便携式数字血压计电路的设计(共38页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上 四川理工学院毕业设计 便携式数字血压计电路的设计学 生：钟 杰学 号：专 业：生物医学工程班 级：2009.2指导教师：孙 静 四川理工学院自动化与电子信息学院二O一三年六月专心-专注-专业便携式数字血压计电路的设计摘要：现在很多家庭都需要电子血压计测量血压，因此设计出高性价比的电子血压计具有良好的前景。人们可以自己测量自身的血压值，为预防心血管疾病提供了有效的帮助。本文将介绍一种通过运用示波法原理，选用MPX5050GP传感器和AT89C51单片机以及1602液晶显示器等元器件设计的便携式数字血压计。该电子血压计具有体积小、测量快速准确、使用方便等特点。关键词：A

2、T89C51；MPX5050GP；示波法；液晶显示Circuit design of the portable digital blood pressure meterZHONG Jie(Sichuan University of Science and Engineering, Zigong, China, )Abstract：Nowadays many families are in need of electronic sphygmomanometer to measure their blood pressure, so the design of electronic sphygmo

3、manometer with high performance-to-price ratio meter has a good prospects.People can measure their blood pressure help for the prevention of cardiovascular disease.This paper will introduce a by using the oscillometric method, MPX5050GP sensor and AT89C51 SCM and the 1602 liquid crystal display to d

4、esign a electronic sphygmomanometer.The eelectronic sphygmomanometer has the advantages of small size, fast and accurate measurement, convenient use etc. Key words：AT89C51;MPX5050GP;The oscillometric method;Liquid-crystal display 目 录第1章 前 言1.1 电子血压计设计背景现代社会人们的生活压力比较大，由此带来了很多的健康隐患，心血管疾病正在逐渐的往低龄化的方向发展

5、。2010 年调查结果显示，我国平均每五个家庭就有两个高血压患者，慢性低血压的患病率增至4.8%，在老年人中更高达11.8%。高血压容易引发脑血管疾病，引起肾脏病，引起猝死，导致多种病变。为了做到对自己的身体健康程度有一定的了解，经常测量自己的血压值是一个很好的方法，起到了预防各种心血管疾病的重要作用。因此，设计一款体积小，携带方便，测量精准、使用方便的电子血压计具有重要的意义。1.2 电子血压计设计目的 电子血压计设计目的在于相对于水银血压计的专业性操作而言方便了个人的使用，利于普遍家庭的推广使用。给被测者提供次数较多的血压测量值，由此便于医生更准确的诊断病情。电子血压计体积小，方便携带，其

6、相对于水银血压计更加环保安全。1.3 电子血压计现状电子血压计从使用原理上经历了听诊法和示波法两个阶段。目前，只有极少数的公司生产的血压计是基于听诊法的，大多数主流企业都是采用的示波法。虽然相对于水银血压计来说，示波法电子血压计的可靠性和准确性都有较大的提高。但受测量系统因素和人体生理因素的影响，示波法电子血压计的准确性，尤其是重复性仍然不尽如人意。这也是本设计将面临的一大挑战。电子血压计在普通家庭中具有良好的推广性，为人体血压测量及各种心血管疾病的预防起到了积极作用。目前国际上发达国家普遍禁止使用水银柱式血压计，而采用精度更高的电子血压计。当今社会可持续发展的主题是“低碳、环保、健康”，我们

7、国家将于2013年全面禁止使用水银，这也标志着属于传统水银血压计的王朝将要落下帷幕。因此传统水银血压计将会被电子血压计所取代，可以预见本次设计的便携式数字血压计将会有非常广阔的发展前景。1.4 本章小结 本章通过对血压计的一些发展情况进行了解，并且说明了电子血压计设计目的。血压很多时候是衡量人体健康与否的标准，因此血压计对于每个人来讲具有重要的作用。设计出一款经济高效的电子血压计具有重要的意义，由此引出本次关于便携式数字血压计电路的设计。 第2章 基本理论及方案论证2.1 血压计简介2.1.1 血压计的特点电子血压计通过压电传感器和单片机以及液晶显示器等主要电子元器件构成。利用袖带静态压力与袖

