血壓測(cè)量資料

1、血壓計(jì)電子輔助測(cè)量器電路及制作目前， 數(shù)顯電子血壓計(jì)問世已久，但價(jià)格很高，測(cè)量誤差相對(duì)較大，最準(zhǔn)確的還是傳統(tǒng)的臺(tái)式水銀柱血壓計(jì)，指針式血壓表次之。這兩種血壓計(jì) (表 )占目前社會(huì)擁有量的 90以上，是醫(yī)生為病人測(cè)量血壓的主要用具。 家庭的擁有量也很大。 但是，這種血壓計(jì)需要聽診器輔助測(cè)量血壓， 并要有一定的測(cè)量技術(shù)，特別是對(duì)舒張壓(俗稱低壓 )的判斷，人為誤差因素較大。本文介紹一種電子輔助測(cè)量器， 供電子愛好者自制。 該輔助測(cè)量器能使血壓的測(cè)量變的準(zhǔn)確方便， 不僅代替了聽診器， 還可以同時(shí)觀察到所測(cè)血壓值 使不懂測(cè)量技巧的人也可測(cè)準(zhǔn)血壓。工作原理：電路如圖 1 所示，測(cè)量器由聲波采集、電壓放大

2、、低通濾波、波形變換、電壓檢測(cè)、聲光顯示電路組成。HTD1 將檢測(cè)到的脈搏跳動(dòng)聲波信號(hào)送V1 的柵極，在此，V1 起阻抗變換作用將高內(nèi)阻的微弱聲波信號(hào)電壓變換為較低阻抗輸出，經(jīng)C1、 C2、C4 耦合給 IC1。 IC1 為四運(yùn)放，其 、 、 腳內(nèi)部電路及外圍元件構(gòu)成電壓放大器，改變 R8 的阻值可調(diào)整本級(jí)放大倍數(shù)。經(jīng)放大后的音頻信號(hào)經(jīng)R9、C6 耦合給、 、腳內(nèi)外電路組成的低通濾波器，消除人體感應(yīng)及外界干擾信號(hào)。并提高帶負(fù)載能力。其信號(hào)從腳輸出，經(jīng)C8 耦合給 12、 13、14 腳進(jìn)行整形放大，將脈沖聲波變換成方波由14 腳輸出調(diào)整w1 可改變放大量。14 腳輸出的方波信號(hào)直接耦合給IC2

3、 的 腳和12 腳經(jīng)兩個(gè)運(yùn)放放大后，分別由腳和 14腳輸出腳輸出的方波電壓經(jīng)D6 耦合給IC3 的 12、 13 腳。 IC3 為四與非門電路，當(dāng)12、13 腳為高電平時(shí)，腳輸出低電平D7發(fā)光指示調(diào)整 C12 的容量，可改變D7 的發(fā)光延遲時(shí)間。IC2 的 14 腳輸出的方波脈沖高電平經(jīng)D5 耦合給 IC3 的腳，其 、 、 、 、腳內(nèi)外電路構(gòu)成振蕩器。腳為高電平時(shí)振蕩器起振，發(fā)出聲響，其振蕩頻率約2000Hz。V2 及 IC2 的腳電路起聲光同步等作用。IC1 的、腳電路構(gòu)成電壓檢測(cè)器，以防電池電壓過低時(shí)失去測(cè)量的準(zhǔn)確性。D1 為腳提供 4.5V 的基準(zhǔn)電壓， R17、W2、R18 組成分壓

4、器。 調(diào)整 W2 可設(shè)定起控電壓值，當(dāng) 腳電壓低于腳時(shí)， 腳輸出高電平， D2 發(fā)光，說明電壓過低應(yīng)更換電池。該輔助測(cè)量器耗電很小，更換一次電池可使用一年以上。元件選擇：HTD1 選用 27mm 壓電陶瓷片。 IC1、IC2 選用 LM324 四運(yùn)放。IC3 選用 CD4011 四與非門，D1 選用 4.5V 穩(wěn)壓管， HTD2 選用 15mm 壓電陶瓷發(fā)聲器， K 選用微型撥動(dòng)開關(guān)。 D2 用微型紅色發(fā)光二極管， D7 用微型藍(lán)色高亮發(fā)光管，電源用四節(jié)五號(hào)電池，其余元件如圖所示。安裝調(diào)試：將所有元件按圖2 焊接在印刷電路板上，裝入相應(yīng)的塑料盒內(nèi)，HTD1 固定在相應(yīng)大小的不銹鋼或塑料殼內(nèi)，用

5、屏蔽線和 3.5mm 插頭與測(cè)量器連接，調(diào)整不產(chǎn)生自激振蕩；將電池取掉，改用可調(diào)穩(wěn)壓電源供電。將電壓調(diào)至W1 使靈敏度較高但又4.8 V。調(diào)整 W2 使 D1剛好發(fā)光即可。原理圖中的V1、R1 均封裝在傳感器HTD1 內(nèi)。故印制板上未畫出V1、R1 位置。使用方法：使用時(shí)，將血壓計(jì)臂帶固定在手臂上。將探頭 HTD1 放在臂帶下的肱動(dòng)脈上。當(dāng)氣壓估計(jì)大于收縮壓 (俗稱高壓 )2.54kPa(2030mmHg) 左右時(shí)，停止加壓， 打開放氣閥緩慢放氣，當(dāng)氣壓降到收縮壓時(shí)， 測(cè)量器開始發(fā)聲， 發(fā)光指示這時(shí)血壓計(jì)上所顯示的血壓值即是收縮壓，其聲光均與脈搏的跳動(dòng)同步，聲光停止時(shí)血壓計(jì)上所顯示的血壓值即是

