AT89C52在《安全检测技术》课程改革中的应用

蒋永清，李存海，孙大伟，黄恒谦，孙雪萌，王 博

(哈尔滨理工大学， 黑龙江 哈尔滨 150080)

AT89C52在《安全检测技术》课程改革中的应用

蒋永清，李存海，孙大伟，黄恒谦，孙雪萌，王 博

(哈尔滨理工大学， 黑龙江 哈尔滨 150080)

随着心肺复苏技术的更新与新的研究成果的出现，曾依据旧标准设计出的心肺复苏训练装置不适合新的规范标准要求，文中依托新型心肺复苏装置的设计，提出了将AT89C52单片机应用在《安全检测技术》课程改革中，通过心肺复苏训练装置的设计与研究，将装置中具有的有效提示人员进行操作、评估操作过程是否合格以及显示评估结果中的按压次数、呼气次数、按压呼吸比、按压频次等功能参数与课程中的理论知识点相结合，装置使得学生对《安全检测技术》理论知识有更深刻的了解，将《安全检测技术》课程中抽象部分具体化，将传感器数学模型设计为具体实物，最终间接的提高了学生正确进行心肺复苏操作的能力，减少了由于人员应急技能缺乏而导致的死亡事故的发生，使得心肺复苏技能水平在更宽广的领域和人群中得到应用，该装置设计过程还结合了安全人机工程学、安全系统工程等学科内容，将本科教学中的知识应用在实际中，提高了安全工程专业学生的实践能力。

AT89C52单片机；心肺复苏训练装置；应急；课程改革

0 引言

安全工程专业中《安全检测技术》课程理论知识分析充足，课程要求学生熟悉安全检测的方法、传感器应用等内容，但实践过程中学生对课程内容理解太少，理论知识得不到应用，导致对《安全检测技术》课程产生排斥心里，因此本文通过实验将学生作为第一主角，通过学生自身对课程中提出的理论知识结合实际，从而对《安全检测技术》有更深刻的了解。现如今，我国国人生活节奏快、工作压力大、身体素质差，发生的过劳死事件逐年上升，仅2012年过劳死亡人数就达到60万，过劳死亡往往是由于劳累过度而引起的急性心肌梗塞、脑溢血等疾病，导致人员猝死。在欧美地区每年有大约116万人突发心脏骤停[1]。而对于心脏骤停、突发心梗等突发性疾病最有效的急救措施就是正确的心肺复苏方式[2]，但我国能准确掌握心肺复苏正确操作技能的人员仅限于急救人员，普通大众对急救过程则了解甚少，决定急救成功最主要的因素是心肺复苏的及时采取与正确的操作方式[3]。目前国内针对于心肺复苏设计出多种训练装置，而目前市场上心肺复苏仪大多按照《2005年心肺复苏指南》的要求进行设计，缺点是技术落后、普及性差、可操作性低，从而导致急救过程急救成功率低[4]。针对以上述情况，本文提出了利用AT89C51单片机对心肺复苏训练装置进行设计与研究，将本装置的设计、使用安排给学生，学生通过结合最新的心肺复苏指南设计程序与评估方法，设计出集提示、显示、评估于一体的心肺复苏训练仪，能有效的帮助训练者从听觉、视觉、触觉三个方面提高心肺复苏操作技能，同时本装置应用于安全工程专业本科教学实验中，作为实验教学案例，将心肺复苏技巧简单化、普及化，使得学生了解并掌握心肺复苏技能进而提高每一个被训练者应急能力，同时将《安全检测技术》书本上的理论知识与实践相结合，丰富安全工程专业的实践教学内容，突出了新素质教育中以学生为主的思想，也充分挖掘学生的才能，为传统的安全检测技术课程提出新的方式。

1 训练装置技术方案及实现目标

1.1 技术方案

本训练装置依托安全工程系研究实验室，将安全检测技术课本中的基本型测试系统理论知识运用在实际当中，安全检测相关理论包括：检测硬件设计如有害气体浓度检测探头、温度检测探头、湿度检测探头等；单片机开发与实验如AT89系列、STM系列、PIC系列的学习等。本训练装置设计为由按压模块、呼吸模块、传感器模块、显示模块、控制模块等部分组成，通过AT89C52单片机来评估输入量是否符合国家最新的心肺复苏标准，来确定被训练人员操作过程的准确性。本装置通过自身的便捷性和易操作性来普及心肺复苏训练的技能掌握，使得被训练者应急救援水平得以提高，同时将传统枯燥无味的书本知识通过学生自己动手设计电路、构造检测方案，使得学生对安全检测知识技能更加熟练，达到了本科生素质教育的意义。整机硬件设计技术方案如图1。

