基于单片机的多功能生理参数监护仪.doc

摘 要多生理参数监护仪是临床护理中的重要监护设备，它能对重危病人进行自动监护，能提供多种生理参数的无创测量，包括体温、血压、心率、呼吸，具有测量及时准确、操作方便、能自动报警和进行昼夜连续监测等优点，被广泛应用于加强病房(ICU)、手术室、急救中心等科室救护车等场合，是现代化医院不可缺少的医疗设备。本设计完成了多参数监护仪的软件设计，是在C语言环境下单片机的系统软件设计，包括主程序，按键分析程序、定时中断和中断的编程思想，以及数据显示的原理和实现。以80C51为控制器，用MAX7219驱动7段数码管显示，具有自动测量心率、血压、呼吸、体温等生理参数，用声音提示进行参数越限报警等功能。关键词 多生理参数监护仪，C语言，80C51单片机AbstractMulty-physiology information detecting system is an important equipment being used in the clinic tend and protectIn can able to monitor the patients automatically ,to measure several parameters, include Temperature 、Blood Pressure 、Respiratory Frequency and Heart Rate. It has the advantages of accurate measurement ,convenient operations，automatics alarm and continuing monitoring day and night1t is widely used in ICU，surgery，emergency room and ambulance，and is an indispensable medical instrumentation of modern hospitals.Design the software of Multi-parameter Monitor in system. The emphasis is the design of MCU software on the visual C, including the main program， programming of key parsing，timing interrupt，interrupt service routines，the principle and realization of the data display. The monitor is controlled by MCU80C51, 7LED display with the MAX7219 driver，1t is able to measure Temperature、Blood Pressure 、Respiratory Frequency and Heart Rate automaticallyIt is also provides other functions，such as to alarm by using beep.Key words Multy - Paramer Monitor, visual C and MCU80C51目 录摘要.Abstract.1 绪论.11.1 监护仪概述.11.2 国内外研究现状.11.3 基于单片机的监护系统.21.4 本文的主要工作和内容安排.32 系统整体设计方案.42.1 系统设计框图.42.2 系统硬件设计.52.3 软件设计.73 体温测量模块.103.1 体温概述.103.2 研究现状.103.3 体温测量模块硬件电路.113.4 体温测量模块软件设计.133.5 结论.164 血压测量模块.174.1 血压概述.174.2 血压测量方法.174.3 基于放气示波法测量血压.184.4 血压测量模块硬件电路.194.5 血压测量模块软件设计.204.6 结论.245 呼吸检测模块.255.1 