6、舒張壓。1 系統(tǒng)功能和構(gòu)成該系統(tǒng)由一臺(tái)PC機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)管理，再配合每個(gè)病房單獨(dú)使用的自動(dòng)血壓監(jiān)測(cè)儀 (在自動(dòng)血壓計(jì)內(nèi)部加裝單片機(jī)測(cè)控板改裝而成)，構(gòu)成完整的自動(dòng)血壓監(jiān)控系統(tǒng)。如圖1 所示。管理用 PC 機(jī)設(shè)置在護(hù)士站，在 PC 機(jī)上可設(shè)定各病房使用的血壓監(jiān)測(cè)儀啟動(dòng)和測(cè)量的時(shí)間，并按設(shè)定的時(shí)間控制血壓監(jiān)測(cè)儀工作，然后接收血壓監(jiān)測(cè)儀傳回的測(cè)量數(shù)據(jù)；最終將各病房 24 小時(shí)傳回的數(shù)據(jù)繪制成圖形或表格，供醫(yī)生參考。市場(chǎng)上能完成自動(dòng)測(cè)量的血壓計(jì)種類繁多，但只能完成單機(jī)的測(cè)量和少量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，無法完成無人操作時(shí)的定時(shí)啟動(dòng)和自動(dòng)測(cè)量以及測(cè)量數(shù)據(jù)的通信傳送功能。自動(dòng)血壓監(jiān)測(cè)儀的設(shè)計(jì)方案，是在自動(dòng)血壓計(jì)內(nèi)

7、部加裝單片機(jī)測(cè)控板，可實(shí)現(xiàn)接收 PC 機(jī)發(fā)出的指令、按指令自動(dòng)啟動(dòng)、測(cè)量，并從自動(dòng)血壓計(jì)的液晶顯示屏上采樣測(cè)量信號(hào)，經(jīng)分析、譯碼，最后得到測(cè)量數(shù)據(jù)并傳送給PC 機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、分析。2 自動(dòng)血壓計(jì)的液晶顯示屏工作原理日本精工自動(dòng)血壓計(jì)的液晶屏由7 個(gè)數(shù)碼管及1 個(gè)符號(hào)位組成，其中6 個(gè)八段數(shù)碼管分別顯示高壓、低壓和脈搏數(shù)，1 位小數(shù)碼管用來顯示測(cè)量次數(shù)；1 個(gè)符號(hào)位可顯示4 種符號(hào)，分別反映4 種不同的工作狀態(tài)。經(jīng)試驗(yàn)觀測(cè)和邏輯分析發(fā)現(xiàn)，液晶屏的每個(gè)八段數(shù)碼管由 2 個(gè)信號(hào)引腳控制，符號(hào)位有1 個(gè)信號(hào)引腳，還有1 個(gè)同步信號(hào)引腳，作為信號(hào)同步的基準(zhǔn)。見圖2。液晶屏信號(hào)引腳時(shí)序關(guān)系如圖3 所示

8、。液晶顯示屏引腳上的脈沖信號(hào)每4 個(gè)同步信號(hào)為1 個(gè)信號(hào)周期。在1 個(gè)信號(hào)周期內(nèi)可以控制該數(shù)碼管的4 個(gè)字段，這4 個(gè)字段的控制在時(shí)序上采用時(shí)分方式實(shí)現(xiàn)；符號(hào)位只顯示 4 種不同的符號(hào)，所以只需1 個(gè)信號(hào)引腳。在每個(gè)引腳的周期信號(hào)內(nèi)，有4 個(gè)脈沖與同步信號(hào)的脈沖相對(duì)應(yīng)，每一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)控制1 個(gè)字段，當(dāng)該位置有正脈沖時(shí)，則對(duì)應(yīng)的字段就被點(diǎn)亮。 這樣，4 個(gè)不同位置的脈沖波形就對(duì)應(yīng)該數(shù)碼管4 個(gè)不同字段 (如 a，b，c，d)。因此一個(gè)八段的數(shù)碼管只需要2 個(gè)信號(hào)引腳，如圖3 中引腳 1、2 所示波形為數(shù)字3(見圖 2)的脈沖信號(hào)波形。3 單片機(jī)的硬件設(shè)計(jì)單片機(jī)測(cè)控板的工作需要按照自動(dòng)血壓計(jì)的工作

9、流程來實(shí)現(xiàn)。硬件電路須滿足以下功能：a)由單片機(jī)的兩個(gè)IO 端口送出控制信號(hào)，完成血壓計(jì)的啟動(dòng)和測(cè)量。b)整形與電平轉(zhuǎn)換。 單片機(jī)從血壓計(jì)液晶屏的信號(hào)引腳上采樣獲得的信號(hào)電平與單片機(jī)I O 接口的電平不一致，且取出的引腳信號(hào)在上升沿和下降沿有毛刺干擾，需要通過模擬電壓比較器實(shí)現(xiàn)整形與電平轉(zhuǎn)換功能。c)信號(hào)采樣。為取得液晶屏顯示的數(shù)字，需對(duì)16 個(gè)引腳信號(hào)進(jìn)行采樣，即要占用單片機(jī)的 16 個(gè)端口，為了使電路板能放置到血壓計(jì)內(nèi)部，盡量縮小電路板，減少占用單片機(jī)的輸入通道，先將16 個(gè)引腳信號(hào)經(jīng)過2 個(gè)八選一模擬數(shù)據(jù)選擇器，變成2 路輸出信號(hào)，這樣只需占用單片機(jī)2 個(gè) I O 端口，再用 3 個(gè) I

10、 O 端口作為八選一模擬數(shù)據(jù)選擇器的譯碼控制信號(hào)，用軟件掃描方法完成對(duì)引腳信號(hào)的采樣，這樣就大大減少對(duì)I O 端口的占用。d)與 PC 機(jī)的通信。為構(gòu)造一個(gè)RS-232 串行通信端口，采用了單片機(jī)的3 個(gè)IO 端口和 1 片 MAX232 集成電路。e)單片機(jī)選型。 綜上分析， 選用具有信號(hào)波形整形為適合單片機(jī)需要的電平，10 個(gè) I O 端口的單片機(jī)即可滿足系統(tǒng)需求。為將需多個(gè)模擬電壓比較器。由于 PIC16C622單片機(jī)有13 個(gè) I O 端口，內(nèi)部還設(shè)有比較器模塊，充分利用單片機(jī)的這一特點(diǎn)，不僅可以省去多片比較器集成芯片，且其I O 端口也可滿足系統(tǒng)的要求。硬件電路組成示意圖如圖4 所示

