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基于硅压式传感器的便携式电子血压计设计

作者:时间:2018-08-24来源:网络收藏

1 引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201808/387621.htm

测量血压的传统仪器是机械式水银血压计,近几年才在市场上出现。与传统血压计相比,虽然操作简单、使用方便,但准确性、稳定性往往不太理想。本设计力求准确、稳定,以适用于老年人或病人随时监测自己血压情况及临床医学检测。

在研究国内外已有产品或设计构思的基础上,使用先进的信号处理技术与智能控制技术,尽量消除脉搏提取处理中的噪声干扰与非线性失真,提高血压测量的准确性与稳定性,并提高了测量的自动化和智能化。

2 系统的硬件设计

本设计采用Motorola公司的MPX53GC和TI公司MSP430F149单片机为主要器件, 构成,系统构成如图1。系统由MCU、 、LCD液晶显示器、操作面板、充放气控制 电路、气泵和气阀、蜂鸣器、存贮器、电源等部分 构成。

2.1 微处理器的选择

单片机是整个系统的大脑,它不仅要对系统进 行监控、对数据进行运算处理,而月.要通过对测量 结果的判定调整硬件的参数;使系统能够自动调节 在最佳的工作状态,具有一定的智能性。根据系统 的设计要求,选用TI公司的MSP430F1 49单片机 。

MSP430内嵌ADC12,它是12位的A/D模数转 换器,具有高速、通用的特点。ADC12可对8个外 部模拟信号之一或4个内部电压之一作转换。 ADC12具有通用的采样/保持电路,给用户提供了 采样时序的各种选择。MSP430F149单片机则能很 好满足系统设计的要求。

2.2 电路设计

MPX53GC是Motorola X型,该类价格低廉、线性优良、噪声小、响应迅速,并且在 恒流源供电的情况下具有温度白补偿挣陛。传感器电路的组成如图2所示,压力传感器的输出信号先 经过滤波电路,然后进行放大,同时单片机 MSP430F149将产生1:10脉宽控制锯齿波发生器, 产生锯齿波与经过处理的压力信号相比较,将电平 信号转换为脉宽信号。单片机MSP430F149测量脉宽,然后经过相应的运算处理转换为收缩压(SP)、舒张压(DP)、平均压(MP) 。

2.3 滤波电路设计

在血压测量过程中,由于传感器MPX53GC输 出的信号极其微弱,而且混有高频噪声,如果电路 设计不合理,微弱的信号就会被噪声淹没。因此在 每一级放大电路中,都应有相应的噪声滤除或抑制 电路 ,此外要尽量的消除分布电容与分布电感的 耦合,在必要处进行屏蔽。如图3所示,采用有源低通滤波器,有效地削弱高频噪声,并适当放大信 号。其频率函数可表示为:

2.4 充放气控制电路设计

充放气电路也是影响测量准确度的一个重要因素。因此,怎样控制充气阀和放气阀,才能得到最好的测量结果是关键。在测量过程中,我们采用 单片机MSP430F149控制充放气速率,根据压力大小进行控制充气阀和放气阀的动作,这样不但能够 准确控制充放气的速率,而且能很好的监测整个系 统的运行情况,此外,还可以避免一些意外的人体伤害。

其控制过程见图4充气电路如图5所示。在充气过程中.可以稍 微快点充气,并估计收缩压和舒张压,以便计算放 气速率。当达到最大值后停止充气,开始慢慢的均 速放气。放气过程中,采用PWM脉宽调制进行控 制,并时刻察觉血压袖套CUFF的压力情况,保持 匀速放气。最后当压力小于20mmHg时,立即把放 气阀全部打开。

2.5 LCD液晶显示模块设计

本系统采用LCD驱动器HT1621,它为128(32 ×4)段LCD驱动器,可驱动多个LCD液晶屏。它 与单片机接口如图6所示,接口只须四根线。 线 用以初始化串行接口电路并终止MSP430F149与 HT1621的通信。数据的渎/写及命令的写入通过数 据线传输。RD读信号,RAM 内的数据在RD信号 的下降沿送至数据线上,使MSP430F 149在而信 号的上升沿及下一个下降沿之间读入正确的数据。

一WR为写信号,数据线上的数据、地址及命令可在 一WR信号上升沿写入HT1621。IRQ为可选择控制。

2.6电源模块设计

本系统电源采用两节1.BY 的电池供电,经过 XC6382芯片升压至3.5V直接为系统提供电源。

3 软件设计

软件部分是整个系统有效工作的核心,系统只 有在软件和硬件有机结合,才能正常工作。

3.1 采集与控制程序模块

它完成采集资料(压力传感器信号,按键信号 等),控制充放气等功能。其程序流程如图7所示。

3.2 数据处理和显示模块

数据处理和显示模块完成对压力传感器数据 进行数字滤波,计算出收缩压、舒张压、平均压及 脉搏,然后把相应数据储存到EEPROM(24C256)并 显示到液晶屏(HT1621).程序流程图如图8所示。

4 系统标定

测量系统需要标定,电子血压计也不例外。在 软件系统中专门有一个压力标定程序,该程序的作 用是帮助调试者进行调试。调试过程如下:给系统 零压力(即:让传感器与大气连通),经过一段时 间稳定后,系统自动记录零点的脉宽;然后提示调 试者,给系统300mmHg的压力,此时调试者应将 显示的数值调整到16268±100以内,系统即标定完毕。

5 结论

通过一系列的分析、研究和改进,系统的设计较好的达到我们测试的要求。在测量的过程中,被 测者应做到保持不动,否则可能因为被测者的动作 形成一个假脉冲信号,同时可能改变CP信号。为 了进一步提高准确性和可靠性,传感器线性、PCB 板布线、气泵和气阀选择等等都需要进一步研究改进。



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