呼吸機(jī)是可以完全替代病人的呼吸或?qū)崿F(xiàn)輔助呼吸功能的儀器，適用于呼吸衰竭，甚至停止呼吸的病人，它能幫助病人吸入氧氣和排出二氧化碳，是挽救危重病人的重要醫(yī)療設(shè)備。當(dāng)前新冠肺炎感染者有很多重癥，呼吸機(jī)有重大的救助意義。
安路科技是中國本土的FPGA供應(yīng)商，提供基于FPGA的SoC產(chǎn)品，本文推薦使用EF2M系列SoC芯片作為主控，提出一種正壓呼吸機(jī)的系統(tǒng)控制方案。
正壓呼吸機(jī)通過增加氣道內(nèi)壓力的方法將空氣送入肺內(nèi)，肺內(nèi)的壓力增大使肺腔擴(kuò)張。然后減壓，當(dāng)壓力失去后，肺腔組織的彈性使肺部收縮到原來的形狀，把二氧化碳呼出體外。目前大部分呼吸機(jī)都是利用這種增加氣道內(nèi)壓力的方法給病人送氣的。
一般采用直流電機(jī)控制的氣壓，電機(jī)的控制為PWM信號，調(diào)節(jié)PWM信號的占空比和周期可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。FPGA邏輯可以產(chǎn)生高精度的PWM信號，氣壓控制平緩、精準(zhǔn)，提供舒適穩(wěn)定的氣壓。
直流電機(jī)工作后將氣流送至面罩內(nèi)，面罩內(nèi)有壓力傳感器，壓力傳感器把壓力轉(zhuǎn)換為電流信號，送到主控板需要通過ADC采集。安路的EF2M45LG144 SoC集成雙ADC，可以采集高達(dá)15路模擬信號。獲得氣壓數(shù)據(jù)后對氣流進(jìn)行回饋調(diào)節(jié)，可以防止突然間的誤動作、氣管漏氣、以及供電電壓波動帶來的壓力精度偏移。
安路SoC是集成了 FPGA、MCU、ADC和Flash的單芯片系統(tǒng)，框圖如下：
安路EF2M45LG144器件在呼吸機(jī)系統(tǒng)控制方案上有下面幾個優(yōu)點(diǎn)：
1. 支持高達(dá)114個通用IO，可以連接按鍵、顯示、通訊等更多外部接口。
2. 內(nèi)置CortexM3硬核，工作頻率125MHz，集成I2C、SPI、Uart等外設(shè)，片內(nèi)大容量SRAM作為MCU工作需要的ROM、RAM，是一個完備的單片機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)系統(tǒng)可完成參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)傳輸、狀態(tài)顯示、管理交互等功能。
3. MCU通過AHB總線和FPGA邏輯交互，完成PWM信號的參數(shù)配置，逐步調(diào)節(jié)PWM Step，這樣不會使氣流忽大忽小，讓患者的呼吸系統(tǒng)感到不適。
4. 內(nèi)置ADC，采集高達(dá)15路模擬信號。
5. 內(nèi)置Flash，存儲MCU程序、FPGA配置，芯片上電后，MCU、FPGA兩個部分都可以啟動工作。
綜上所述，選用安路SoC芯片，集成度高，可以大大簡化系統(tǒng)電路，提高系統(tǒng)的靈活性以及性價比。另外，除了臨床使用的醫(yī)用呼吸機(jī)，隨著生活水平的提高，人們更關(guān)注健康，輕量型呼吸機(jī)適用于肺心病、哮喘、打鼾、呼吸暫停等癥狀，家用必備，市場前景非常廣闊。
關(guān)于安路科技
上海安路信息科技有限公司(簡稱"安路科技")成立于2011年，專注于高集成度、高性能的可編程邏輯器件(FPGA)、可編程系統(tǒng)級芯片(SoC)、面向人工智能的AI通用加速芯片和相應(yīng)算法軟件系統(tǒng)的研究、開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。
安路科技根植中國，面向世界，填補(bǔ)中國FPGA行業(yè)市場空白，致力于成為主流通信市場的核心FPGA芯片供應(yīng)商，成為工業(yè)控制和汽車電子市場的主要SoC芯片供應(yīng)商，成為通用人工智能計算芯片領(lǐng)域重要方案供應(yīng)商。
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