AT89C52在《安全檢測技術(shù)》課程改革中的應(yīng)用

蔣永清，李存海，孫大偉，黃恒謙，孫雪萌，王 博

(哈爾濱理工大學(xué)， 黑龍江 哈爾濱 150080)

AT89C52在《安全檢測技術(shù)》課程改革中的應(yīng)用

蔣永清，李存海，孫大偉，黃恒謙，孫雪萌，王 博

(哈爾濱理工大學(xué)， 黑龍江 哈爾濱 150080)

隨著心肺復(fù)蘇技術(shù)的更新與新的研究成果的出現(xiàn)，曾依據(jù)舊標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計出的心肺復(fù)蘇訓(xùn)練裝置不適合新的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，文中依托新型心肺復(fù)蘇裝置的設(shè)計，提出了將AT89C52單片機應(yīng)用在《安全檢測技術(shù)》課程改革中，通過心肺復(fù)蘇訓(xùn)練裝置的設(shè)計與研究，將裝置中具有的有效提示人員進(jìn)行操作、評估操作過程是否合格以及顯示評估結(jié)果中的按壓次數(shù)、呼氣次數(shù)、按壓呼吸比、按壓頻次等功能參數(shù)與課程中的理論知識點相結(jié)合，裝置使得學(xué)生對《安全檢測技術(shù)》理論知識有更深刻的了解，將《安全檢測技術(shù)》課程中抽象部分具體化，將傳感器數(shù)學(xué)模型設(shè)計為具體實物，最終間接的提高了學(xué)生正確進(jìn)行心肺復(fù)蘇操作的能力，減少了由于人員應(yīng)急技能缺乏而導(dǎo)致的死亡事故的發(fā)生，使得心肺復(fù)蘇技能水平在更寬廣的領(lǐng)域和人群中得到應(yīng)用，該裝置設(shè)計過程還結(jié)合了安全人機工程學(xué)、安全系統(tǒng)工程等學(xué)科內(nèi)容，將本科教學(xué)中的知識應(yīng)用在實際中，提高了安全工程專業(yè)學(xué)生的實踐能力。

AT89C52單片機；心肺復(fù)蘇訓(xùn)練裝置；應(yīng)急；課程改革

0 引言

安全工程專業(yè)中《安全檢測技術(shù)》課程理論知識分析充足，課程要求學(xué)生熟悉安全檢測的方法、傳感器應(yīng)用等內(nèi)容，但實踐過程中學(xué)生對課程內(nèi)容理解太少，理論知識得不到應(yīng)用，導(dǎo)致對《安全檢測技術(shù)》課程產(chǎn)生排斥心里，因此本文通過實驗將學(xué)生作為第一主角，通過學(xué)生自身對課程中提出的理論知識結(jié)合實際，從而對《安全檢測技術(shù)》有更深刻的了解?，F(xiàn)如今，我國國人生活節(jié)奏快、工作壓力大、身體素質(zhì)差，發(fā)生的過勞死事件逐年上升，僅2012年過勞死亡人數(shù)就達(dá)到60萬，過勞死亡往往是由于勞累過度而引起的急性心肌梗塞、腦溢血等疾病，導(dǎo)致人員猝死。在歐美地區(qū)每年有大約116萬人突發(fā)心臟驟停[1]。而對于心臟驟停、突發(fā)心梗等突發(fā)性疾病最有效的急救措施就是正確的心肺復(fù)蘇方式[2]，但我國能準(zhǔn)確掌握心肺復(fù)蘇正確操作技能的人員僅限于急救人員，普通大眾對急救過程則了解甚少，決定急救成功最主要的因素是心肺復(fù)蘇的及時采取與正確的操作方式[3]。目前國內(nèi)針對于心肺復(fù)蘇設(shè)計出多種訓(xùn)練裝置，而目前市場上心肺復(fù)蘇儀大多按照《2005年心肺復(fù)蘇指南》的要求進(jìn)行設(shè)計，缺點是技術(shù)落后、普及性差、可操作性低，從而導(dǎo)致急救過程急救成功率低[4]。針對以上述情況，本文提出了利用AT89C51單片機對心肺復(fù)蘇訓(xùn)練裝置進(jìn)行設(shè)計與研究，將本裝置的設(shè)計、使用安排給學(xué)生，學(xué)生通過結(jié)合最新的心肺復(fù)蘇指南設(shè)計程序與評估方法，設(shè)計出集提示、顯示、評估于一體的心肺復(fù)蘇訓(xùn)練儀，能有效的幫助訓(xùn)練者從聽覺、視覺、觸覺三個方面提高心肺復(fù)蘇操作技能，同時本裝置應(yīng)用于安全工程專業(yè)本科教學(xué)實驗中，作為實驗教學(xué)案例，將心肺復(fù)蘇技巧簡單化、普及化，使得學(xué)生了解并掌握心肺復(fù)蘇技能進(jìn)而提高每一個被訓(xùn)練者應(yīng)急能力，同時將《安全檢測技術(shù)》書本上的理論知識與實踐相結(jié)合，豐富安全工程專業(yè)的實踐教學(xué)內(nèi)容，突出了新素質(zhì)教育中以學(xué)生為主的思想，也充分挖掘?qū)W生的才能，為傳統(tǒng)的安全檢測技術(shù)課程提出新的方式。

