压力传感器在创伤急救模拟人的应用

力兴文

[摘 要]灾害、突发公共卫生事件随时随处可能发生，危重、急症也随处可见，突发的灾害事件都能对人体造成不同程度的损伤，甚至危及生命，急需要在现场迅速进行急救——即院前急救。院前急救质量关系到伤患的生命及伤情转归和愈后。而灾害、事故等现场第一目击者往往不是医生，而是伤病员身边的任何人，如亲属、同事、现场群众、路遇者等。所以对我国公民实施院前急救知识和技能培训非常重要。院前急救普及率既关系到公民自身利益，也是一个社会文明程度的标志，但现在具有针对性的培训教具确比较缺乏，针对此问题我们研发出一套关于院前救急训练系统。

[关键词]压力传感器 stm32 无线通讯

中图分类号：R459.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）31-0365-01

*系统简介

本系统主要用于院前急救一系列措施，内容包括急救教学、急救训练、急救考核三大模块，涉及到止血、通气、包扎、固定、综合急救、搬运、气胸处理、现场心肺复苏等急救技术，但这些功能的实现光靠模型机械结构来实现是不可能的，机械机构只能是个壳体没有灵魂，我们需要使他变为一个有灵魂的模拟人，那就需要电路智能化控制，本系统采用了大量的压力传感器来支撑，来帮助学员提高操作技能。本系统采用蓝牙通讯方式与模拟人交互数据，模拟人主控芯片采用STM32F103RET6，它有强大的处理能力，最高72MHz工作频率，内置2路12位AD转换器，模拟人全身包含80个压力传感器，46个位置传感器，2个光感传感器，一个距离传感器，在如此多的传感器的支持下模拟人可以检查到每一位操作者对每一种病理的操作是否符合要求。模拟人内置电池供电可连续工作48小时，可在户外操作。但如此强大的系统主要依靠压力传感器，我们接下来讲述一下压力传感器在模型上是如何应用的。

1 压力传感器的选用与工作原理

模拟人可提供给操作者多达30个包扎病例，覆盖了教学用全部包扎方法，学员所包扎的力度、位置全部由压力传感器采集后无线传送到iPad或者手机。

由于模拟人为软体所以无法采用电阻式应变片，我们采用液压式传感器，压力传感器为MPS20N00100D，在传感器的压力测量部位我们做一油囊，油囊里面的油我们采用丙三醇，它的特点是无腐蚀性并且挥发速度慢，压力传感器为桥式传感器，桥臂电阻值为5k，供电电压为5v，压力最大值为100kp。油囊放在模拟人表皮下方，当学员用三角巾包扎模拟人伤口时便会压迫到油囊，油囊的油通过管路把压力传送到压力传感器后产生一个电压，我们通过仪表放大器AD623把电压值放大后传送到stm32芯片的AD通道里，此时系统根据具算法便可判断当前点位的压力力度了，当然模型出厂前各个压力传感器必选要校准一次。

2 压力传感器的管理与分配

模拟人全身共有80个油囊所以就的有80个压力传感器，如此多的压力传感器不可能用80个AD623去采集数原因有已下几点：第一体积，第二成本，第三STM32F103RET6也无如此多路AD，在现有条件下我们采用CD4052来切换压力传感器的数据通道以便识别当前压力传感器的位置与值。因为压力传感器是差分输出而4052可同时切换两路模拟开关，所以我们采用了CD4052来切换与管理压力传感器，我们采用分级控制，第一级采用20片CD4052管理80片压力传感器，第二级用5片CD4052管理第一级的20片CD4052输出的信号，第三级采用2片CD4052管理第二级的5片CD4052输出的信号，最后第四级采用1片CD4052管理第三极作为总输出，这样我们就可以按照扫描键盘的原理去逐个扫描每一个压力传感器，而每一个压力传感器的位置在模拟人身上的位置不同，所以我们需要给各个压力传感在电路中编上号，编好后便在数据库中填入病例对应的传感器号。

3 压力传感器与模拟人病例的对应

当压力传感器在系统中设定好编号后便可以安装在模拟人身上，安装后需要知道病例的包扎需要哪几号压力传感器，这几号的压力传感器的压力值是多大为正确的，这就需要ipad数据库管理系统，首先在模拟人的皮下有一层发泡，发泡内有模具开出的槽，按照设计图纸，把对应编号的压力传感器放置在对应编号的槽中，系统中各个病例需要去对应各个槽，当选择某一病例时，软件便会调用数据库里的数据，在数据库中我们会提前输入病例中需要的压力传感器编号，当学员选用某一病例时，当前病例则调用数据库中压力传感器编号给下位机，下位机根据编号扫描当前需要的压力传感器值通过算法计算完毕后传到上位机ipad里，上位机软件便会显示当前包扎位置是否正确，包扎力度时否正确等等给予一个客观评价，帮助学员提高包扎技能。

4 压力传感器的校准

压力传感器不论是自身原因还是由于周围焊接元器件的参数等等原因，导致一致性无法满足我们测量精度范围，当一致性不理想的时候我们就需要采用逐点校准，校准方法为在ipad上有一个校准软件，软件里面有所有压力传感器的编号，当我们要校准某一压力传感器时，我们选择此传感器，并在当前传感器的油囊上放一固定重物，当放好后读出当前AD值，通过计算得出一个系数，在下位机软件里有一数组对应存放各个传感器的系数，每当校准成功后便会把数据储存在stm32f103的flas种，当需要计算传感器压力值的时候我们便调用此数组数据。

总结

此系统主要是针对非医学专业的普通群众在遇到突发事件后的应急处理，系统通过仿真的动画、强大的压力传感器、算法来帮助操作者逐步提高操作水平，当遇到突发事件时挺身而出不是手足无措。

参考文献

[1] 张洋，STM32F7原理与应用.北京航空航天大学出版社，2017.

[2] 陳雪芳，孙春华，逆向工程与快速成型技术应用[M].北京机械工业出版社，2009.

[3] 张雪平，数字电子技术[M].清华大学出版社，2011.

[4] 杜亚明，刘怀清.实用现场急救技术.人民卫生出版社，2014.