11、。4 單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)要完成的任務(wù)，一是要接收管理計(jì)算機(jī)指令，按設(shè)定時(shí)間開啟電源、啟動(dòng)血壓計(jì)開始測(cè)量；二是要監(jiān)測(cè)整個(gè)測(cè)量過程。這不僅需要相應(yīng)的硬件電路，還需要有軟件的配合，濾除干擾信號(hào)，并按正確的時(shí)序，將每個(gè)數(shù)碼管的引腳信號(hào)和符號(hào)位信號(hào)從相應(yīng)引腳上取出，對(duì)照同步信號(hào)與不同的引腳信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，用軟件掃描的方法，分別將同一數(shù)碼管的 2 個(gè)引腳上的信號(hào)組合在一起，經(jīng)過分析、譯碼得到最終測(cè)量結(jié)果。最后要完成單片機(jī)與 PC 機(jī)的通信，將測(cè)量結(jié)果送到管理機(jī)上。主程序框圖如圖 5 所示。5 程序調(diào)試程序調(diào)試的難點(diǎn)是如何按照液晶屏引腳信號(hào)的正確時(shí)序準(zhǔn)確地取出顯示數(shù)據(jù)，這不僅需要配合硬件電路，觀察液晶屏

12、引腳的信號(hào)時(shí)序，而且需要通過反復(fù)試驗(yàn)和測(cè)量，調(diào)整軟件參數(shù)，找出準(zhǔn)確的時(shí)序數(shù)據(jù)，完整地取出顯示數(shù)字的波形數(shù)據(jù)，然后通過對(duì)波形數(shù)據(jù)的總結(jié)譯碼，得到正確的測(cè)量數(shù)據(jù)。最后，單片機(jī)與 PC機(jī)通信，也需要準(zhǔn)確的配合來完成數(shù)據(jù)的傳送。設(shè)計(jì)的電子血壓計(jì)也采用示波法，采用 MOTOROLA公司微控制器MCS51芯片及 MPX-53 壓力傳感器， MCS51 芯片是一塊大規(guī)模專用集成電路，內(nèi)含采樣放大、限幅器、鎖存器、比較器、控制器、存貯器、時(shí)基電路、譯碼器等單元電路，壓力傳感器直接裝在印制版上。此設(shè)計(jì)操作簡單，無需聽診器，血壓心率測(cè)量一次完成，大屏液晶顯示，低耗電設(shè)計(jì)，體積小重量輕，攜帶方便。1 系統(tǒng)指標(biāo)及工作

13、原理:1. 1 技術(shù)指標(biāo)及功能1.1.1 根據(jù)示波法的測(cè)量原理，并分析了市場(chǎng)上現(xiàn)有的血壓計(jì)的功能,我們的電子血壓計(jì)的設(shè)計(jì)指標(biāo)是：1、 測(cè)量原理：示波法2、 顯示范圍： 0299mmHg(039.7KPa),299mmHg以上顯示 “ HI ”3、 測(cè)量范圍： 40270mmHg(5.436KPa)脈率： 40200 次 /分4、 分辯率： 1mmHg(0.1Kpa)5、 放氣速率： 2.36.0mmHg/S(0.30.8Kpa/S)6、 靜態(tài)壓力基本誤差：3mmHg7、 動(dòng)態(tài)壓力基本誤差：58mmHg8、 脈率誤差： 5%9、 低電壓顯示：當(dāng)電池電壓低于4.0-0.2V 時(shí)，顯示低電壓符號(hào)10

14、 、記憶功能：能顯示前次測(cè)量值。11 、自動(dòng)關(guān)機(jī)： 5min1.1.2 主要功能1、 有三個(gè)控制按鈕，分別是開/ 關(guān)，起動(dòng)和存儲(chǔ)功能。2、 具有零設(shè)定功能。3、 設(shè)有 “校準(zhǔn) ”狀態(tài)，同時(shí)按下存儲(chǔ)和開 /關(guān)按鈕（直到出現(xiàn) R 符號(hào)后松手），進(jìn)入 “校準(zhǔn) ”狀態(tài)，顯示壓力值和漏氣速率，這個(gè)功能主要用于生產(chǎn)調(diào)試及檢驗(yàn)。4、 控制板適用于 “自動(dòng)充氣 ”和 “手動(dòng)充氣 ”的電子血壓計(jì)。5、 液晶全屏顯示。6、 開機(jī)啟動(dòng)，先自檢，自檢時(shí)全部液晶閃爍顯示：自檢后，蜂鳴器發(fā)出“嘩”一聲響，液晶顯示歸零信息，提示用戶可以充氣測(cè)量。7、 充氣壓力在 150270 （ 20Kpa36Kpa ）之間，每次遞增 3

15、0mmHg, 共分 9 檔，根據(jù)用戶的具體情況，通過手動(dòng)設(shè)置或機(jī)器自動(dòng)設(shè)置。8、 加壓充氣的過程中，液晶顯示袖帶內(nèi)漸增的氣壓值。9、 壓力達(dá)到起始設(shè)定值既停止充氣，然后顯示放氣速率和袖帶壓力。10 、 當(dāng)檢測(cè)到脈搏信號(hào)時(shí)，“心 ”形符號(hào)開始閃爍顯示。11、 測(cè)量結(jié)束，蜂鳴器發(fā)： “嘩”一段響聲，液晶自動(dòng)地以 mmHg 和 Kpa 兩種單位交替顯示所測(cè)的收縮壓和舒張壓，同時(shí)交替顯示測(cè)出的心率（次/分），直到有按鍵重新測(cè)量或關(guān)機(jī)。12、 錯(cuò)誤警告：（ 1 ）在尚未檢測(cè)到測(cè)量結(jié)果時(shí)，袖帶壓力已經(jīng)低于20mmHg ，此種情形可能發(fā)生于測(cè)量時(shí)袖帶接頭突然脫落。 （ 2）測(cè)量血壓時(shí)，若血壓計(jì)已檢測(cè)到脈搏，