8、带动脉压力波的对应关系，以此测量出人体的平均压、收缩压、舒张压。12传统的水银血压计由于体积较大不利于携带。其测量血压方法的难度系数较大，不利于普通家庭的推广使用。尤其是水银血压计里面含有水银，水银是剧毒物质，不利于环保健康的需要，因此更加限制了水银血压计的推广。电子血压计相对于传统的水银血压计具有体积小，携带方便，测量准确，使用方便，不含水银无毒无害的特点，其不断地被广大的家庭接受认可，具有很好的推广性和发展空间。2.1.2 使用中注意事项1.电子血压计的设计是面向所有家庭成员的，所以测量的位置是在上臂，在测量的时候，袖带要与心脏保持水平，手心向上，前臂与肘很自然的放在桌上面。2.测量的环境

9、应该保持安静，时刻保持心情的平静，测量前休息15分钟，深呼吸5次，进行测量。3.由于人体一天处在不同的时间段，血压值是不一样的，所以测量应该每天在相同的时间，用同样的姿势进行血压的测量。4.在运动后或者饭后的一个半小时才能进行血压的测量。5.被测者应该保持平静乐观的心情，不要心慌和过度紧张。32.2 血压的测量方法2.2.1 血压的定义当心脏收缩时，从心室摄入的血液对血管壁产生的侧压力，这时血压最大，此时内壁的压力称为收缩压。正常的收缩压范围95140mmHg。当心脏舒张末期，血液暂时停止摄入动脉，而已经流入动脉的血液靠血管壁的弹性和张力的作用，继续流动，对血管壁仍有压力，这时候的血压称为舒张

10、压。正常的舒张压范围6090mmHg。（1mmHg=0.133KPa）12.2.2 血压的测量方法血压的测量可分为直接测量法和间接测量法两种。直接测量法是一种有创测量法，通过在血管内放置导管后测得的血压。在危重病人如心脏手术病人、深度昏迷休克病人和大型手术时，对血压进行实时变化的监测具有很重要的临床价值，这就需要采用有创血压监测技术来实现。间接测量法又叫无创测量法，也就是不通在血管内放置导管而是通过间接测得的血压。当今社会医疗都提倡无创检测和无创治疗，因此血压计的发展将会往无创的方向发展。间接测量法又分为听诊法和示波法。听诊法又叫，柯氏音法也就是我们通常所见到的医务人员用的水银血压计进行测量血

11、压的方法。听诊法测量血压所用的血压计由气球、袖带和检压计三部分组成。现在一般医院使用的是水银血压计，是基于柯氏音听诊法。医生可以通过用听诊器听动脉血管的不同声音，来判断收缩压和舒张压的值。但听诊法存在着一些缺点：一是确定舒张压比较困难；二是此方法凭人的视觉和听觉来进行判别，在判断的过程中人的情绪、反应能力、所处环境的噪声、测量环境的温度等因素都会影响人的主观判断能力，使测量结果存在较大误差。该方法对医务人员的技术要求比较高，不适宜在广大的家庭中推广使用。在7080年代发展起来的一种电子测量血压的方法。它的基本原理是把人工柯氏音法用电子技术来完成。判断方法是用计算机代替了人的判断。这种方法减轻了

12、医生的劳动强度，一致性比较好，但是易受外界干扰，即外界的其他声音振动等都会影响测量准确度。不同人的脉搏强弱也对测量结果有一定影响。所以，目前大多数医院使用的无创血压监护设备都采用的示波法原理。12示波法也叫测振法，是90年代发展起来的一种比较先进的电子测量方法。示波法血压计的测量采用充气袖套来阻断上臂动脉血流，从而进行血压测量。通过建立收缩压、舒张压、平均压与袖带动脉压力波的关系来判别血压。与柯氏音法血压计相比较,示波法适用范围广,不依赖于柯氏音,抗环境干扰能力强,并且动脉压力波信号频率较低, 适于计算机处理, 能测出较准确的血压，还便于采用电子线路加以实现, 其测量结果与柯氏音法有着统计上的