图1 整机硬件设计技术方案

1.2 实现目标

根据上述内容，本训练装置实现的功能有：

(1) 按压模块直观模拟心肺复苏过程中被救者胸骨受力情况；

(2) 呼吸模块模拟人工呼吸时的实际情况；

(3) 显示模块通过单片机存储按压模块、呼吸模块等数据，分析按压/呼吸次数、按压频率来检查被训练者操作过程是否达到要求；

(4) 提示模块，按压过程达到一定要求后根据单片机发出的提示信号来提醒被训练者动作规范性，心肺复苏动作规范则提示为绿灯亮；

(5) 报警模块，人员在训练中发生人为错误后单片机启动报警模块，蜂鸣器报警，心肺复苏动作不规范时则提示红灯亮。

(6) 培养本科生对安全检测等相关技术的兴趣，提高学生的动手能力，提高学生的应急救援水平，使得学生综合素质水平有更高的提升。

整个训练装置通过声音、光信号以及最后的液晶LCD12864显示数据来提示、矫正被训练者操作的规范，达到了应急人员的心肺复苏技能训练要求。本训练装置应用在安全工程本科教学中，通过教导学生熟悉和了解心肺复苏过程，并且对人机工程、安全检测技术有更深刻的认识和学习，同时通过安全工程学生试点人员急救等应急知识与训练，最终普及到全校师生，使得每一个学生都具有基本的应急救援能力。

2 功能实现

《安全检测技术》课本中对传感器的基本概念、传感器的分类、传感器的数学模型几部分课上讲解后，学生整体感知程度太低，尤其是传感器的数学模型建立使得学生对整个《安全检测技术》课程出现了反感情绪，因此本实验过程中增加了传感器输入输出数据实际测量并分析，将硬件电路设计中按压模块、呼吸系统模块的输出量均采用红外线传感模块，采用最简单的处理线性输出量，从而将建立的数学模型公式进行验证，提高了学生的认读性与科研兴趣，同时使得学生自身对《安全检测技术》课程有了更深的了解。本实验过程硬件设计实现如下。

2.1 硬件实现

(1) 按压模块

按压模块根据人体胸骨受压变形情况设计出合适劲度系数的压缩弹簧，弹簧上下装设按压板，通过传感器来检测按压板的位移状况，从而判断按压深度是否符合标准[5]。按压模块设计示意图如图2。

图2 按压模块设计示意图

(2) 呼吸模块

呼吸模块根据心肺复苏过程中吹气量来选择合适的气囊，气囊在吹气过程中膨胀将气囊两侧的定位板弹起，通过红外位移传感器来检测气囊的膨胀程度，从而将吹气过程模拟出来，并记录吹气次数。呼吸模块设计示意图如图3。

图3 呼吸模块设计示意图

(3) 红外距离传感模块

按压模块、呼吸模块使用的距离传感器均采用红外对管与LM393比较器来实现，红外对管由红外线发射管与红外线接收管组成，由于红外线具有强的反射能力，因此选取红外对射管来测量距离的变化是非常方便的[6]。红外距离传感模块电路设计思路如图4。

红外接收管内部电阻变化取决于接收到红外线的强度，从而影响到电路上的电压降发生变化[7-8]，经过LM393比较器电路与反向输入的可调电压进行比较，处理之后，经D0接口输出数字信号给单片机，单片机接收到数字信号通过计算、计数等完成整个探测过程。经过LM393比较器反向输入电压通过外部可调变阻器调节，从而使得红外对管对不同的距离探测，输出相应的数字信号。

图4 红外距离传感模块电路设计

2.2 软件实现

本训练装置根据《〈2010心肺复苏指南〉解读》[3]要求设计训练过程，根据按压呼吸比30:2设计出当接收到30按压信号脉冲时，蜂鸣器发声提示人员吹气两次；根据要求中提出的按压频率不能低于100次/分钟，设计出按压开始则计时开始，吹气开始则计时暂停，总时间结点设置为15分钟，总训练时间达到15分钟后红灯亮起提示训练完成，最终通过单片机来计算出被训练人按压呼吸比与按压频率，并与规定数值进行比较，得出结果评估后显示为规范或不规范。软件设计流程图如图5。