16、此時(shí)手臂或身體若晃動(dòng)，則血壓計(jì)無法檢測(cè)到測(cè)量值。13 、 記憶功能，按下記憶鍵可顯示上次測(cè)量值。14 、 按電源開 / 關(guān)鍵，袖帶內(nèi)的殘余空氣排空。1.1.3 電源控制由于采用 4 節(jié) 5 號(hào)電池供電，所以降低功耗，延長電池壽顯得特別重要。我在電源的開關(guān)上采取了一些比較特殊的控制，開機(jī)時(shí)通過按鍵達(dá)到上電，并由PA0 輸出高電平保持電源芯片的正常工作狀態(tài)。再次按開 / 關(guān)鍵，使 PA0 輸出低電平，關(guān)閉電源芯片的輸出。1.2 示波法測(cè)量血壓的工作原理示波法是根據(jù)氣袖在減壓過程中，其壓力振蕩波的振幅變化包絡(luò)線來判定血壓的。目前比較一致的看法是當(dāng)氣袖壓力振蕩波的振幅最大時(shí)，氣袖的壓力就是動(dòng)脈的平均壓

17、。動(dòng)脈的收縮壓對(duì)應(yīng)于振幅包絡(luò)線的第一個(gè)拐點(diǎn)，舒張壓對(duì)應(yīng)于包絡(luò)線的第二個(gè)拐點(diǎn)。收縮壓判據(jù)的確定：通常采用最大振幅法，即在放氣過程中脈搏波幅度包絡(luò)線的上升段，當(dāng)某一個(gè)脈搏波的幅度 Ui 與最大幅度 Um 之比 =Ks 時(shí)，就認(rèn)為此時(shí)對(duì)應(yīng)的氣袖壓力為收縮壓。Ps=P|Ui=Ks*Um舒張壓判據(jù)的確定：也是用最大振幅法來判定，不過是在脈搏波幅度包絡(luò)線的下降段，當(dāng)某一個(gè)脈搏波的幅度Ui 與 Um 之比 =Kd 時(shí)，就認(rèn)為此時(shí)對(duì)應(yīng)的氣袖壓力為舒張壓。Pd=P|Ui=Kd*Um根據(jù)上海醫(yī)用儀表廠多年的研究成果，我們?nèi)s=0.58,Kd=0.77。2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)儀器的硬件是構(gòu)成整機(jī)的基礎(chǔ)。為了才縮小儀器的

18、體積和降低功耗，必須盡可能使接口多功能化，努力壓縮硬件開銷。2.1 儀器硬件部分必須實(shí)現(xiàn)的重要功能2.1.1 使用 MCS 51 系列芯片的功能如下：1、 10 位 A/D 采樣，用于靜態(tài)壓力及脈搏波的測(cè)量；2、 LCD 顯示控制器，直接驅(qū)動(dòng)14*4 段的液晶顯示器，顯示測(cè)量的過程及結(jié)果；3、Watchdog自動(dòng)恢復(fù)功能，防止可能的干擾導(dǎo)致程序出錯(cuò)；4、定時(shí)器功能，用于漏氣速率的計(jì)算幾自動(dòng)關(guān)機(jī)時(shí)間的判斷；5、串行通信：用于和PC 機(jī)的通信，設(shè)定初始值；6、 flash 的讀寫：用于保存當(dāng)前的測(cè)量值，顯示以前的測(cè)量值。2.1.2 采用數(shù)字信號(hào)處理的技術(shù)對(duì)A/D 采樣的信號(hào)進(jìn)行處理，主要有數(shù)字低通

19、濾波和相關(guān)的計(jì)算。2.1.3 電源開采用硬件控制的方法，電源關(guān)采用軟件控制的方法，關(guān)機(jī)時(shí)出了穩(wěn)壓模塊外，其它芯片處于斷電狀態(tài)，功耗極低。2.1.4 采用了 MOTOROLA的 MPX53 壓力傳感器。2.1.5 功能強(qiáng)大，實(shí)用性強(qiáng)：測(cè)量時(shí)可以選擇mmHg 和 Kpa 作為主顯示方式，測(cè)量精度高，達(dá)到靜態(tài) 1mmHg, 動(dòng)態(tài) 3mmHg 的測(cè)量精度，由于采用 flash 作為存儲(chǔ)媒介，數(shù)據(jù)的保存是間很長，性能比市場(chǎng)上的通類產(chǎn)品高很多，因此，具有廣闊的市場(chǎng)前景。2.2 硬件框圖圖 2.1 硬件框圖說明：1、以 MCS 51 為控制芯片，直接驅(qū)動(dòng)14*4 段液晶顯示器。2、使用片內(nèi)10 位 A/D

20、轉(zhuǎn)換器使測(cè)量精度的理論值可以達(dá)到1/1024 。3、脈搏波和靜態(tài)壓力分兩路 A/D 輸入，其中脈搏波是靜態(tài)壓力值（實(shí)際上是靜態(tài)壓力值與脈搏波的疊加）經(jīng)隔直放大得到。4、電源開采用硬件方式，關(guān)采用軟件控制方式。5、低電壓檢測(cè)模塊，當(dāng)電壓低于4.0V 時(shí)報(bào)警。6、采用 MOTOROLA的 MPX53 作為壓力傳感器，用來測(cè)量脈搏波的振幅及靜態(tài)壓力值。7、串行口與PC 機(jī)通信，設(shè)定血壓計(jì)的工作參數(shù)。2.3 電子血壓計(jì)系統(tǒng)原理圖圖 2.2 復(fù)位電路圖 2.3 LCD 驅(qū)動(dòng)電路圖 2.2 為單片機(jī)復(fù)位端，用于單片機(jī)復(fù)位。 當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，將使單片機(jī)復(fù)位；VCC 掉