13、一致性。常见的判别法有突变点准则、固定比率计算法。在突变点准则的方法中由于背景噪音和个体差异，给特征点的确定带来了困难。固定比率计算法是根据动脉压力波振幅与气袖压力之间的关系来判断血压的。与动脉压力波最大幅值对应的是平均压,收缩压和舒张压通过对应动脉压力波最大振幅的比例来计算。12.3 血压测量工作原理 本次设计的便携式数字血压计测量将采用示波法原理。示波法又叫测振法，是通过建立平均压、收缩压和舒张压与动脉压力波的关系来判别血压。示波法是通过袖带静态压力与动脉压力波的同时记录来测量血压。对袖带进行充气时，本次设计对袖带充气到200mmHg，当袖带压力大于收缩压时，动脉关闭，袖带由于近端脉搏的振

14、动冲击，会出现小幅度的震荡波。随着袖带以35mmHg/s的速度进行放气时，当袖带压力小于等于收缩压时，波幅开始增大。当袖带压力等于平均压的时候，动脉的管壁处于去负荷状态，波幅达到最大。当袖带压力小于平均压时，波幅逐渐减小。当袖带压力小于舒张压时，动脉管壁已经充分扩张，管壁刚性增加，波幅又维持在了较小的幅度。示波法的关键在于找到静态压力与动脉压力波的关系。116关于示波法血压的判定方法主要有两种：突变点准则、固定比率计算法。突变点准则的判定方式为根据收缩压与舒张压对应的脉搏包络点的变化陡度较大，而平均压对应的脉搏包络点变化陡度最小的特点，对脉搏包络进行微分，从而分别得到对应的收缩压、舒张压和平均

15、压。但是由于背景噪声和个体的差异，给特征点的确定带来了困难。目前设计大多采用固定比率计算法，该方法认为袖带内振动信号幅度达到最大值对应的袖带压力为平均压，目前，该准则基本得到了公认。本次设计也采用固定比例计算法，判断方法是先找出压力脉搏波信号的最大振幅值 Amax ,在往前找出振幅值为0. 5Amax的瞬态位置对应血压直流分量即为收缩压,往后找幅值为0. 8Amax的瞬态位置对应血压直流分量即为舒张压，最终通过相应的运算处理在液晶显示器上面显示测量结果。其中静态压力信号与动脉压力波信号对应关系如图2-1所示：1 图2-1 静态压力信号与动脉压力波信号对应关系2.4 方案论证2.4.1 设计总体

16、要求本设计以压力传感器、单片机、液晶显示器等元器件为主体，通过外围电路的连接，设计构成便携式数字血压计。其必须满足能够测量出人体的血压信号，能够进行收缩压和舒张压的判别以及进行相应的运算，能够在液晶显示器上显示出所测得的收缩压与舒张压的值。该电子血压计采用示波法原理，通过置于袖带内的压电传感器将袖带内的静态压力和动脉压力波转化为比较微弱的电信号输出，然后信号分为两路进行放大滤波分别得到静态压力和动脉压力波信号，再通过A/D（模数）转换器分别将信号转为数字信号，最后进入单片机，通过主程序的处理计算，最终在液晶显示器上面显示出收缩压与舒张压的测量值。45本设计要求压力传感器具有较高的灵敏度，性能稳

