1 急救盒机械图

2 系统的组成及其基本工作原理

急救盒系统是通过预期时间设定，运用具有五组闹铃的LCD显示设备，显示当前时间和报警闹铃的设定及其一些相关模式，再通过功放播放出来，在该设备上还用运GS1299芯片，实现了智能化的收音机系统。整个电路主要包括含有MSP430单片机的微处理器、五组闹铃的LCD显示电路、具有五级调节的按键设置电路、放大电路、收音机工作电路［4］。详细如下说明:核心处理器是一块MSP430F412的低功耗单片机，一块能实现时间、闹铃、倒计时等功能的LCD显示器，具有 POWER、CLAM、MODE、HOUR、MINITE 多级调节的开关电路，扬声器和语音芯片的主电路和外围电路，以及扬声器放大电路，内置MCU用户无需写程序立体声收音IC GS1299的接入电路等。

3 系统硬件设计

3.1 总体硬件设计方案

该急救盒总体的硬件组成主要包括了MSP430控制芯片、具有五组闹铃的LCD显示器、语音芯片、收音芯片和功放等，其中MSP430是整个系统的控制核心，LCD显示器主要负责多种模式(时间、闹铃、倒计时等)的显示，音芯片和功放(功放选用NS4158芯片，为D类数字功放)是负责急救盒实现报警的主要部件，收音芯片则是负责实现收音机功能的核心部件，总体硬件设计图如图3所示。

图2 整体结构图

3.2 微处理器

由于急救盒是需要用电池进行供电的仪器，一块电池需工作很长时间，这必须选用低功耗的微处理器。MSP430F4520［5］是 TI公司推出的16位超低功耗单片机，在休眠条件下工作电流只有0.8，从休眠方式唤醒只需6，P1和P2E1全部可以做外中断处理，并具有5种节能模式，两个串行通信接口，且集成有红外通讯编解码协议［6］，非常适合用在超低功耗产品中。因此选用MSP430F4520作为本系统微处理器。

3.3 收音芯片

内置MCU用户无需写程序立体声收音IC GS1299，具有开机关机功能，开机关机后记忆当前电台。加上极少数的元件即可收到调频立体声广播。可以实现FM上下搜索电台，声音大小控制，灵敏度高、噪声小、抗干扰能力强、内置高精度A/D(模数转换器)及数字频率合成器。外接组件极少、支持全球频段(76－108MHZ)。内置噪声消除、低音增强电路设计。完全整合的COMS工艺单芯片集成电路，功耗极小。高功率32Ω负载音频输出，直接耳机驳接，无需外接音频驱动放大。整机供电为1.8～3.6V宽输入供电，应用简便、成本低，性价比高。相关电路图如图4所示。

图3 语音芯片连接电路图

3.4 LCD 显示器

该显示器［7］主要功能有时间(12/24 h制)、五组闹铃、倒计时(最大23 h 59')等。具有设定调节的四个按钮:MODE、H、M、12/24(STOP/START)转换。MODE用来调节进入时间设定。H是用来调节小时的按钮，如果一直按住，则会出现快速调节小时。M是用来调节分钟的按钮，如果一直按住，则会出现快速调节分钟。12/24(STOP/START)转换是用来转化12 h制或24 h制的按钮，同时，也可以实现闹铃的开启或关闭。LCD显示器的正常界面如图5所示。

图4 正常显示器显示

图5 简单流程图

4 系统软件设计

系统软件设计采用的开发环境为Keil uVision2和Altium Designer6，采用C语言编写系统软件程序。

主要子程序模块包括:系统初始化子程序、主程序循环、数据处理子程序、定时子程序、液晶显示子程序、看门狗设定和复位子程序、中断响应子程序、按键处理子程序、按键去抖子程序、Flash写子程序、延时等待子程序、语音芯片启动程序、GS1299启用驱动程序、功放驱动程序等［8］。

5 结论

本急救盒最大的特点是控制系统是由MSP430实现，它可进入低功耗模式，从而可使LCD显示器和收音装置实现长期运行的功能。该急救盒在通过电路板［9］的调试和LCD显示器的校准与设定完成后，能够准确可靠地实现报警功能，同时，系统的收音装置在功能上和音质效果上都达到了预期的目标，也证明了该装置是一种比较可行的产品，再者，该模块具有运行稳定、易于携带的特点，可以很方便、不受任何环境的限制和约束，进而提高产品的适用性，在实际系统中具有较高的应用价值。

［1］ 孙驷洲，陆华才.PROTEUS软件在单片机实验教学中的应用［J］.科技信息，2013(1):25－33.

［2］ 何忠杰，白金十分钟－急救新概念的定义和意义［J］.中国乡村医药杂志，2005，12(3):3－5.

［3］ 王一镗.努力加强和提高:第一时段救治的质量［J］.中国急救医学，2003，23(2):94.

［4］ 杨明欣.模拟电子技术［M］.北京:高等教育出版社，2012.

［5］ 沈建华，杨艳琴.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与实践［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2008.

［6］ 吴 平，龚 彬，丁铁夫.液晶显示模块和 MSP430单片机在显示终端上的应用［J］.液晶与显示，2003，18(6):436 －440.

［7］ 张福才.MsP430单片机自学笔记［M］.北京:北京航空航天大学出版社，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.王华奎译.电子电路设计［M］.北京:电子工业出版社，2004.