呼吸概述.255.2 国内外研究现状.255.3 呼吸测量模块硬件电路.265.4 呼吸测量模块软件设计.275.5 结论.296 心率测量模块.316.1 心率概述.316.2 国内外研究现状.316.3 心率测量模块硬件电路.326.4 心率测量模块软件设计.336.5 结论.357 单片机与外围芯片.377.1 显示模块.377.2 A/D模数转换.418 结论与展望.448.1 结论.448.2 展望.45谢辞.46参考文献.46附录1 外文资料翻译.48A1.1 译文:波法血压测量中一些生物力学因素影响的数学研究.48A1.2 原文：A Mathematical Study of Some Biomechanical Factors Affecting the Oscillometric Blood Pressure Measurement.50附录2 MAX7219程序清单.54附录3 硬件电路图.58- 47 -1 绪论1.1 监护仪概述监护仪是这样一类医疗设备(或仪器)，它通过完全连续或间断连续监测患者的一些重要生理参数，使医护人员能及时、准确的判定患者的病症变化，以便及时采取有效的治疗方案和救治措施。多参数监护仪能为医学临床诊断提供重要的病人信息，通过各种功能模块，可实时检测人体的心电信号、心率、血氧饱和度、血压、呼吸频率和体温等重要参数，实现对各参数的监测报警。信息存储和传输，是一种监护病人的重要设备。如何快速、准确、自动、可靠而且高效率地测量和管理这些体征参数，是生物医学工程界所面临的重要任务。本设计中所探讨的就是呼吸频率、体温值、心率、血压值这四个生理参数的监测。 1.2 国内外研究现状 随着社会进步和人民生活水平的不断提高，人们已经不再满足有病才看医生的被动模式，他们更希望能在疾病爆发之前就得到预警，或是在无法实现住院治疗的情况下了解自身的健康状况。这样能够实现实时、动态、连续监护人体生理指标的监护设备就成为未来家庭健康保健的首选，也是临床诊断和治疗所必不可少的。以前的监护系统大多侧重于单一心电参数(ECG)的监护，不能全面评价系统的功能。除心电之外，无创血压(Non-invasive Blood Pressure，NIBP)、血氧饱和度(Oxygen saturation)或脉搏血氧饱和度(Pulse Oxygen saturation，Sp02)、呼吸(Respiration，RESP)和体温(Temperature)等是人类的生命体征参数中最重要的几个参数。现代多参数监护仪要求至少能同时正确、快速和自动测量这些生理参数，由这些参数还可以提取出心率(Heart Rate，HR)、心律失常(Arrhythmia)、呼吸率(Respiratory Frequency)、收缩压(Systolic Pressure)、舒张压(Diastolic Pressure)、 平均压(mean Pressure)和脉率(Pulse Rate)等二次参数，从而达到全面评估循环系统和呼吸系统功能的目的。这在临床上有重要的实用价值，尤其是在手术和重危病人的长期监护过程中，这些都是不可缺少的监护项目。 随着微电子技术和信息技术的高速发展，医学检测仪器正向组合式、多功能、智能化和微型化方向发展。现代数字部件的快速发展为医学检测仪提供了强有力的支持，医学监测仪器都无一例外地采用了微处理器来增强其功能。广泛地应用微处理器芯片能增强仪器的智能化程度，提高其稳定性和数据处理的精确性，使医学信号的采集、处理、通信一体化。1.3 基于单片机的监护系统数据采集就是将被测对象(外部世界、现场)的各种参量(可以是物理量，也可以是化学量、生物量等)通过各种传感元件做适当转换后，再经信号调理、采样、量化、编码、传输等步骤，最后送到控制器进行数据处理或存储记录的过程。用于数据采集的成套设备称为数据采集系统(Data Acquisition system，DAS)。 数据采集系统大致可分为四种：基于通用微型计算机(比如PC机)的数据采集系统、基于单片机的数据采集系统、基于DSP数字微处理的数据采集系统、基于混合型计算机采集系统。