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1、 学号:4109005034泰山医学院毕业设计（论文） 题目： 一种便携式简易呼吸机的研制 院（部）系 放射学院所 学 专 业 生物医学工程年级、班级 2009级一班完成人姓名 李云雷指导教师姓名专业技术职称 张勇 副教授 2013年 6 月 1 日论文原创性保证书我保证所提交的论文都是自己独立完成，如有抄袭、剽窃、雷同等现象，愿承担相应后果，接受学校的处理。专业： 生物医学工程 班级： 2009级1班 签名： 2013 年 月 日摘要 呼吸机是当前大型医院必备的抢救设备，是延长病人生命为进一步治疗争取宝贵时间的重要工具。普通呼吸机体积大、移动笨拙不适合野外应用。本设计中采用高压气体作为气源，
2、缩小了总体体积，减小了耗电量，同时保障呼吸机的易用性。该呼吸机同时具有稳压阀、过滤器、气动报警器等普通呼吸机基本的设置，可以保障输气的安全性。该设备中，空氧混合器利用电机的不同转速实现氧浓度控制。同时呼气转吸气以及吸气转呼气可以起到基本呼吸作用，保障仪器顺利运行。在呼吸机电路中，利用传感器检测模块、存储器模块、LED显像管显示模块、键盘模块、电源模块及相应LED显示程序和键盘扫描程序保证仪器正常工作。关键词：呼吸机；80C51；机械通气装置；传感器 AbstractThe ventilator is a major hospital rescue equipment to extend the
3、 life of a patient for further treatment currently. The features of the normal ventilator is clumsy to move and unsuitable for outdoor applications.This ventilator use high-pressure gas as the source of gas to reduce the overall size and power consumption, making the ventilator portable and easy to
4、use. Meanwhile, the ventilator involves regulator valve, filters, pneumatic ventilator alarms and other ordinary basic settings, so you can guarantee the security of gas. Air oxygen mixer uses different motor speed to achieve an oxygen concentration control in this apparatus. Both inspiratory turn e
5、xpiratory sensors and expiratory turn inspiratory sensors can play a fundamental role in respiration, to safeguard the smooth operation of the instrument.In the ventilator circuit, the use of sensor detection circuit, memory, LED CRT display, keyboard, power supply design, related LED display progra
6、ms, and the keyboard scanning procedures can ensure the instrument work.Keywords: ventilator; 80C51;Mechanical ventilation devices; sensor 目录第一章 绪论11 引言12 便携式呼吸机的研制2第二章 硬件设计31 气路设计31.1 总体设计31.2 呼吸机通气模式31.3 呼吸机通气驱动41.4 过滤器51.5 稳压阀51.6 气动报警器51.7 空氧混合器51.8 呼气转吸气装置51.9 吸气转呼气装置61.10 呼气装置62.2 电路设计72.1 80C
7、51的基本结构72.2 电源设计92.3 键盘设计102.4 LED数码管设计112.5 存储设计122.6 压力传感器测量142.7 电机设计17第三章 程序设计191 编程KEIL环境介绍192 程序设计192.1 LED程序212.2 键盘程序22第四章 总结251 主要工作成果252 不足与展望26参考文献27致 谢29第一章 绪论1. 引言呼吸机是一种医疗设备，是当前大型医院必备的抢救设备，是延长病人生命为进一步治疗争取宝贵时间的重要工具。它通过机械装置根据不同的治疗目的，为呼吸功能不全的危重病人提供呼吸支持，也可以作为肺的替代器官随着电子和机械技术水平的不断提高，呼吸机的性能日臻完
