无创呼吸机是治疗新型冠状肺炎重症及危重症、阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征和慢性阻塞性肺疾病等呼吸系统疾病的重要医疗设备。传统无创呼吸机在辅助通气模式下,通过检测患者呼吸引起的气道流量、压力或膈肌肌电的变化触发呼吸机的机械通气。由于流量、压力受呼吸机输出气流影响较大,导致这两种触发方式无法实现较高频率的呼吸触发,而采用膈肌肌电触发方式为接触式测量,患者的舒适度较差。因此,设计一种采用新型触发方式的无创呼吸机,实现高频的呼吸触发,对提高机械通气的治疗效果以及患者的舒适度的具有重要的意义。本文提出一种新型湿度触发方式,通过将超快湿度传感器置于呼吸面罩内,将患者呼吸引起面罩内快速变化的湿度信号作为触发无创呼吸机机械通气的依据,并根据无创呼吸机的功能要求以及性能指标,设计了一款基于湿度触发方式的无创呼吸机。系统由湿度传感器、呼吸管路、无刷直流风机、主控模块以及上位机组成。主控模块用于采集呼吸湿度信号以及气道压力信号,并将数据发送至上位机。上位机对湿度信号进行处理,通过呼吸湿度触发算法判断患者的呼吸动作并发送压力控制指令,控制主控模块驱动风机输出相应的气道压力,实现呼吸触发功能。主控模块采用Cortex-M4系列的STM32F407作为控制核心,利用其搭载的压力传感器及相应的采集电路采集压力和湿度信号,并通过串口电路发送至上位机,同时接收来自上位机的控制指令。利用主控芯片的互补PWM输出功能,经过电机驱动电路,以六步换相的方式驱动有感无刷直流风机运转,并通过增量式PID控制算法输出控制风机转速的占空比,实现输出指定压力的功能。上位机程序基于MATLAB开发,具有通气参数设置、系统启停控制以及实时数据查看等功能。上位机通过串口接收数据,利用FIR数字滤波器对湿度信号进行滤波处理,通过湿度变化率触发算法实现患者呼吸动作的判断,并实现了判断异常呼吸状态、计算呼吸参数等功能。最后对呼吸机系统进行了测试,包括PID控制参数的调试、呼吸机湿度触发方式的测试以及异常呼吸状态检测功能的测试。测试结果表明,本文设计的无创呼吸机可以通过呼吸湿度触发方式准确地触发机械通气,能够实现高频的呼吸触发,达到较好的人机同步效果;在压力控制方面能够相对稳定地输出指定的压力,并且具有较快的压力切换速度,能够满足机械通气的治疗需求。