（1）基于通用微型计算机(比如PC机)的数据采集系统 这种系统主要功能是将采集来的信号通过外部的采样和A/D转换后的数字信号通过接口电路送入微机内进行处理，然后再显示处理结果或经过D/A转换输出。 （2）基于单片机的数据采集系统 它是由单片机及其些外围芯片构成的数据采集系统，是近年来微机技术快速发展的结果。（3）基于DSP数字信号微处理器的数据采集系统 DSP数字信号微处理器从理论上而言就是一种单片机的形式，常用的数字信号处理芯片有两种类型，一种是专用DSP芯片，一种是通用DSP芯片。基于DSP数字信号微处理器的数据采集采集系统的特点如下：精度高、灵活性好、可靠性好、容易集成、分时复用等，但同时其价格不菲。（4）基于混合型计算机采集系统 这是一种近年来随着8位单片机出现而在计算机应用领域中迅速发展的一种系统结构形式。它是由通用计算机(PC机)与单片机通过标准总线(例如RS-232-C标准)相连而成。单片机及其外围电路构成的部分是专为数据采集等功能的要求而配置的，主机则承担数据采集系统的人机对话、大容量的计算、记录、打印、图形显示等任务。在软件的仿真中，单片机的应用较为的广泛，单片机由以下几个优点：单片机集成度高、系统结构简单，使用方便，实现模块化；单片机可靠性高，可工作长时间而无故障； 处理功能强，速度快。单片机系统的可靠性好、使用方便,应用程序在ROM中运行不会因外界的干扰而破坏，而且上电后系统立即进入用户状态，所以本设计中用的是基于单片机的数据采集系统。 1.4 本文的主要工作和内容安排综上所述，本着实用、可靠、简捷、方便等设计原则，设计了基于单片机80C51的多生理参数监测系统软件设计。所做的工作主要是在给定的硬件电路图的基础上，进行模块分析，画出程序流程图，进而由程序流程图编写出系统各段子程序，实现数据的实时显示，最后写出改进方法。通过本次毕业设计，应达到的目标是：加深对单片机的深入了解，熟悉C语言编写单片机的程序方法，掌握测量心率、呼吸频率、体温、血压的基本的方法，编制调试完成指定子系统的软件，实现多生理参数监测功能；掌握参考文献的查阅方法，掌握科技论文的写作方法。2 系统整体设计方案2.1 系统设计总框图80C51体温测量模块心率测量模块呼吸测量模块血压测量模块电机转动报警显示模块A/D转换按键控制图 2.1 系统硬件总体框图在系统的总体框图中，体温测量模块、血压测量模块、心率测量模块、呼吸测量模块分别用于测量体温值、血压值（高低压值）、心率、呼吸频率等数据，通过按键控制与单片机完成数据的传送。80C51为系统的核心芯片，实现系统中A/D转换，数字信号的分析与处理，控制四个模块，与芯片MAX7219之间数据的传送和数码管显示，以及报警电路等的功能。系统的工作原理是：数据采集装置首先对人体生理信号进行采集（在硬件图中输入信号是模拟的人体生理信号）并且将其转换为电信号，电信号经过模拟电路的处理及A/D转换后存入到单片机80C51中，信号经过单片机处理之后，传送到MAX7219中，在由MAX7219控制数码管显示。以上简单介绍了系统结构及工作原理，下面就对组成本系统的硬件和软件分别加以介绍。2.2 系统硬件设计2.2.1 数据的采集模块本设计中模拟电路实现了信号的提取、放大、滤波等一系列的数据的采集，然后这些信号经过单片机控制之后可以得到最终的结果值。本部分主要是由心率、血压、呼吸、体温四个子模块组成，四个模块将人体的各个模拟生理参数信号转换为电信号，并进行信号滤波、放大等预处理，当然各个模块的具体处理方法又是不一样的，在单片机的控制下分别对信号进行数字转换并将转换后的数据在数码管上显示出来。心率模块是采用的传感器将心脏的搏动速率转换为电脉冲信号，然后将脉冲信号经过前置放大、低通滤波、整形电路及分频之后，直接送到80C51中断引脚进行周期测量，最后转换为心率值。血压测量子模块采用无创示波法间接检测血压参数，它由模拟电路、电机、A/D转换等组成的，它是先由模拟电路产生人体的血压信号作为单片机的引脚输入，另外由单片机产生方波信号（脉搏）作为袖带静压力的对比信号。