8、善，其适用范围也日益扩大和普及。医用呼吸机的治疗作用主要有如下几个方面1：改善通气功能、维持呼吸道内气体的流动；改善换气功能；减少呼吸功，减少了呼吸肌的负荷。呼吸机主要经历了如下发展阶段2：(1)呼吸机雏形阶段；1743年，发明了第一台“呼吸机”，用于船工和矿工的急救。1790年发现给病人吸入气体可以治疗某些疾病。此后机械通气研究进入了一个新阶段。(2)现代呼吸机的探索阶段；1927年被人称为铁肺的箱式体外负压通气机发明。1934年研制出第一台气动限压呼吸机。1940年第一台间歇正压通气(0PPV)麻醉机诞生。1946年第一台间歇正压呼吸机应用于临床。(3)呼吸机迅速发展和广泛应用阶段；195
9、1年世界上第一台容量控制型呼吸机研制成功。1953年，第一台单变量闭环控制呼吸机研制成功。新一代多功能电脑型呼吸机具备了以往不可能实现的功能，如监测、报警、记录等。进入90年代，呼吸机不断向智能化发展，计算机技术的应用使呼吸机的性能更臻完善。呼吸机及机械通气技术从诞生至今已经发展到比较成熟的阶段，其主要应用技术及理论有：从呼气相到吸气相转化的四种触发(定压、定容、时间、流量)已普遍用于各类呼吸机；多达十几种通气模式可满足临床的不同需求；电子计算机的应用大大提高了机器运转的灵活性、可靠性和智能性，并使呼吸机的小型化成为可能。但是目前的呼吸机也存在一些不足之处，如舒适性、精确性(传感器测量的精确性
10、和可靠性)方面，以及安全性(如监测均衡胸压，确保不会对病人造成伤害，减小其对静脉回流的影响)方面。目前呼吸机从通气的压力形式可分为正压式呼吸机、负压式呼吸机和混合式呼吸机3，正压呼吸机在吸气相将正压气体送入肺中，而在呼气相为被动呼气，便携式呼吸及多为典型的容量型正压呼吸机。负压呼吸机，负压呼吸机可以协助病人提高通气效果，或按一定的频率帮助无法完成呼吸过程的病人。根据采用的原理不同，可将控制部件分为三种：气控、电控和微处理机控制。气控呼吸机无需电源，在某种特定的环境很有必要。电控：用模拟电路和逻辑电路构成的控制电路来驱动和控制电动机、电磁阀等电子装置的呼吸机，称为电控型呼吸机。微处理机控制：仍属
11、电控型。随着人们对呼吸机制及机械通气技术的不断研究，以及大量新技术在生物医学工程领域的应用，近20年来，呼吸机的发展非常迅速，临床应用日趋广泛，已经积累了不少经验，有关呼吸机对人体的影响也有了更多的了解，同时也发现了一些有待解决的问题，临床上也提出了一些新的要求，正是这些问题和要求促进了呼吸机的发展4。目前呼吸机的控制多采用传统的控制方法，其理论基础为基于固定数学模型的经典控制理论，由于人体的生理变化等诸因素，其数学模型为时变非固定模型，导致了某些情况下的控制无效性。近来人们试图将控制理论与人工智能结合应用于机械通气领域，其中实验显示比较实用的人工智能为模糊控制。2. 便携式呼吸机的研制普通呼
12、吸机体积大，通常在病房进行工作，气源为病房中的氧气、压缩气体供气口，集中供气，电源为市电交流220v，通常在普通市电进入前有专门变压器以保证电源质量。在野外急救时，集中气源供应，通常市电同样不易获得，而且体积大也限制了仪器的移动携带性。另外普通呼吸机的参数较多、精确，工作模式较复杂，这本是优点，但是在野外使用时，通常情况紧急，没有较多时间调节呼吸机，且操作人员可能为非医疗专业人员，对于各种参数、工作模式几乎没有了解。所以研制一种便携、简易呼吸机十分重要。在野外以及家庭中，当出现紧急情况时，如煤气中毒、溺水等意外伤害，对于伤员的急救，呼吸机是必不可少的装备，野外条件下，地形复杂,路途较远，由于气
13、源有限，单一的通气和吸氧已经不能满足急救的需要，通过呼吸机送出一定的正压气流，通过鼻腔进入咽部至伤员的上呼吸道，支撑起伤员狭窄或阻塞的上呼吸道，从而防止呼吸暂停，并保证呼吸道通畅，达到急救的效果。在家庭中，普通呼吸机操作复杂，参数繁多，对于普通非医疗专业人士使用者难度较大，便携式简易呼吸机可以充当急救工具，对于暂时的抢救具有重要作用，可以起到争取抢救时间的作用。第二章 硬件设计1. 气路设计 该呼吸机采用高压气源作为气源，可以使呼吸机摆脱压缩电机束缚，缩小总体体积以及减小耗电量，保障呼吸机的便携易用性，同时该呼吸机具有稳压阀、过滤器、气动报警器等普通呼吸机的基本设置，可以保障输气的安全性，在该
14、设备中，空氧混合器利用电机不同转速使进入气体不同达到氧浓度不同，该空氧混合器精度不大，可以满足普通急救的作用，但可以很好控制成本。同时呼气转吸气以及吸气转呼气可以起到基本呼吸作用，保障仪器顺利运行。 1.1 总体设计图2-1 总体气路设计高压氧气输送至呼吸机，呼吸机中具有过滤器，经过滤器将气源过滤，送至稳压阀，进行压力调节，使压力恒定。气动报警器为保护装置，检测压力，若压力过大启动报警装置，产生声光报警，切断电源。稳定后的氧气传送至空氧混合器，经控制系统与空气成比例混合，使氧浓度不同，从而选择不同模式，混合后的气源再经过气源过滤，通过压力表读出压力值，若压力过大启动保险装置，经过呼气转为吸气传
15、感器与吸气转为呼气传感器完成呼气相与吸气相之间相互转换，呼气装置可以驱动呼气运动进行呼气完成，从而实现了整个呼吸运动。1.2 呼吸机通气模式该呼吸机采用恒压驱动模式5：驱动压在整个呼气期保持恒定；当驱动压和肺泡内达到平衡时，气流停止；吸气器的气流速度是变化的，吸气初期最大，吸气末期停止；吸气时间有控制开关决定；吸入气量与呼气时间和驱动压成正比，与气道阻力成反比；驱动压要求较低，一般为10-30cmH2O。图2-2 通气方式结构1.3 呼吸机通气驱动该呼吸机采用的通气驱动方式为减压驱动，结构如图2-3：图2-3 减压驱动结构经过减压装置（PRV）将来源于储气罐中的高压气体转化为供呼吸机通气用的压力较