17、定，满足长期重复使用的条件。要求模数转换器具有工作稳定，性价比高的特点。微处理器必须能够将反应袖带压力和动脉压力波的数字信号进行处理运算，得到相应的收缩压和舒张压的值，且工作性能必须稳定，功耗较低。显示器通过与微处理器进行相应的连接，准确显示出测量的值，要求其具有低功耗，体积小，显示清晰的特点。2.4.2 设计的总体框图本设计通过运用单片机对袖带的充放气进行控制，使得压力传感器产生相应的信号，通过A/D转换器，最终经过单片机的计算处理，通过液晶显示器显示出测量的结果。硬件原理框图如图2-2所示:单片机 A/D转换器液晶显 示器 压力传感器 气泵 袖带 按键 放气阀 图2-2 硬件原理框图2.4

18、.3 根据设计要求对比选择硬件根据本次设计的硬件原理对本次设计的硬件进行最终的对比选择，主要在压力传感器、A/D转换器、单片机、液晶显示器的选择上面。本次设计的便携式数字血压计具有体积小、携带方面、测量准确、使用方便的特点，并且具有良好的推广使用性。在硬件的选择上面将在优先满足上述总体的要求下，选用技术先进、性价比高的电子元件。血压计的传感器是压力传感器。本次设计的一大关键在于设计出测量准确的血压计，因此压力传感器的选择显得格外的重要。人体的血压信号一般为V与mV之间的低频小信号，信噪比低，因此对传感器的要求很高。本次设计要求所选用的压力传感器具有灵敏度高、良好的线性度、性能稳定、长期重复使用

19、的特点。MPX5050GP和BP300APM压力传感器是电子血压计中常用的传感器，都具备了较高的灵敏度、良好的线性度、工作性能可靠稳定。但是MPX5050GP在性能上面更为出色，其采用了摩托罗拉公司的多项专利技术，使得灵敏度极高，且内部还内置了运算放大器，对测量的血压信号进行放大，袖带静态压力可以直接接到A/D转换器上面，这是BP300APM所不具备的。因此，经过对比，本次设计选用了性能更加优越的MPX5050GP压力传感器。614血压计的设计中，要对测量的信号进行模数转换，由于测量的信号有静态压力信号和动脉压力波两种信号，因此对于模数转换至少需要两个通道，MAX197和ADC0832都是性能

20、优越的A/D转换器。MAX197具有良好的兼容性，且转换的时间可以达到6S。ADC0832具有体积小，兼容性良好、性价比高的特点，转换时间为32S，相对于MAX197来讲所花时间会多一些，但是能够达到本次设计的要求。更重要的是ADC0832具有双通道A/D转换的特点。由于本次设计有两种信号需要转换，若用MAX197，则会用两个，若用ADC0832，一个就可以满足要求。在考虑到电路简单化、经济化，本次设计将选用A/D转换芯片ADC0832。715单片机是设计的核心部件，主要运用于对信号的处理和对外部其他硬件的控制。电子血压计中常用的单片机有很多，例如MSP430、PIC16系列单片机，这些单片机

21、价格相对较高，通过对单片机的熟悉和了解程度以及考虑到制作成本的问题，本次设计选择了AT89C51单片机。该单片机可以大幅度降低成本，同时足以满足设计的要求，在产品中具有很强大的竞争优势。8对于液晶显示器的选择，低功耗是首要考虑的对象，其次优先选择显示清晰、体积小的液晶显示器。本次设计选用1602LCD，它具有功耗低、超薄轻巧的特点，非常适合本次设计的要求。92.5 本章小结 本章通过对电子血压计的特点和血压测量的方法进行介绍，根据本次血压计设计的特点来对比选择相关的硬件元器件。通过对比选择，在满足本次设计要求的前提下，选择性价比高的硬件模块，由此设计出的电子血压计具有高的性价比，也更具有竞争的

22、优势。第3章 元器件介绍及硬件电路的设计3.1 元器件介绍3.1.1 MPX5050GP传感器简介MPX5050GP是摩托罗拉公司生产的一款采用离子注入工艺生产的压力传感器，其压敏电阻元件利用离子注入工艺光刻在单个膜片上，同时采用计算机控制的激光修正技术，使得MPX5050GP压力传感器精度极高，具有广泛的应用范围。MPX5050GP传感器内置了运算放大器，使得其模拟输出的电压正比于所测量的压力值和其正常工作的偏置电压。由于其采用了摩托罗拉公司的多项专利技术，因而该传感器具有良好的线性度，且长期重复性好。MPX5050GP的内部构造如图3-1所示：图3-1 MPX5050GP内部构造该传感器的