在开始测量前先由单片机产生一个初始占空比控制电机的转速，当电机将袖套压力上升到一定值（这个值可以由人工设定），然后单片机发出指令停止打气，之后再缓慢放气；每次检测到的脉搏波的振幅（峰-峰值）及袖套的静压都送入单片机进行记录，开始振幅由小到大，在上升变化率最大时对应的压力指数作为收缩压；振动幅度超过最大点后开始下降，下降变化率最大时对应的压力指数作为舒张压；振幅最大时的压力指数作为平均压。当检测完收缩压、平均压和舒张压后，全部放气，完成一次测量过程，并把测量结果送到数码管显示。呼吸率模块是采用的传感器将人体的模拟呼吸速率转换为电脉冲信号，然后将脉冲信号经过前置放大、低通滤波、整形及分频之后，直接送到80C51进行频率测量，最后转换为呼吸频率。体温检测模块根据芯片DS18B20直接测量体温，快捷、方便的测量体温。2.2.2 单片机80C51模块单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。下面介绍C51单片机的工作原理：单片机自动完成赋予它的任务的过程，也就是单片机执行程序的过程，即一条条执行的指令的过程，所谓指令就是把要求单片机执行的各种操作用的命令的形式写下来，这是在设计人员赋予它的指令系统所决定的，一条指令对应着一种基本操作；单片机所能执行的全部指令，就是该单片机的指令系统，不同种类的单片机，其指令系统亦不同。为使单片机能自动完成某一特定任务，必须把要解决的问题编成一系列指令（这些指令必须是选定单片机能识别和执行的指令），这一系列指令的集合就成为程序，程序需要预先存放在具有存储功能的部件存储器中。存储器由许多存储单元（最小的存储单位）组成，指令就存放在这些单元里，单元里的指令取出并执行。程序通常是顺序执行的，所以程序中的指令也是一条条顺序存放的，单片机在执行程序时要能把这些指令一条条取出并加以执行，必须有一个部件能追踪指令所在的地址，这一部件就是程序计数器PC（包含在CPU中），在开始执行程序时，给PC赋以程序中第一条指令所在的地址，然后取得每一条要执行的命令，PC在中的内容就会自动增加，增加量由本条指令长度决定，可能是1、2或3，以指向下一条指令的起始地址，保证指令顺序执行。2.2.3 显示模块显示器是单片机应用系统常用的设备，包括LED、LCD等，LED显示器有若干个发光二级管组成，当二级管导通时，相应的一个笔画或一个点就发光。控制相应的二极管导通时，就能显示对应字符。在显示模块中，由于传统数码管显示驱动电路占用的系统资源较多，加重了单片机的负担，从而降低了单片机的运行效率。若为静态显示，则8为数码管显示驱动电路一般要有8片74LS373构成，所占用硬件资源太多；若为动态显示，则8位数码管显示驱动电路一般由1片8255组成，这样不仅占用的硬件资源多，而且需要通过软件定时刷新，故占用软件资源也不少。而MAX7219只需一个外部电阻来设置所有LED的段电流，不仅可以克服常规动态显示亮度不够的、闪烁等缺点，而且大大简化硬件电路并减少软件的工作量，因此MAX7219芯片成为单片机应用系统中首选的LED显示接口电路。2.2.4 A/D转换模块 由模拟电路测得的信号模拟量，要想得到最终的数字量必须传到单片机中处理，但由于单片机只能识别二进制的0、1，如果直接连到单片机是不能被处理的，所以要在信号数据与单片机之间加入一个模数转换器把模拟量转换为数字量。在本设计中用到的是AD0809对数据进行处理模拟量。在设计中只有血压模块用到了A/D转换，把模拟压力值转换为数字送到单片机内进行处理。2.3 软件设计硬件的运行是在软件的基础上面进行的，本设计中软件是用C语言实现单片机的控制功能，使硬件电路完成其应有的功能。其中单片机的功能是控制数据的采集、A/D转换以及数据的传送和显示。电路工作时单片机先判断是否有按键按下，如果有，单片机就开始对这个模块进行数据的采集，同时启动A/D模数转换，把信号转换为数字信号，并控制显示部分对测得的数据进行显示。监测软件系统主要有以下几个部分：主程序、按键控制、体温数据处理程序、血压数据处理程序、呼吸数据处理程序、心率数据处理程序、MAX7219和数码管显示子程序、报警子程序。系统应用软件开发示意图如图2.2所示。系统软件流程图如图2.3所示。