1 訓(xùn)練裝置技術(shù)方案及實現(xiàn)目標(biāo)

1.1 技術(shù)方案

本訓(xùn)練裝置依托安全工程系研究實驗室，將安全檢測技術(shù)課本中的基本型測試系統(tǒng)理論知識運用在實際當(dāng)中，安全檢測相關(guān)理論包括：檢測硬件設(shè)計如有害氣體濃度檢測探頭、溫度檢測探頭、濕度檢測探頭等；單片機開發(fā)與實驗如AT89系列、STM系列、PIC系列的學(xué)習(xí)等。本訓(xùn)練裝置設(shè)計為由按壓模塊、呼吸模塊、傳感器模塊、顯示模塊、控制模塊等部分組成，通過AT89C52單片機來評估輸入量是否符合國家最新的心肺復(fù)蘇標(biāo)準(zhǔn)，來確定被訓(xùn)練人員操作過程的準(zhǔn)確性。本裝置通過自身的便捷性和易操作性來普及心肺復(fù)蘇訓(xùn)練的技能掌握，使得被訓(xùn)練者應(yīng)急救援水平得以提高，同時將傳統(tǒng)枯燥無味的書本知識通過學(xué)生自己動手設(shè)計電路、構(gòu)造檢測方案，使得學(xué)生對安全檢測知識技能更加熟練，達(dá)到了本科生素質(zhì)教育的意義。整機硬件設(shè)計技術(shù)方案如圖1。

圖1 整機硬件設(shè)計技術(shù)方案

1.2 實現(xiàn)目標(biāo)

根據(jù)上述內(nèi)容，本訓(xùn)練裝置實現(xiàn)的功能有：

(1) 按壓模塊直觀模擬心肺復(fù)蘇過程中被救者胸骨受力情況；

(2) 呼吸模塊模擬人工呼吸時的實際情況；

(3) 顯示模塊通過單片機存儲按壓模塊、呼吸模塊等數(shù)據(jù)，分析按壓/呼吸次數(shù)、按壓頻率來檢查被訓(xùn)練者操作過程是否達(dá)到要求；

(4) 提示模塊，按壓過程達(dá)到一定要求后根據(jù)單片機發(fā)出的提示信號來提醒被訓(xùn)練者動作規(guī)范性，心肺復(fù)蘇動作規(guī)范則提示為綠燈亮；

(5) 報警模塊，人員在訓(xùn)練中發(fā)生人為錯誤后單片機啟動報警模塊，蜂鳴器報警，心肺復(fù)蘇動作不規(guī)范時則提示紅燈亮。

(6) 培養(yǎng)本科生對安全檢測等相關(guān)技術(shù)的興趣，提高學(xué)生的動手能力，提高學(xué)生的應(yīng)急救援水平，使得學(xué)生綜合素質(zhì)水平有更高的提升。