21、電期間，此引腳可接備用電源，以保持內(nèi)部RAM 的數(shù)據(jù)不丟失；當(dāng)VCC掉到低于規(guī)定水平，而VPD 在其規(guī)定的電壓范圍(5 0.5V) 內(nèi)， VDP 向內(nèi)部 RAM 提供備用電源。圖 2.3 接液晶顯示器 (LCD) 輸入端。 LCD 有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種驅(qū)動(dòng)方式，前者在公共端加直流信號(hào)，后者則加交流信號(hào)。本設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)方式。其中，所加的交變方波信號(hào)由多諧振蕩器提供。圖 2.4 電源電路在圖 2.4 中三級(jí)管作為整個(gè)電路的核心器件， 擔(dān)負(fù)著放大的作用。 本圖采用共發(fā)射極接法， 為保證三級(jí)管工作在放大區(qū)，發(fā)射結(jié)必須正向運(yùn)用，集電結(jié)必須反向運(yùn)用。圖 2.5濾波電路圖 2.6前置放大電路通過壓力傳感器獲

22、得的血壓信號(hào)經(jīng)過圖2.6 的前置放大器逐級(jí)放大和低通濾波器逐級(jí)濾波，以求把工頻干擾和其它信號(hào)干擾減少到最低的限度。圖 2.7蜂鳴電路圖 2.8振蕩電路圖 2.8為振蕩電路。8051 內(nèi)部有一個(gè)高增益反向放大器，用于構(gòu)成振蕩器，引腳XTAL1和 XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。在XTAL1 和 XTAL2 兩端跨接晶體或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送人內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器。外接晶振時(shí)，CC1 和 CC2 對(duì)頻率有微調(diào)作用, 振蕩頻率范圍為 1.2 至 12 MHZ 。為了減少寄生電容,更好地保證振蕩器穩(wěn)定可靠地工作,諧振器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近。對(duì)于C

23、HMOS 型 80C51 單片機(jī)，因內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的信號(hào)取自反相放大器的輸入端，故采用外部振蕩器時(shí)，接線方式為外部脈沖信號(hào)接至XTAL1 ， XTAL2 懸空。圖 2.9 按鍵電路該電路中設(shè)計(jì)了四個(gè)觸摸按件，鍵值分別由引腳 P3.0P3.3 讀入單片機(jī)，并在軟件中進(jìn)行鍵盤去抖動(dòng)處理。軟件流程（測(cè)量子程序）圖 3.1 子程序流程圖3.2 模塊結(jié)構(gòu)說明主程序依此調(diào)用5 個(gè)模塊及一個(gè)串行通信接口:3.2.1 鍵盤處理模塊判斷鍵盤的當(dāng)前狀態(tài)（開/關(guān)電源、起動(dòng) /停止測(cè)量、校準(zhǔn)狀態(tài)、記憶狀態(tài)）執(zhí)行相應(yīng)的操作。3.2.2 測(cè)量模塊測(cè)量信號(hào)為二路，MOTOROLA MPX53壓力傳感器的信號(hào)經(jīng)放大送AD1

24、，作為靜態(tài)血壓信號(hào)；隔直后經(jīng)再次放大送AD2 ，作為脈搏波信號(hào)。 由于MCS-51系列芯片的AD為 10位，因此最高精度可達(dá)1/1024 。采樣后的信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理模塊的處理，最終計(jì)算得到收縮壓、舒張壓和心率。3.2.3 信號(hào)處理模塊主要功能是脈搏波的判斷和檢測(cè)，主要分兩步：第一步，對(duì)A/D 采樣的脈搏波信號(hào)進(jìn)行低通濾波處理，排除因外界干擾造成的信號(hào)讀數(shù)的誤差；第二步，采用相關(guān)運(yùn)算，最大程度地排除因手臂的運(yùn)動(dòng)造成的誤差。在這基礎(chǔ)上，分析信號(hào)，得到波形的峰-峰值（供判斷斷收縮壓，舒張壓和平均壓），得到每個(gè)脈搏波的時(shí)間（供心率的計(jì)算）3.2.4 電源處理模塊用于穩(wěn)壓模塊的控制，按開/關(guān)鍵時(shí)，穩(wěn)壓模塊

25、的控制端為高電平，穩(wěn)壓模塊處于正常輸出狀態(tài)，MCS-51 系列芯片上電復(fù)位，立刻對(duì)PA0 置高電平，維持穩(wěn)壓模塊的的正常輸出狀態(tài)，此時(shí)，血壓計(jì)處于“開 ”狀態(tài)；再此按開/關(guān)鍵，置PA0 低電平，關(guān)閉穩(wěn)壓模塊的輸出，處于斷電的“關(guān)”狀態(tài)。此外，如果3 分鐘沒有操作，就置PA0 為低電平，自動(dòng)關(guān)機(jī)。4 使用方法：我們?cè)O(shè)計(jì)的電子血壓計(jì)，采用的是 MOTOLORA 微控制器 MCS-51 系列芯片以及 MPX-53 壓力傳感器，操作簡單，顯示清晰無需聽診器，血壓心率測(cè)量一次完成，超大屏液晶顯示，方便老人，美觀便攜，低耗電設(shè)計(jì)雙弧流線型機(jī)體，體積小重量輕，方便攜帶，因此，廣泛應(yīng)用于家庭中。家用電子血壓計(jì)