主程序系统初始化按键控制数据处理MAX7219传送数据数据分析MAX7219初始化显示程序AD转换图 2.2 系统软件结构示意图（1） 主程序流程硬件电路上电后自动转入到主程序入口，主程序就开始对硬件图的特定部分进行初始化，包括初始化定时器、初始化MAX7219，按键扫描等，接着，主程序开始扫描按键，软件设置使得每个按键对应不同的菜单功能，当检测到某一按键按下时，就转到测量模块开始数据的处理、缓存和数据的显示。（2） 按键控制流程程序有两方面的功能：判别按键上是否有键按下和判别闭合键的键号。同时根据键号转入相应的子程序。其他的的几个子程序模块将会在下面几章中讲述。 3 体温测量模块3.1 体温概述 体温通常指人体内部的温度，正常人的体温相对恒定，它通过大脑和丘脑下部的体温调节中枢和神经体液的作用，使产热和散热保持动态平衡。人的体温一般在 37左右的范围内，在临床上一般都是由皮肤温度代替内部温度。这是因为皮肤是人体与环境的界面，其温度受体内传热的控制，又受环境条件的严重影响，而且测量皮肤温度较为容易：1、温度梯度，躯干部分很小，肢体部分较大，环境变冷时增大，变热时减小；2、具有很好的对称性，最大偏差（小指处）不超过 2。体温是人类机体内在活动的客观反映，是判断机体健康状态的基本依据和参考指标之一，在临床上称之为生命体征。许多疾病都可导深度体温或局部体温的异常，所以中西医都很重视对体温的诊断。当机体在致病菌因子作用下，一般是体温首先出现不同程度的异常，反应出疾病发生、发展的动态变化。临床监测和治疗中，医护人员常常要关注某些特殊患者（例如：重症病人或婴幼儿）的体温随时间变化的情况。特别是近些年来，全球爆发的几种的大面积扩散的传染疾病，如SARS，H1N1，禽流感等，由体温的变化及发热阶段是初步确定病人是否感染病毒的首要手段，也是最主要的手段。总之，体温是人体健康的晴雨表，反映人的健康状况，是很关键的指标。3.2 研究现状由于大多数传染病的发生和发展常常伴随着体温升高，因此，如何快速筛选和排查出发热患者，对于发现和控制传染源，防止疫情传入传出、避免疫情扩散具有非常重要的意义。但是传统的方法是采用水银体温计来测量，这种方法有很多的缺陷，首先会给医护人员和患者带来许多麻烦，特别在重症监测病房中频繁地使用水银体温计会使患者感到不舒服，影响患者的心情，不利于病情的好转；其次是在人口集中的学校等场合，往往因为嫌麻烦而没有做好体温测量工作，从而导致疫情爆发甚至扩散；此外，一旦水银体温计破裂，还会给病房带来一定程度的环境污染，而现在市场上的电子体温计又有测试精度低且功能单一的缺点；还有，对于传染病者，由于监测人员不方便与其接触，就更加需要一种既能够监测病人又无需与其经常接触的的测量方式，因此，便捷的监测方式并及时正确地记录体温数据，既有生理学的意义，又有其临床医学的意义。把握日常的体温状况，能够为临床的正确诊断、及时治疗和护理提供第一手资料和依据，是有效检测和预防疾病的重要手段。为适应需要，目前数字传感器逐渐代替传统测温工具成为发展趋势，此次设计正是基于DS18B20温度传感器和80C51单片机实现体温的实时监测，且成本低，效率高，使用方便，这一设计将对传染病防控起到重大作用。3.3 体温测量模块硬件电路体温模块硬件电路图如3.1所示：图3.1 体温测量的硬件电路本设计硬件电路中体温模块主要由传感器电路、显示控制电路、显示电路以及与单片机、报警电路组成。体温的采集用的是DS18B20温度传感器。DS18B20采集温度信息后，送至单片机进行处理判断后，经MAX7219传送至数码管显示。如果数码管上显示的数值超出正常温度范围，则启动报警电路，喇叭会响，延时之后单片机控制消声。3.3.1 DS18B20简介（1） DS18B20的主要特性：1、独特的单线接口方式，在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯，从而简化了分布式温度传感应用；2、测温范围是 55+125，固有测温分辨率0.5；3、工作电源为3.05.5V，读写以及温度转换可以从数据线本身获得能量，无需备用电源； 5、测量结果以912位数字量方式串行传送；6、测量结果直接输出数字温度信号，以一 线总线串行传送给CPU。