整個訓(xùn)練裝置通過聲音、光信號以及最后的液晶LCD12864顯示數(shù)據(jù)來提示、矯正被訓(xùn)練者操作的規(guī)范，達(dá)到了應(yīng)急人員的心肺復(fù)蘇技能訓(xùn)練要求。本訓(xùn)練裝置應(yīng)用在安全工程本科教學(xué)中，通過教導(dǎo)學(xué)生熟悉和了解心肺復(fù)蘇過程，并且對人機工程、安全檢測技術(shù)有更深刻的認(rèn)識和學(xué)習(xí)，同時通過安全工程學(xué)生試點人員急救等應(yīng)急知識與訓(xùn)練，最終普及到全校師生，使得每一個學(xué)生都具有基本的應(yīng)急救援能力。

2 功能實現(xiàn)

《安全檢測技術(shù)》課本中對傳感器的基本概念、傳感器的分類、傳感器的數(shù)學(xué)模型幾部分課上講解后，學(xué)生整體感知程度太低，尤其是傳感器的數(shù)學(xué)模型建立使得學(xué)生對整個《安全檢測技術(shù)》課程出現(xiàn)了反感情緒，因此本實驗過程中增加了傳感器輸入輸出數(shù)據(jù)實際測量并分析，將硬件電路設(shè)計中按壓模塊、呼吸系統(tǒng)模塊的輸出量均采用紅外線傳感模塊，采用最簡單的處理線性輸出量，從而將建立的數(shù)學(xué)模型公式進(jìn)行驗證，提高了學(xué)生的認(rèn)讀性與科研興趣，同時使得學(xué)生自身對《安全檢測技術(shù)》課程有了更深的了解。本實驗過程硬件設(shè)計實現(xiàn)如下。

2.1 硬件實現(xiàn)

(1) 按壓模塊

按壓模塊根據(jù)人體胸骨受壓變形情況設(shè)計出合適勁度系數(shù)的壓縮彈簧，彈簧上下裝設(shè)按壓板，通過傳感器來檢測按壓板的位移狀況，從而判斷按壓深度是否符合標(biāo)準(zhǔn)[5]。按壓模塊設(shè)計示意圖如圖2。

圖2 按壓模塊設(shè)計示意圖

(2) 呼吸模塊

呼吸模塊根據(jù)心肺復(fù)蘇過程中吹氣量來選擇合適的氣囊，氣囊在吹氣過程中膨脹將氣囊兩側(cè)的定位板彈起，通過紅外位移傳感器來檢測氣囊的膨脹程度，從而將吹氣過程模擬出來，并記錄吹氣次數(shù)。呼吸模塊設(shè)計示意圖如圖3。

圖3 呼吸模塊設(shè)計示意圖

(3) 紅外距離傳感模塊

按壓模塊、呼吸模塊使用的距離傳感器均采用紅外對管與LM393比較器來實現(xiàn)，紅外對管由紅外線發(fā)射管與紅外線接收管組成，由于紅外線具有強的反射能力，因此選取紅外對射管來測量距離的變化是非常方便的[6]。紅外距離傳感模塊電路設(shè)計思路如圖4。

紅外接收管內(nèi)部電阻變化取決于接收到紅外線的強度，從而影響到電路上的電壓降發(fā)生變化[7-8]，經(jīng)過LM393比較器電路與反向輸入的可調(diào)電壓進(jìn)行比較，處理之后，經(jīng)D0接口輸出數(shù)字信號給單片機，單片機接收到數(shù)字信號通過計算、計數(shù)等完成整個探測過程。經(jīng)過LM393比較器反向輸入電壓通過外部可調(diào)變阻器調(diào)節(jié)，從而使得紅外對管對不同的距離探測，輸出相應(yīng)的數(shù)字信號。

圖4 紅外距離傳感模塊電路設(shè)計

2.2 軟件實現(xiàn)

本訓(xùn)練裝置根據(jù)《〈2010心肺復(fù)蘇指南〉解讀》[3]要求設(shè)計訓(xùn)練過程，根據(jù)按壓呼吸比30:2設(shè)計出當(dāng)接收到30按壓信號脈沖時，蜂鳴器發(fā)聲提示人員吹氣兩次；根據(jù)要求中提出的按壓頻率不能低于100次/分鐘，設(shè)計出按壓開始則計時開始，吹氣開始則計時暫停，總時間結(jié)點設(shè)置為15分鐘，總訓(xùn)練時間達(dá)到15分鐘后紅燈亮起提示訓(xùn)練完成，最終通過單片機來計算出被訓(xùn)練人按壓呼吸比與按壓頻率，并與規(guī)定數(shù)值進(jìn)行比較，得出結(jié)果評估后顯示為規(guī)范或不規(guī)范。軟件設(shè)計流程圖如圖5。