26、以其方便、快速、準(zhǔn)確、保健作用等優(yōu)點(diǎn)受到普通百姓家庭的歡迎,但是有些家庭在使用電子血壓計(jì)中也出現(xiàn)了一些問題,如測(cè)量出的血壓值每次都有所不同,在家中測(cè)量的血壓值和醫(yī)生測(cè)量的血壓值有時(shí)不同等等，究其原因,有以下三個(gè)方面:一是電子血壓計(jì)本身的質(zhì)量問題:有些電子血壓計(jì)質(zhì)量比較差,所以消費(fèi)者在選購血壓計(jì)時(shí)應(yīng)注意其質(zhì)量與精度 ,應(yīng)查看是否有國家及省級(jí)技術(shù)監(jiān)督部門頒發(fā)的有關(guān)證書。目前市場(chǎng)上出售的血壓計(jì)品種很多,其中日精牌、西鐵城是日本原裝機(jī),其質(zhì)量和精度較高;歐姆龍和松下是組裝或合資生產(chǎn),質(zhì)量也較好。二是血壓計(jì)使用中的問題:消費(fèi)者應(yīng)選擇一個(gè)安靜、 溫度適當(dāng)?shù)沫h(huán)境且充分休息1020 分鐘后再測(cè)量，最好在早晨起

27、床后無尿意時(shí)或長時(shí)間睡眠休息后測(cè)。測(cè)量時(shí)應(yīng)注意姿勢(shì),正確姿勢(shì)應(yīng)該是臥勢(shì)或坐勢(shì), 身體正直放松 , 手掌向上水平 , 測(cè)量部位與心臟水平，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)、吃飯、吸煙、飲酒都會(huì)引起血壓變化 ,所以測(cè)量前應(yīng)盡量避免測(cè)量中應(yīng)避免緊張 ,不要移動(dòng)手臂 , 更不要與人交談，測(cè)量血壓時(shí) , 每兩次測(cè)量間 , 應(yīng)間隔幾分鐘 , 讓血管恢復(fù)正常 ,利于測(cè)量準(zhǔn)確。三是對(duì)測(cè)量結(jié)果的判斷:在醫(yī)生面前測(cè)量血壓一般會(huì)有一些緊張而易引起血壓略有升高,其變化因人而異 ,一般在 30-50mmHg之間，對(duì)待各個(gè)測(cè)量結(jié)果時(shí),不要以每次或高或低的血壓值隨意判斷,重要的是應(yīng)縱觀自己的血壓變化趨勢(shì),是穩(wěn)定還是逐漸升高或降低,了解了這個(gè)趨勢(shì),

28、 才能達(dá)到保障健康、預(yù)防疾病的目的。5 使用注意事項(xiàng)：電子血壓計(jì)和適用人群的選擇電子血壓計(jì)有兩種 :手臂式和手腕式。手腕式電子血壓計(jì)不適合患有末梢循環(huán)障礙的人群，因?yàn)榛加心┥已h(huán)障礙的病人手腕血壓與上臂血壓的測(cè)量值會(huì)相差很大。糖尿病、高血壓、高血脂和老年患者都會(huì)有不同程度的末梢循環(huán)障礙 ,不宜選用手腕式電子血壓計(jì)，故手臂式血壓計(jì)比較常用。由于電子血壓計(jì)采用的原理和水銀血壓計(jì)采用的原理不同, 它也不適合下例人群使用:(1) 過度肥胖者；(2) 心率失常的病人；(3) 脈搏極弱 , 嚴(yán)重呼吸困難和低體溫病人；(4) 連接人工心肺機(jī)的病人；(5) 心率低于 40 次/分和高于 240 次 / 分的病

29、人；(6) 測(cè)壓期間血壓急劇變化的病人；(7) 帕金森氏癥患者。目前市場(chǎng)上還有指套式血壓計(jì)和手表式血壓計(jì),嚴(yán)格的講只能稱其為指端脈搏壓力計(jì)，因?yàn)槠錅y(cè)量方式?jīng)Q定其所測(cè)得的血壓 僅僅是指端脈搏壓力值,與真實(shí)的動(dòng)脈血壓值之間存在較大的差距，不能作為血壓計(jì)使用。針對(duì)一些疾病的確診需要24 小時(shí)監(jiān)測(cè)病人的動(dòng)態(tài)血壓，此類產(chǎn)品就無法滿足需要。加之對(duì)于一個(gè)家庭或者一個(gè)病人，經(jīng)常需要偶測(cè)血壓，但是有時(shí)也需要監(jiān)測(cè)24 小時(shí)動(dòng)態(tài)血壓，如果單獨(dú)為了滿足監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)血壓市場(chǎng)的需要而生產(chǎn)動(dòng)態(tài)血壓計(jì)，資源勢(shì)必有些浪費(fèi)?；谏鲜鲂枨螅鶕?jù)市場(chǎng)上電子血壓計(jì)的基本原理，提出了一種既能監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)血壓又能偶測(cè)血壓的便攜式電子血壓計(jì)的設(shè)計(jì)思

30、路。1 設(shè)計(jì)理論1 1 血壓測(cè)量和24 小時(shí)動(dòng)態(tài)血壓監(jiān)測(cè)目前，一般醫(yī)院使用水銀血壓計(jì)測(cè)量血壓，醫(yī)生可以用聽診器聽到動(dòng)脈血管的不同聲音，來判斷收縮壓和舒張壓的值，這就是柯氏音法；而國內(nèi)外大多數(shù)電子血壓計(jì)普遍采用的是示波法。關(guān)于示波法的測(cè)量原理參見文獻(xiàn)。通常人們所測(cè)得的血壓均屬偶測(cè)血壓(Clinic Bloodpressure ， CBP) 。偶測(cè)血壓存在較大的局限性，它只能代表被測(cè)者當(dāng)時(shí)的血壓狀況，有的人在測(cè)量時(shí)由于心情緊張或情緒波動(dòng)造成血壓讀數(shù)偏高。動(dòng)態(tài)血壓監(jiān)測(cè)(Ambulatory Bloodpressure Monitoring，ABPM) 是一種全天24 小時(shí)每隔15 30 min 或任