具备这些的特点，使DS18B20更方便的测量体温。（2） DS18B20内部结构的主要指令如表3.1所示：表3.1 RAM指令表指令约定代码功能温度变换44H启动DS1820进行温度转换，12位转换时最长为750ms（9位为93.75ms）。结果存入内部9字节RAM中。读暂存器0BEH读内部RAM中9字节的内容。写暂存器4EH发出向内部RAM的3、4字节写上、下限温度数据命令，紧跟该命令之后，是传送两字节的数据。（3） DS18B20的初始化：先将数据线置高电平“1”延时（该时间要求的不是很严格，但是尽可能的短一点） 数据线拉到低电平“0” 延时750微秒（该时间的时间范围可以从480到960微秒）数据线拉到高电平“1”延时等待若CPU读到了数据线上的低电平“0”后，还要做延时，其延时的时间从发出的高电平算起（第步的时间算起）最少要480微秒将数据线再次拉高到高电平“1”后结束（4） DS18B20的写操作：数据线先置低电平“0” 延时确定的时间为15毫秒按从低位到高位的顺序发送字节（一次只发送一位）延时时间为45微秒将数据线拉高电平 重复上到的操作直到所有的字节全部发送完为止最后将数据线拉高（5） DS18B20的读操作: 将数据线拉高“1”延时2毫秒将数据线拉低“0”延时15毫秒将数据线拉高“1”延时15毫秒读数据线的状态得到1个状态位，并进行数据处理延时30毫秒3.3.2 系统工作原理体温测试模块采用DS18B20数字温度传感器采集温度信号，当温度按键按下时，80C51单片机采集温度传感器的温度信号，然后传送到MAX7219中，MAX7219控制数码管显示信号，当超过正常温度范围时，单片机启动报警电路，发出报警信号。传感器选择电路实现对显示结果的控制。以下是各个模块实现的功能：（1） DS18B20：采集温度信号、温度转换。高速暂存器RAM是由8个字节的存储器组成；第一和第二个字节是温度的显示位。因此只需要读存储器的前两位的即可。用读寄存器的命令能读出第九个字节，这个字节是对前面的八个字节进行校验。（2） 单片机80C51：实现信号处理。具体为：定时扫描按键、对输入的温度信号做均值处理，按键判断、温度范围参数预置、启动报警电路。（3） 报警电路：当显示的温度超出正常范围（由单片机进行参数预置）时，被单片机发出的控制信号启动，发声实现报警功能。3.4 体温测量模块软件设计 软件设计采用模块化结构。利用C语言编写软件，在数码管上实时显示各种生理参数的数据，所有测量参数均可设定报警，当测得的参数超过阈值时都能发出声报警，需要时，能用延时控制来停止报警声。仪器进入工作状态后， 主程序首先完成对初始化定时器、初始化显示部分，按键扫描等，然后进入检测状态。体温测量程序流程图如图3.2所示。DS18B20温度传感器进行温度采集时的流程图如图3.3所示。 系统初始化DS18B20初始化输出数据否开始结束判断体温按键是否按下？否继续检测其它按键情况启动温度转换从温度寄存器TH、TL中读温度数据是否读完数据？是是图3.2 体温测量程序流程图由以上的分析可知，体温测量系统软件包括主程序、按键扫描子程序、数据采集子程序、数码管显示子程序、延时函数。可以分别调试，结构清晰，调用和扩展都很方便。主程序首先完成对MAX7219的初始化和按键处理任务，若体温检测按键按下了，单片机进入到监测状态，把输入值处理之后调用显示子程序，在数码管上显示，完成电路的测试。（1） 主程序主程序首先完成各个部分的初始化，单片机内部端口初始化、MAX7219初始化，数码管初始化，然后单片机检测体温按键是否按下（即P2.1是否为1），当P2.1=1时，把从温度传感器DS18B20读取的数据传到单片机中，经过单片机的处理后，然后经由MAX7219传到数码管中，显示结果。（2） 数据采集子程序使用DS18B20 进行温度测量的步骤为：初始化DS18B20跳过ROM 操作命令启动温度转换命令读取温度寄存器命令等待转换完成，这样就可以读出被测温度的数据了。（3） 按键扫描子程序该子程序有两方面的功能：判别按键上是否有键按下和判别闭合键的键号。