噎食急救衣裝置設計

顧明凱 程進 鄒小平 王偉民 趙延潔 王浩 陳馨瑤 郭昕 桂若霞 黃仕賢

北京信息科技大學北京市傳感器重點實驗室，北京 100101

0 前言

吃飯是每個人每天都要進行的一項必需的行為，而在這一日三餐或者多餐的過程中由于各個方面的原因，也許是食物過于生硬、咀嚼次數不夠或進食過快等原因，進而直接導致了食道同行受阻，也就是我們常說的噎食[1]。一旦發(fā)生噎食，如果不能在黃金4分鐘[2]內將堵塞物取出，那么噎食者便很可能會因為窒息而死亡。正確使用海姆立克急救法[3]能夠有效地對噎食者進行急救。同樣基于海姆立克急救法也產生了一些裝置，現存的有浙江省腫瘤醫(yī)院申請了名為“便攜式嬰兒海姆立克急救裝置”的專利，該裝置通過對現有技術中看護嬰兒使用的腰凳進行改進，在便于攜帶的同時，可以配合嬰兒海姆立克急救法中的叩背法和叩胸法進行叩擊搶救。但是這款裝置只適用于嬰幼兒群體，并不適用于成年人群體[4]；曲靖醫(yī)學高等專科學校也申請了名為“一種海姆立克法自救裝置”的專利，該實用新型公開了一種海姆立克法自救裝置。不足的是，該裝置前端的擠壓沖擊裝置必須靠人為手動去擠壓，對于噎食者來說很吃力[5]。基于以上已經有的裝置，我們基于海姆立克急救法原理[6]，設計了這款可穿戴的噎食急救衣。面對噎食緊急狀況的發(fā)生可以完成自救，不僅用電動推桿作為前端的擠壓沖擊的裝置，而且還加入了一個自動收緊的裝置，使搶救更加高效便捷。

1 系統設計

1.1 系統的總體框架

本系統分為5個模塊：電源模塊、控制模塊、驅動模塊、沖擊模塊、收緊模塊。整個系統的結構框圖如圖1所示。其中，控制模塊采用STM32F103單片機進行控制[7]；驅動模塊采用L298N電機驅動板模塊；沖擊模塊采用往復電機伸縮桿；收緊模塊采用電機控制轉軸，轉軸轉動達到收緊的效果。

1.2 系統硬件設計方案

1.2.1 控制模塊、驅動模塊和電源模塊

系統硬件連接圖如圖2所示，單片機采用STM32F103RCT6型號，單片機的PA8引腳接驅動板IN1端口、PA5引腳接驅動板IN2引腳、PA11引腳接驅動板IN3引腳、PA2引腳接驅動板IN4引腳，同時L298N采用220 V-12 V直流電源供電。除此之外，A、B兩項的正負極分別對應接電機1和電機2的黑綠紅藍線，單片機的PA0連接開關。

1.2.2 沖擊模塊

沖擊模塊是由一個電動推桿、固定套筒、固定底座、支撐板和一個柔性的近似于水滴狀的沖擊頭組裝而成。通過螺栓將兩個裝置連接固定。通過L298N電機驅動板模塊[8]控制沖擊裝置直接沖擊，前方的沖擊頭參考了興安盟人民醫(yī)院公開的一種海姆立克急救輔助裝置，采用水滴的形狀，更有利于提供斜向上的沖擊力，達到更高效的沖擊膈肌，使胸腔剩余氣體快速沖出氣道，將異物沖出[9]。沖擊裝置如下圖3所示。

1.2.3 收緊模塊

收緊裝置如下圖4所示，收緊裝置由電機底座、轉軸、轉軸蓋、電機和收緊帶組成，通過L298N電機驅動板控制電機轉動，進而通過電機控制轉軸轉動，進行轉動的同時將收緊帶進行收緊。