31、選時(shí)間間隔進(jìn)行的自動(dòng)的無創(chuàng)性血壓測(cè)量及記錄方法。人體典型血壓的晝夜節(jié)律變化呈 “雙峰一谷 ”，即清晨醒后血壓逐漸升高，在上午6： 00 8： 00 出現(xiàn)第 1 個(gè)高峰，此后血壓趨于平穩(wěn)，下午4：00 6：00 出現(xiàn)第 2 個(gè)高峰，夜間進(jìn)入睡眠后，血壓逐漸下降，夜間2：00 3：00 降至最低。血壓的晝夜節(jié)律是否正常是判斷高血壓病情嚴(yán)重程度的良好指標(biāo)，而動(dòng)態(tài)血壓監(jiān)測(cè)能夠反映患者全天的血壓波動(dòng)水平和趨勢(shì)，對(duì)高血壓和心血管功能的評(píng)估提供極有價(jià)值的信息。1 2 總體方案設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)血壓監(jiān)測(cè)，是在原有電子血壓計(jì)的基礎(chǔ)上，增加新的功能：自動(dòng)控制血壓計(jì)定時(shí)地使袖套充氣和排氣；能夠調(diào)整自動(dòng)測(cè)量血壓的時(shí)間間隔，一般

32、設(shè)定為每隔15 30 min 記錄 1 次，為了盡可能少地干擾患者日?；顒?dòng)和夜間睡眠，可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整時(shí)間間隔，如白天每隔30 min記錄 1 次，夜間比白天記錄時(shí)間間隔適當(dāng)延長些，可設(shè)定為每隔60 min 記錄 1 次；能自動(dòng)定時(shí)顯示收縮壓、舒張壓、平均動(dòng)脈壓和脈率；增加RS-232 串口通訊，方便在電腦軟件平臺(tái)上顯示動(dòng)態(tài)血壓曲線； 任何時(shí)候只要按下START 按鈕，馬上啟動(dòng)加測(cè)， 并能夠在測(cè)量失敗后自動(dòng)補(bǔ)測(cè)；4 節(jié) 5 號(hào)標(biāo)準(zhǔn)堿性干電池(15 V 每節(jié) )供電，低電壓自動(dòng)報(bào)警提示，更換電池后從斷點(diǎn)起測(cè)等。該裝置總體框圖， 如圖 l 所示，由微控制器控制氣泵向袖帶內(nèi)充氣至一定壓力值(如 1

33、80 mmHg) ，確保超過收縮壓，使血流阻斷， 然后控制氣閥以3 5 mmHg 的速率階梯式放氣。在放氣過程中，壓力傳感器將袖帶內(nèi)壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)， 電信號(hào)經(jīng)過低通濾波器濾波， 得到袖帶的靜壓力信號(hào)和十分微弱的脈搏信號(hào)，一路送往單片機(jī) ADC0 引腳，用以轉(zhuǎn)換袖帶靜壓力信號(hào) (微弱脈搏振蕩信號(hào)可以忽略 )成血壓值；另一路經(jīng)過高通濾波器濾波，得到脈搏振蕩信號(hào)后，經(jīng)過放大器放大分別送到單片機(jī) ADCl 和 AINl 引腳，用以測(cè)量脈搏振蕩信號(hào)幅度和經(jīng)過比較器得到標(biāo)準(zhǔn)的脈沖信號(hào)來計(jì)算脈率，當(dāng)檢測(cè)到收縮壓、平均壓和舒張壓后，打開氣閥，使袖套全部放氣，完成一次測(cè)量過程，并把測(cè)量結(jié)果保存、顯示。整個(gè)

34、測(cè)量過程由微控制器控制并完成各種計(jì)算?？驁D中的主要部分在下文中將分別詳細(xì)介紹。2 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)2 1 模擬電路2 1 1 信號(hào)采集單元血壓的測(cè)量范圍一般是 0200 mmHg ，本文選擇 Motorola 公司的硅壓力傳感器 MPX5050GP ，其內(nèi)部含有溫度補(bǔ)償和放大器輸出功能，可以直接與單片機(jī)接口相連，使用十分方便。 MPX5050GP 壓力傳感器具有如下特點(diǎn)：(1) 在 0C 到 85C 范圍的最大誤差為2 5；(2) 溫度補(bǔ)償范圍： -40 +125；(3) 壓力測(cè)量范圍： O 50 kPa(0 375 mmHg) ；(4) 供電電壓： 5 V(4 75 5 25)；(5) 滿

35、量程輸出： 4 7 V；(6) 零位偏壓電壓： 0 2 V ；(7) 靈敏度： 90 mV kPa，反應(yīng)時(shí)間 1 0 ms。本設(shè)計(jì)采用的單片機(jī)A D 轉(zhuǎn)換模塊的參考電壓為AVCC 電源電壓5 V，而 MPX5050GP壓力輸出為 0 4 7 V，對(duì)應(yīng)的血壓值為 0375 mmHg ，則 5 V 滿量程對(duì)應(yīng)的血壓值約為 399 mmHg( 由 375 5 4 7 計(jì)算可得 )。由于 A D 轉(zhuǎn)換器為 10 位，則 1LSB 所對(duì)應(yīng)的血壓值約為 04 mmHg( 由 399 210 計(jì)算可得 )，根據(jù)這樣計(jì)算所造成的滿刻度誤差為(0 4210-399) 1 024 1 04，完全能滿足設(shè)計(jì)需要。2

36、 1 2 模擬信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)TLC2274 是一款軌到軌通用四運(yùn)放，具有高輸入阻抗， 高共模抑制比、 低輸入偏置電流、低溫漂、 低噪音等優(yōu)良性能， 并具有較高的電流驅(qū)動(dòng)能力 ( 50 mA) ，適合于 A D 轉(zhuǎn)換這一類的接口電路。 TLC2274-1 構(gòu)成 40 Hz 二階低通巴特沃思濾波器，運(yùn)放接成跟隨器， 放大倍數(shù)為 1，信號(hào)由運(yùn)放同相端輸入，接成壓控電壓型 (VCVS) 濾波器。巴特沃思濾波器的最小條件是中 C3 總是取最大的電容，通過換算確定R，以使 c3=1F，則 R3=R4=R=5 63 k ，取特征值 56 k ，C4=0 5F。經(jīng)過低通濾波器得到的直流信號(hào)一路送往ATme