同时根据键号转入相应的子程序。（4） 数据处理子程序当预显示的数据暂且存到temp_data0, temp_data1中之后，由于需要显示，单片机需要把该数据发送到MAX7219中去，首先单片机给一个脉冲，开启MAX7219，然后把数据一个字节一个字节的发送出去，从而在数码管中显示出来。3.5 结论DS1820具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点。通过本次体温的设计，我知道了DS18B20内部的结构，也知道内部存储器的初始化过程和温度读取的过程。但是但本设计任然存在不足：没有设置数据存储功能，不便于体温信号的对比、统计，进而可能影响对于疾病的诊断，对此，在下一步的设计研究中，会针对这点进行修改，希望会有更完善的设计结果。4 血压测量模块4.1 血压概述血压是一项重要的生理指标，通常只有心脏泵血活动造成的血液对血管壁的压力，它在每次心跳中都有变化。血压是反映心脏泵血功能、心率、血管阻力、主动脉和大动脉的弹性、全身血容量及血液粘滞性等生理参数的重要指标，是反映人体体循环系统机能的重要生理参数，血压过高或偏低都是血液循环系统运行不正常的表现。因此，血压测量病人监护中必不可少的一个检查项目。定义最高压力为收缩压（SP），最低压力为舒张压（DP）,一次完整心跳过程中血压的是与平均值为平均动脉压（MAP）。目前血压的国际标准为：正常成人动脉的收缩压（即常说的高压）小于 140mmHg，舒张压（常说的低压）小于 90mmHg。4.2 血压测量方法无创血压测量方法有很多，目前常见的有柯式听诊法和示波法。柯式听诊法是临床上常用的无创检测方法。利用充气袖带压迫动脉血管，随着袖带压力的下降，动脉血管呈完全阻闭渐开全开的变化过程，通过辨别血流受阻过程中的过流声音及相应的压力点来确定收缩压和舒张压是柯式听音法。水银血压计存在几个方面的问题：水银血压计每次测量必须由医生戴上听诊器进行测量，测量过程复杂，只能是每个医生一次对一个人进行测量；而且对不同的医生，测量结果可能不同：对同一个人来说，影响血压因素非常多，由于每次测量的时间不可能很长，测得结果在某些情况就不能真实的反映被测对象的血压值；另外由于传统的测量无法直接的测量动脉平均压，只能用经验公式进行估算。然而，将脉搏波的记录引入动态血压技术，可提供24小时内的每次血压测量结果。与水银血压计相比，它具有反映各时点的血压状况、血压昼夜变化的规律等优点，并且从根本上解决了“白大衣”高血压的误检误诊。脉搏就是指浅表动脉的搏动，由心脏节律性地收缩和舒张引起主动脉中的容积和压力发生改变，从而使动脉管壁出现振动而产生的。正常人的脉搏和心跳是一致的，脉搏的频率受年龄和性别的影响，婴儿每分钟 120140 次，幼儿每分钟 90100 次，学龄期儿童每分钟 8090 次，成年人平均每分钟 7080 次，范围在每分钟 60100 次左右，都是正常的。基于以上现状，本课题提出血压仿真器的设计，以便于以后设计动态血压测量仪。4.3 基于放气示波法测量血压基于放气过程的示波法测量血压的原理图如图4.1。当袖带压（静压）高于收缩压Ps时，动脉关闭，此时袖带内因近端脉搏的冲击而呈现细小的震荡波；袖带压等于平均动脉压时，动脉管壁处于去负荷状态，波幅达到最大O；当袖带压小于收缩压Ps时，则波幅增大；当袖带压小于舒张压P以后，动脉血管腔在舒张期已充分扩展，管壁刚性增加，因而波幅维持在较小的水平。放气过程中连续记录的振荡波中的脉动成分呈现近似抛物线的包络，示波法的关键在于找到充放气脉动压力波的包络及其与动脉血压之间的关系。图4.1 基于放气原理示波法示意图在示波法测量中，主要从脉搏波构成的钟形包络中识别特征点来获取血压值。目前主要采用两种方法：方法一：由Geddes提出的固定比率算法。首先寻找脉搏波钟形包络的顶点O，其对应的袖带压P，即为平均压；另外，在包络线上升沿存在一点Os和下降沿存在一点O，分别对应收缩压Ps和舒张压Pd。Os和O的大小可根据如下经验公式求得：Os/ O=0.55 （4.1）O/ O=0.82 （4.2）临床实际测量中，上述经验公式中的取值变化范围较大，