MN101EF32D单片机实现示波法测量血压

作者：时间：2011-09-12来源：网络收藏

系统软件设计

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/199723.htm

　　软件的主要流程如下：

　　上电后，首先完成系统的初始化工作。单片机开始给气泵供电，让袖带迅速充气至被测者收缩压以上约30mmHg左右。之后单片机通过1路A/D开始采集袖带的气压，并根据袖带内气压下降的速度来控制排气阀排气，使袖带内匀速降压(3~5mmHg /s)。与此同时，另外1路A/D开始采集经过隔直的脉搏波。当脉搏波的振幅最大时，袖带的压力就是动脉的平均压。动脉的收缩压对应于振幅包络线的第一个拐点，舒张压对应于包络线的第二个拐点。

　　软件主要细分为以下3个重要模块：

　　一)匀速降压控制模块

　　尽管气阀有自动缓慢放气的特点，但为了使袖带迅速充气至被测者收缩压以上30mmHg左右后匀速降压(3~5mmHg /s)，而不能用普通的处理方法，因为整个测量过程中容易受到外界震动的影响，如人为的震动袖带、气管的震动、人的身体运动等，另外气管的刚性度也会影响到袖带内气压微弱的变化。所以袖带内的压力降低的速度与气阀开关的频率为非线形关系。

　　本设计采用了PID算法来控制气阀的开关时间来确保袖带以3~5mmHg /s的速度匀速降压。受到单片机的处理速度和RAM资源的限制，这里不采用浮点数运算，而将所有参数全部用整数，最后再除以2N(相当于移位)，作类似定点数运算，可大大提高运算速度。最终赋值给定时器，来控制气阀的开启时间，从而保证降压的速度恒定。

　　在PID算法中三个基本的参数Kp、Ki、Kd的设定与调整是比较难的部分，根据这些参数的作用原理，总结调整方法大致如下：

　　1、压力很快就降到目标值，但压力降的太多：

　　a)比例系数太大;

　　b)微分系数过小;

　　2、压力下降达不到目标值：

　　a)比例系数过小;

　　b)积分系数过小;

　　3、基本上能够控制在目标上，但上下偏差较大，且经常波动

　　a)微分系数过小;

　　b)积分系数过大;

　　二)信号处理模块

　　本血压计测量信号为2路，MPS-3100-006G压力传感器的信号首先进行低通滤波处理，排除因外界干扰造成的信号读数的误差，之后放大送AD1，作为静态血压信号;隔直后经再次放大送AD2，作为脉搏波信号。由于MN101EF 32D的A/D为10位，因此最高精度可达1/1024。为了最大限度地利用A/D转换的采样速度，用中断来实现A/D转换后的数据处理。当A/D转换完毕，在中断程序中，用防脉冲干扰移动平均值法来实现简单有效的数字滤波，使测量更加准确。具体做法为在一次定时中断内连续进行5次A/D转换，去掉最大值和最小值，剩余3个数据求算术平均值，该算术平均值作为此次的A/D转换结果。

　　三)计算血压模块

　　袖带气压和脉搏波经信号处理模块的处理后，得出如图6所示的数据。图中的下方为被测者的脉搏波，上方为血压计升压和压降过程中的袖带压力。在此基础上分析信号，供收缩压、舒张压、平均压和心率的计算。单片机在测量过程中已经存储各个脉搏波的峰值，以及每个脉搏波的间隔时间。