37、gal6 的 PA0(ADC0)引腳，另一路送到高通濾波器繼續(xù)提取微弱的脈搏振蕩信號(hào)。電路如圖2 所示。C7 和 R7 又構(gòu)成了 04 Hz 一階高通濾波器， TLC2274-3 構(gòu)成反相放大器，閉環(huán)放大倍數(shù) KF1 可以調(diào)節(jié)到 3 75 倍。TLC2274-4 構(gòu)成加法器，用來對(duì)脈搏信號(hào)進(jìn)行相位和基線的調(diào)整，電路采取反相放大接法，增益KF2 可達(dá) 40 倍，加上上一級(jí)放大器KF1 ，總增益 KF=KF1*KF2=150，得到放大的脈搏振蕩信號(hào)即血壓交流成分送到單片機(jī)PAl(ADCl) 和 PB3(AINl) 端進(jìn)行處理。2 1 3 氣閥和氣泵控制電路的設(shè)計(jì)充、放氣裝置利用單片機(jī)控制直流電機(jī)和

38、氣閥的動(dòng)作，當(dāng)單片機(jī)引腳輸出高電平時(shí)，氣泵和氣閥立即工作；輸出低電平時(shí)氣泵和氣閥立即停止工作。由于選用的megal6 單片機(jī) IO 引腳只能提供輸出 20 mA 選用集電極電流 2 A、基極電流的電流，直流電機(jī)和電磁閥的額定電流都達(dá)幾百毫安，因此50 mA 的 TIPll2 達(dá)林頓晶體管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，如圖 4 所示。通過控制TIPll2的基極電平，實(shí)現(xiàn)袖帶的充氣和放氣。由于氣閥和氣泵內(nèi)部有線圈，屬于感性負(fù)載，需用續(xù)流二極管D1，D2以防止燒毀器件。放氣采用單片機(jī)的PWM輸出實(shí)現(xiàn)控制氣閥階梯放氣。采用常開氣閥，系統(tǒng)復(fù)位時(shí)自動(dòng)放氣，避免氣閥損壞時(shí)出現(xiàn)危險(xiǎn)。2 2 數(shù)字電路系統(tǒng)的數(shù)字電路單元以單片機(jī)為核

39、心，完成A D 轉(zhuǎn)換、充放氣控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)傳送的任務(wù)。綜合各方面考慮，選用了AVR 單片機(jī) ATmegal6 作為主控制器，它內(nèi)置模擬比較器和八路10 位 ADC ，21 個(gè)各種類型的內(nèi)外部中斷源，3 個(gè)內(nèi)部定時(shí)器計(jì)數(shù)器(包括捕獲功能 )，以及 UART ， SPI， TWI 等豐富的總線資源；外圍器件采用DSl302 時(shí)鐘芯片、AT24C256 存儲(chǔ)芯片和通過MAX232電壓轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)與上位PC 機(jī)的數(shù)據(jù)傳送； 同時(shí)具有JMl2864M 漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示、鍵盤、蜂鳴器等人機(jī)接口器件，如圖5 所示。為了實(shí)現(xiàn)電池供電系統(tǒng)檢測(cè)到電池電量低時(shí)自動(dòng)鳴響蜂鳴器報(bào)警和在液晶上提示電量不足，本設(shè)

40、計(jì)采用專用看門狗芯片MAX813L ，MAX8-13L不僅可監(jiān)控微控制器，而且在系統(tǒng)加電、斷電和電壓降到復(fù)位門限值 (電壓降至 465 V ，PFI 引腳門檻電壓為 125 V) 時(shí)，輸出復(fù)位信號(hào)和中斷信號(hào)。按鍵設(shè)有 SET，UP，DOWN ，START ，AUTO 鍵，分別用以設(shè)置時(shí)鐘、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)開關(guān)及時(shí)間間隔設(shè)置、上下時(shí)間調(diào)整歷史記錄查閱、啟動(dòng)檢測(cè)血壓和啟動(dòng)動(dòng)態(tài)血壓自動(dòng)監(jiān)測(cè)。3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件包括采集信號(hào)處理程序，串口驅(qū)動(dòng)程序，氣泵氣閥驅(qū)動(dòng)與控制程序、時(shí)鐘、存儲(chǔ)、顯示器及鍵盤、蜂鳴器等相關(guān)的接口程序的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)軟件總體框圖如圖6 所示。3 1 采集和信號(hào)處理本系統(tǒng)采用ATmegal6

41、內(nèi)部集成的10 位的逐次逼近型ADC 和 7 372 8 MHz 外部晶振，根據(jù) Nyquist 采樣定理，采樣頻率應(yīng)大于等于被采樣信號(hào)最高頻率的兩倍，以免采樣后的信號(hào)發(fā)生頻譜的混疊。同時(shí)考慮到選用的氣泵、氣閥有自動(dòng)緩慢放氣的特點(diǎn)，將采樣頻率設(shè)置為 200 Hz、選擇 AVCC 作為 ADC 的參考電平，轉(zhuǎn)換結(jié)果為 ADC=(VIN 1 024) VREF 。ADC模塊的工作時(shí)鐘由系統(tǒng)時(shí)鐘經(jīng)過128 分頻提供，轉(zhuǎn)換周期由 T C0 定時(shí)控制，定時(shí)器 T CO 的時(shí)鐘源采用系統(tǒng)時(shí)鐘1 024 分頻，運(yùn)行于普通模式，因采樣頻率是200 Hz，則采樣周期是 5 000 s，定時(shí)初值 TCNT0=256-7 372 8 5 000 l 024=0 xdc 。轉(zhuǎn)換模式選擇自動(dòng)轉(zhuǎn)換觸發(fā)工作模式，在定時(shí)溢出中斷中運(yùn)行 A D 轉(zhuǎn)換程序，A1 通道轉(zhuǎn)換完成之后，直接改變通道，開始A0 通道轉(zhuǎn)換。為了最大限度地利用A D 轉(zhuǎn)換的采樣速