23、内部集成了一个X型压敏传感器，一个用于修正输出误差大小的电阻补偿网络，一个运放和一个输出电路。正常工作时传感器所探测的压力信号首先转换为一电压信号，然后电阻补偿网络对该电压信号进行补偿，使之与所探测的压力信号满足一定的线性关系，最后经运放对该电压信号进行放大，并输出。引脚功能如表3-1所示： 引脚号 符号 功能 1 Vout 传感器输出端 2 Vss 接地端 3 Vdd 电源正端 4、5、6 内部连接脚，使用时，禁止和电路连接 表3-1 MPX5050GP引脚功能性能参数如表3-2所示：测试参数单位最小典型最大压力测量范围KPa050工作电压V4.7555.25工作电流mA710输出电压范围（

24、085，Vs=5V）V0.24.7精度%2.5灵敏度mV/KPa90预热时间ms20表3-2 MPX5050GP性能参数 根据该传感器的良好线性度得出公式:Vout=Vdd*(0.018*P+0.04)，其中Vdd为5V，Vout为输出电压，单位V，P为传感器受到压力，单位KPa。6143.1.2 ADC083芯片简介 ADC0832是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。ADC0832具有以下特点：􀂄 8位分辨率；􀂄 双通道A/D转换；h

25、8708; 输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；􀂄 5V电源供电时输入电压在05V之间；􀂄 工作频率为250KHZ，转换时间为32S；􀂄 一般功耗仅为15mW；􀂄 8P、14PDIP（双列直插）、PICC多种封装；􀂄 商用级芯片温宽为0°C+70°C，工业级芯片温宽为40°C+85°C； ADC0832接口示意图如图3-2所示: 图3-2 ADC0832接口示意图 ADC0832芯片接口说明：CS_ 片选使能，低电平芯片使能。CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/

26、-使用。CH1 模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。GND 芯片参考0电位（地）。DI 数据信号输入，选择通道控制。DO 数据信号输出，转换数据输出。CLK 芯片时钟输入。Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）。73.1.3 AT89C51单片机简介AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制

27、器。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。其主要特性如下：与MCS-51 兼容 ；4K字节可编程FLASH存储器；寿命：1000写/擦循环；数据保留时间：10年；全静态工作：0Hz-24MHz；三级程序存储器锁定；128×8位内部RAM；32可编程I/O线；两个16位定时器/计数器；5个中断源；可编程串行通道；低功耗的闲置和掉电模式；片内振荡器和时钟电路；AT89C51单片机封装如图3-3所示：图3-3 AT89C51单片机封装图 AT89C51单片机管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可

28、吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当

29、P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是

30、由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示： P3.0 RXD（串行输入口）； P3.1 TXD（串行输出口）； P3.2 /INT0（外部中断0）； P3.3 /INT1（外部中断1）； P3.4 T0（计时器0外部输入）； P3.5 T1（计时器1外部输入）； P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）； P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）； P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在F

31、LASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令时ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保

32、持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 振荡器特性:XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必

33、须保证脉冲的高低电平要求的宽度。83.1.4 1602液晶显示器简介 该液晶显示器具有微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧，常用在袖珍式仪表和低功耗应用系统中。 1602液晶显示器引脚图如图3-4所示: 图3-4 1602液晶显示器引脚图 1602采用标准的16脚接口，其中： 第1脚：VSS为电源地。 第2脚：VCC接5V电源正极。 第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会 产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。 第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。 第5脚：RW为读写信号