3 實踐應(yīng)用

本文設(shè)計了一種心肺復(fù)蘇訓(xùn)練裝置，研究過程為其他相關(guān)領(lǐng)域研究設(shè)計提供了參考，可以促進(jìn)心肺復(fù)蘇應(yīng)急教育培訓(xùn)方面的發(fā)展和應(yīng)用。同時，學(xué)生通過分析并參與實驗裝置設(shè)計以及為突發(fā)事件發(fā)生后所采取的應(yīng)急救援提供的正確操作方式，設(shè)計過程中學(xué)生把數(shù)模電等基礎(chǔ)理論知識融會貫通并應(yīng)用，將安全人機工程、安全應(yīng)急管理相關(guān)課程理論聯(lián)系實踐，使得《安全檢測技術(shù)》課程中抽象部分轉(zhuǎn)化為具體的實物，通過對實際的硬軟件進(jìn)行操作，培養(yǎng)了學(xué)生的科研興趣，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)效率。本裝置的研究過程推廣到類似相關(guān)課程設(shè)計中并將得到了廣泛應(yīng)用。

4 結(jié)論

本文基于AT89C52單片機對心肺復(fù)蘇訓(xùn)練裝置進(jìn)行了重新定位與設(shè)計，學(xué)生經(jīng)過自己的動手研究了一套增加了多項提示項、評估策略優(yōu)化、應(yīng)用范圍更廣的裝置，通過單片機對檢測到的按壓信號與呼吸信號進(jìn)行評估，將聲、光、電信號融于一體，并運用聲音信號與光信號的共同刺激，使訓(xùn)練者對于心肺復(fù)蘇操作的過程熟記于心。通過單片機將檢測到的按壓信號與呼吸信號進(jìn)行評估，并顯示出評估結(jié)果，使被訓(xùn)練人員了解了自身的操作不規(guī)范處，從而規(guī)避自身的不足。本訓(xùn)練裝置應(yīng)用于安全工程專業(yè)實驗教學(xué)中，使學(xué)生們在學(xué)習(xí)到《安全檢測技術(shù)》的課程的同時，也了解更多的應(yīng)急救援知識，將理論應(yīng)用實踐中，擴(kuò)大了心肺復(fù)蘇訓(xùn)練裝置的使用范圍，同時也提高了普通大眾的應(yīng)急水平，使得訓(xùn)練人員的應(yīng)急救援能力得到大幅度的提升。

圖5 軟件設(shè)計流程圖

[1] 謝新武. 人體胸廓在心肺復(fù)蘇胸外心臟按壓下力學(xué)特性的建模及實物模擬研究[D].中國人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院,2009.

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

[3] 余湛,張利遠(yuǎn). 《2010心肺復(fù)蘇指南》解讀[J]. 實用醫(yī)學(xué)雜志,2012,8:1225-1226.

[4] 陳永強. 《2010年國際心肺復(fù)蘇和心血管急救指南及治療建議》解析[J]. 中華護(hù)理雜志,2011,3:317-320.

[5] 陸焱焱. 心肺復(fù)蘇模擬人控制系統(tǒng)的設(shè)計[D].江蘇大學(xué),2010.

[6] 呂云芳,陳帥帥,郝興森,等. 基于C51高級語言程序控制的智能循跡小車設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 實驗室研究與探索,2015,3:142-145.

[7] 吳正光. 紅外對管檢測裝置[J]. 廣州師院學(xué)報(自然科學(xué)版),1996,1:81-85.

[8] 李學(xué)哲,王海鵬,喬占俊. 基于STC12C5A的新型機電一體化實驗平臺研究[J]. 華北科技學(xué)院學(xué)報,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 基金項目: 哈爾濱理工大學(xué)課程教學(xué)設(shè)計項目支持

蔣永清(1971-)，男，黑龍江哈爾濱人，碩士，哈爾濱理工大學(xué)安全工程系教授，主要從事安全模擬與仿真技術(shù)、安全人機工程研究。E-mail：jiangyongqing@126.com

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1672-7169(2016)01-0111-05