3 实践应用

本文设计了一种心肺复苏训练装置，研究过程为其他相关领域研究设计提供了参考，可以促进心肺复苏应急教育培训方面的发展和应用。同时，学生通过分析并参与实验装置设计以及为突发事件发生后所采取的应急救援提供的正确操作方式，设计过程中学生把数模电等基础理论知识融会贯通并应用，将安全人机工程、安全应急管理相关课程理论联系实践，使得《安全检测技术》课程中抽象部分转化为具体的实物，通过对实际的硬软件进行操作，培养了学生的科研兴趣，提高了学生学习效率。本装置的研究过程推广到类似相关课程设计中并将得到了广泛应用。

4 结论

本文基于AT89C52单片机对心肺复苏训练装置进行了重新定位与设计，学生经过自己的动手研究了一套增加了多项提示项、评估策略优化、应用范围更广的装置，通过单片机对检测到的按压信号与呼吸信号进行评估，将声、光、电信号融于一体，并运用声音信号与光信号的共同刺激，使训练者对于心肺复苏操作的过程熟记于心。通过单片机将检测到的按压信号与呼吸信号进行评估，并显示出评估结果，使被训练人员了解了自身的操作不规范处，从而规避自身的不足。本训练装置应用于安全工程专业实验教学中，使学生们在学习到《安全检测技术》的课程的同时，也了解更多的应急救援知识，将理论应用实践中，扩大了心肺复苏训练装置的使用范围，同时也提高了普通大众的应急水平，使得训练人员的应急救援能力得到大幅度的提升。

图5 软件设计流程图

[1] 谢新武. 人体胸廓在心肺复苏胸外心脏按压下力学特性的建模及实物模拟研究[D].中国人民解放军军事医学科学院,2009.

[2] International Liaison Committee on Resuscitation. Part 2: Adult basic life support [J]. Resuscitation,2005，67:187.

[3] 余湛,张利远. 《2010心肺复苏指南》解读[J]. 实用医学杂志,2012,8:1225-1226.

[4] 陈永强. 《2010年国际心肺复苏和心血管急救指南及治疗建议》解析[J]. 中华护理杂志,2011,3:317-320.

[5] 陆焱焱. 心肺复苏模拟人控制系统的设计[D].江苏大学,2010.

[6] 吕云芳,陈帅帅,郝兴森,等. 基于C51高级语言程序控制的智能循迹小车设计与实现[J]. 实验室研究与探索,2015,3:142-145.

[7] 吴正光. 红外对管检测装置[J]. 广州师院学报(自然科学版),1996,1:81-85.

[8] 李学哲,王海鹏,乔占俊. 基于STC12C5A的新型机电一体化实验平台研究[J]. 华北科技学院学报,2015,3:101-104.

Application of AT89C52 in the Curriculum Reform of theSafetyInspectionTechnology

JIANGYong-qing，LICun-hai，SUNDa-wei，HUANGHeng-qian，SUNXue-meng，WANGBo

(HarbinUniversityofScienceandTechnology，Harbin，150080，China)

With the emergence of the update and new research results of the Cardiopulmonary resuscitation (CPR), the CPR training device designed in accordance with the old standard is not fit to the new norms, therefore, with the design of the new type of cardiopulmonary resuscitation (CPR) device, the idea of applying the AT89C52 single chip microcomputer into the curriculum reform of theSafetyInspectionTechnologyis put forward in this paper. By the design and research of CRP training device, the functional parameter shown in this paper will make a combination with the theoretical knowledge in the book. These parameters include the following ones, such as effective prompt to human operation, assessment of the operation process as well as the parameters of the assessment results showing in LCD which include the pressing times, breathing times , and breathing rate and frequency of pressing, and so on. This device will make students to get a deeper understand on the theoretical knowledge of theSafetyInspectionTechnology, which will make the abstract part in the curriculum of theSafetyInspectionTechnologybecome specific, such as the mathematical model of the sensor is designed as a concrete object, as a result of which improve the ability of students to correctly carry out the CRP (cardiopulmonary resuscitation) operation as well as reduce the occurrence of fatal accident caused by the lack of personnel’s emergency skills. Its convenient and practical operation mode can make the cardiopulmonary resuscitation applied in a broaden field and in the crowd., At the same time, it combined the knowledge of theSafetyErgonomics,SafetySystemEngineering, etc., and it applied the knowledge of the undergraduate education into practice so as to further improve the practical ability of students in safety engineering major.

AT89C52 single chip microcomputer; Cardiopulmonary resuscitation (CPR) training device; emergency; Curriculum Reform

2015-12-23 基金项目: 哈尔滨理工大学课程教学设计项目支持

蒋永清(1971-)，男，黑龙江哈尔滨人，硕士，哈尔滨理工大学安全工程系教授，主要从事安全模拟与仿真技术、安全人机工程研究。E-mail：jiangyongqing@126.com

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1672-7169(2016)01-0111-05