34、线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。 第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端,高电平（1）时读取信息，负跳变时执行指令。 第714脚：D0D7为8位双向数据端。第1516脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。3.2 硬件电路的设计3.2.1 传感器与A/D转换器电路的设计由于从压力传感器出来的信号是静态压力信号与动脉压力波的混合信号，还夹杂着来自外界的高频干扰和低频分量。传感器内部具有补偿电路和运放电路，对测得的信号具有一定的放大功能，但是对动脉压力波信号的放大有限，因此需要对动脉压力波信号进行进一步的滤波放大，然后连接到A/D转换器。静态压力信号可以

35、直接接到A/D转换器上面。滤波器由两个截止频率RC网络组成，根据f=1/（2RC），本次设计设定通过的动脉压力波频率为0.55Hz, 因此取R1=1M，C1=0.33F，R2=1K，C2=33F。此电路提取出了动脉压力波信号，还要对其进行放大，本次设计将放大倍数设计为150倍，由此可以使得信号定位在A/D转换器灵敏度较高的区域，可以提高采集的精度。1011传感器的输出信号有静态压力信号与动脉压力波信号，静态压力信号经过了传感器内部放大可以直接接ADC0832，动脉压力波信号要进行滤波放大后再接到ADC0832,通过了模数转换以后与单片机P2.1口进行连接。P2.1即为信号的输入口。综上所述，传

36、感器及A/D转换器的硬件电路图如图3-5所示：图3-5 传感器及A/D转换器电路图3.2.2 复位电路与时钟电路的设计复位电路由+5V的电压源供电，通过一个500与一个8.2k的电阻以及一个10uF的无极性电容组成，连接到RST接口。通过按键开关，当按键按下，RST接口电平被拉高，保持RST脚两个机器周期的高电平时间，此时单片机进行复位。由两个1nF无极性电容和12MHz的晶体振荡器，通过连接单片机的XTAL1和XTAL2接口，构成了一个时钟振荡电路。本次设计的单片机的复位电路与时钟电路如图3-6所示：图3-6 复位电路与时钟电路3.2.3 开关电路 开关电路用来启动血压计系统工作，通过一个开

37、关连接到单片机的P2.6接口。通过开关的闭合与断开，改变该接口的电平高低，来控制血压计系统工作。当P2.6口为高电平时系统不工作，当P2.6口为低电平时系统工作。其具体如图3-7所示：图3-7 开关电路3.2.4 充气泵控制电路充气泵控制电路，通过单片机P1.3口输出的电平高低进行控制，当P1.3口输出低电平约为0.6V信号给R11，Q2导通，Q2导通输出一个电压经充气泵，使充气泵导通。D2为保护二极管，使充气泵能稳定工作。充气泵控制电路如图3-8所示：图3-8 充气泵控制电路3.2.5 放气阀控制电路放气阀控制电路，通过单片机的P1.2口的电平高低，控制放气阀以35mmHg/s的速率放气。以

38、PWM（脉冲宽度调制）方式控制，单片机将通过压力值的变化来调整放气速率。C8与C9起到稳定电源与滤波作用，减少因PWM控制造成电压不稳。当袖带充气到200mmHg时，放气阀开始放气，由单片机发出一个信号给P1.2口，经R10流过到Q3，使Q3导通，输出一个约2.7V的电压给L1，使L1开始工作，D1的作用是保护Q3和L1正常工作。放气阀控制电路如图3-9所示：图3-9 放气阀控制电路3.2.6 +5V电源供电电路电源供电电路，本设计是利用4节1.5V的5号干电池串联形成6V电压，再利用7805三端稳压集成电路，最终输出适合本设计要求的电压5V输出，供给单片机和其他硬件模块所需，具体电路图，如图

39、3-10所示：图3-10 电源供电电路3.2.7 液晶显示器电路设计液晶显示器通过与单片机的P0口进行连接来显示所测得的血压值，由于用P0口作为输出接口，因此外部接上拉电阻。VSS接地，VDD接+5V电源，VEE连接变阻器调节液晶显示器的对比度。RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器，低电平0时选择指令寄存器，与P3.5接口相连接。RW为读写信号线，高电平1时进行读操作，低电平0时进行写操作，与P3.6接口相连接。E为使能端，与单片机P3.7接口相连接，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。液晶显示器电路设计如图3-11所示：图3-11 液晶显示器线路设计3.3 本章小结 本章对