1.3 系統的軟件設計

1.3.1 系統工作流程設計

本系統通過C語言編寫程序，系統軟件流程圖如圖5所示。首先是對各個模塊進行初始化，檢測使用者是否按下開始按鈕，如果沒有按下開始按鈕，則繼續(xù)判斷是否按下開始按鈕，如果按下開始按鈕，通過對IN3和IN4管腳輸入高低電平，控制減速電機進行轉動，進而使收緊裝置進行收緊，延時3秒的同時，通過對IN1和IN2管腳輸入低高電平，控制沖擊模塊進行沖擊并延時1秒，再對IN1和IN2管腳輸入高低電平，控制沖擊模塊進行收縮并延時2秒，判斷是否按下停止按鈕，如果沒有按下則持續(xù)運行收緊和沖擊裝置的運動，如果按下了停止按鈕，所有IN引腳全部輸入高電平，對沖擊模塊和收緊模塊進行制動，停止工作。

1.3.2 系統軟件程序設計

主程序

#include "stm32f10x.h"http://引用STM32頭文件

#include "motor.h" //引用電機驅動頭文件

#include "delay.h" //引用延時頭文件

#include "key.h" //引用按鍵頭文件

#include "sys.h" //引用系統頭文件

u8 t;

int main(void)

{

delay_init(); //延時函數初始化

MOTOR_Init(); //LED端口初始化

KEY_Init(); //初始化與按鍵連接的硬件接口

while(1)

{

t=KEY_Scan(1);//按鍵掃描

if(t)

{

t=0;M2_1=0;//電機驅動板上控制收緊裝

置的IN3引腳置0 M2_2=1;//電機驅動板上控制收緊裝

置的IN4引腳置1

delay_ms(300);M1_1=0;//電機驅動板上控制沖擊裝

置的IN1引腳置0 M1_2=1;//電機驅動板上控制沖擊裝

置的IN2引腳置1

delay_ms(100);

M1_1=1;//IN1引腳置1

M1_2=0;//IN2引腳置0

delay_ms(200);

}

else

{

t=0;

M1_1=1;// IN1引腳置1

M1_2=1;// IN2引腳置1

M2_1=1;// IN3引腳置1

M2_2=1;// IN4引腳置1

}

}

}

2 系統功能的實現與驗證

為使噎食急救衣更容易穿戴和固定，在衣服中加入鋼板和棉墊作為支撐。最后將設計好的沖擊模塊和收緊模塊分別嵌入到急救衣的前端和后端，將控制模塊和電源模塊分別固定在急救衣的左右兩邊，通過線路與控制模塊和電源模塊相連接。

為了進一步對系統功能進行驗證，進行了噎食急救衣功能演示流程，如圖6所示。獨處時發(fā)生緊急噎食（圖6（a）），通過固定背帶將急救衣先固定在脖子上（圖6（b）），再通過塑料插扣將衣服固定在腰部（圖6（c）、圖6（d）），啟動沖擊裝置，沖擊人體腹腔（圖6（e）），同時收緊裝置收緊人體腰腹（6（f）），最終噎食者得到緊急救治（圖6（g））。裝置整體實物圖如圖7所示。

3 結束語

為了得知人們對海姆立克急救法的認知狀況[10-11]，分別對社區(qū)民眾和學生這兩個群體做問卷調查。利用問卷星軟件收集數據并進行整理、統計、分析。結果14.2%的調查對象表示能夠熟練、規(guī)范地應用海姆立克急救法，30.9%的調查對象表示簡單了解過，54.9%的調查對象表示對海姆立克急救法非常陌生，因此我們設計了這一款容易攜帶的噎食急救衣。與絕大多數產品不同的是，本裝置不僅包括沖擊模塊還包括收緊模塊，收緊模塊的加入可以使急救衣的性能更加高效，更有利于對病人的緊急救助[12]。但是這款急救衣同樣也存在一定的不足，沖擊裝置和收緊裝置各種性能指標所能達到的沖力和收緊力距離真正的要求還有一定距離，這也是日后所要研究的方向和目標。