40、所选择的的硬件元器件相关参数和性能进行了介绍说明，使得自己对这些元器件有了更深的了解。对于硬件电路进行模块化处理，这样使得设计很有条理性。硬件电路的设计对自己的电路布线、元件布局能力有了很大的提升。最后将各个模块进行有效的连接，得到本次设计的硬件电路总图。第4章 软件系统设计4.1 系统工作流程图 本设计在硬件全部满足的条件下，得到本次设计的便携式数字血压计的系统工作流程图如图4-1所示： 开机 液晶显示器初始化 信号的采集和A/D转换 信号的计算与处理 测量数据的显示 结束复位 图4-1 系统工作流程图4.2 单片机主流程设计 首先单片机检测P3.6口电平的高低，若开关闭合该接口电平被拉低，

41、血压计系统开始工作。单片机通过控制P1.3口的电平，充气泵对袖带迅速充气到200mmHg。单片机通过压力传感器采集袖带气压，并根据袖带气压下降的速度来控制放气阀排气，使袖带内气压以35mmHg/s 匀速降压. 同时采集动脉压力波信号，当动脉压力波振幅达到最大时，袖带气压就是动脉的平均压。波峰值前面0.5倍幅度值，即对应的是收缩压，波峰值后面0.8倍幅度值，即对应的是舒张压。最后单片机通过液晶显示器输出测量结果。主流程图如图4-2所示： 开始测量、A/D转换数据处理子程序最大幅度后的0.8倍测量、A/D转换 N数据处理子程序保存幅度和对应压力值 Y 计算舒张压值压力波最 大幅度 最大振幅前的0.

42、5倍N计算收缩压Y 保存最大幅值Y 结束图4-2 单片机主流程图 4.3开关充放气流程设计开关充放气流程是指当接单片机的开关闭合时，此时系统开始工作。首先单片机通过对P1.3口输出低电平，此时充气泵开始对袖带充气到200mmHg停止充气，此时通过单片机P1.2口控制放气阀进行35mmHg/s的速度放气。开关充放气流程图如图4-3所示： 开始开关按键是否按下NY 开启充气泵气压达到200mmHgNY关闭充气泵并打开放气阀满足以35mmHg/s放气 调节放气阀NY 按正常步骤测量血压值 图4-3 开关充放气流程4.4 信号测量流程设计本次设计测量的信号有两种，一种是袖带的静态压力信号，另一种是动脉

43、压力波信号。其中的袖带静态压力信号通过传感器出来直接接A/D转换器，另一路动脉压力波信号出来要经过滤波放大电路才能接A/D转换器。最终信号都输入到单片机进行采样分析，经过一定的处理，单片机得出系统所测得的收缩压与舒张压。信号测量流程，如图4-4所示： 单片机 A/D转换器传感器 袖带 滤波放大 图4-4 信号测量流程4.5 信号处理流程设计信号在测量放大滤波经过A/D转换器，最终进入单片机内部，由单片机内部程序进行相应的信号处理，最终得到舒张压与收缩压。信号处理模块的流程图如图4-5所示： 读取A/D信号取A0之前0.5A0为收缩压对应幅度，得出收缩压 取A0之后0.8A0为舒张压对应幅度，得

44、出舒张压A0是波峰值，存储A0值比较此时波幅A1与上次波幅A0的大小A1<A0NY图4-5信号处理流程4.6 显示流程设计单片机的通过处理得到所测得的收缩压与舒张压的值，通过对P0口连接的液晶显示器进行数据输出，最终显示出来结果，显示流程如图4-6所示： 数据P0口输出 单片机处理结果数据输出完成NY显示收缩压与舒张压测量结果 复位 图4-6 显示流程4.7 本章小结 本章对本次设计的软件系统流程进行了说明，每一个模块都有其自身的功能，通过协调工作最后才能达到测量血压的目的。通过软件对硬件电路进行驱动的工作需要仔细认真，需要考虑到很多因素，避免各个模块出现工作上面的冲突。有一个良好的软件

45、驱动系统，每个硬件模块都可以很好的协调工作，最终提升硬件的总体性能。结 论通过本次关于便携式数字血压计的设计，为了保持测量的精度，我选择了由摩托罗拉公司生产的高精度MPX5050GP压力传感器，并设计了相应的放大滤波电路，使测量信号的精度保持较高水平。在单片机与液晶显示模块的选择，我选择了满足要求价格便宜的AT89C51与1602液晶显示器，这样设计出来的电子血压计，在能够满足较高精度测量的条件下，拥有低的生产成本，使得在面向普通家庭的推广中，更具有竞争力。本次设计的电子血压计在测量的过程中，由于压力传感器是高灵敏度的传感器，因此测量的过程中人体必需要遵守测量的一些要求，切忌紧张和测量姿势不对

46、等情况的出现。人体每次测量的血压值所得到的结果一模一样的几率很低，因为正常人体的血压随时都在波动变化的，不能因为连续几次测量的结果不一致就认为电子血压计的测量不准确。12在单片机处理所测得的收缩压和舒张压的过程中，由于本设计采用的是示波法测量的原理，对于判断收缩压与舒张压运用的是固定比率的算法，固定比率的值是在一个范围内取值。其中收缩压对应幅值与平均压对应幅值的固定比率的取值范围是0.30.75，舒张压对应幅值与平均压对应幅值的固定比率的取值范围是0.450.9。本次设计取值分别为0.5和0.8，为了进一步的提高测量的精度，可以通过大量的临床样本对该血压计的参数进行修改校验。可以用水银血压计或

47、者其他的高精度电子血压计对其进行固定比率参数的校验，对本次设计血压计的精度作进一步的提升。13本次设计的电子血压计的功能具有扩展提升的空间，可以通过单片机在规定的时间内检测动脉压力波的峰值的个数，以此来计算判断所测量的人体心率值，最终显示到液晶显示器上面，目前大多数先进的电子血压计都具备了测量心率的功能。 致 谢通过本次设计，使得我把自己大学所学的很多电路知识都重新巩固了一遍，通过查阅了很多资料与文献，拓宽了自己的知识面。本次设计期间，在孙静老师的悉心指导下，我对自己的设计思路更加的明确。孙静老师对我的多次指导，让我对本次设计的传感器和51单片机的性能等模块有了较深刻的认识。首先，关于血压计设

48、计的背景，我通过网络对血压计的发展历程和现状做了一个深刻的了解。硬件模块的选择，我仔细的阅读了每个元件的介绍，最终进行了选择。本次设计通过不断的考虑硬件与软件方面的问题，对我自己的设计思维和电路安排布局理念有了一个很大的提高。更重要的是进一步加强了我的电路知识和设计创新的能力，也培养了自己的电路设计兴趣。在此，对在我的设计中给予我帮助的孙静老师表示深深的谢意。参考文献1 余学飞.现代医学电子仪器原理与设计M.广州：华南理工出版社，2007.2 杨玉星.生物医学传感器与检测技术M.北京：化学工业出版社，2005.3 顾涵.基于AT89S51单片机的电子血压计设计J.常熟理工学院报（自然科学），2011,25（8）：97-100.4 张晓芳.基于示波法电子血压计的研究与设计D.吉林大学硕士学位论,2004.9-2006.5. 5 张高雷.提高示波法电子血压计测量准确性的考虑J.计量与测式技术,2010, 37(2):28.6 董雪峰.基于MPX5050GP的便携式数字血压计J.电子世界.2006,8:59-60.7 杜洋