毕业设计便携式电子血压计设计说明

1、 . PAGE- 39 - / NUMPAGES50 . 便携式电子血压计设计摘要现代社会快速的发展，不仅带来了客观的经济效益，还导致我们的生活环境日益恶化。随着人们生活水平的提高，人们也更加注重自己的健康问题，而现代人们由于各种不良的生活习惯以与快速的生活节奏，导致人们的健康问题岌岌可危。其中“高血压”就是比较典型的当代都市病，“高血压”的发病率与年龄成正比，而且跟地理分布、个人的饮食习惯、生活环境更甚于和个人的体重有直接的关系。所以人们对“高血压”的防治，可以从培养健康的饮食习惯、加强体育运动、养成不抽烟，不喝酒的良好习惯等方面下手。即便人们已经意识到“高血压”的危害，可是“高血压”的患者

2、还是逐年上升，有效、便捷的测量血压，对人们与时了解人体状况，更甚于可以进行与早的防治与治疗。传统的水银血压计需要配合听诊器测量，由专业的医护人员判断出收缩压、舒压。整个测量过程比较复杂，且受人为因素影响误差难以保证。便携式血压计的出现，实现了非专业的医护人员也可测量血压的情况，便携式电子血压计操作简单，不需要他人帮助捆绑袖带和使用听诊器测量数据。随着便携式电子血压计的更新与换代，出现了臂式、腕式等多种类的电子血压计，而且更多功能以与人性化的服务走进千家万户。人们现在不用去医院进行血压的检测，在家就可以进行每日的血压测量与监测。很好的起到了对“高血压”的预防作用，也能使“高血压”进行与时的治疗。

3、本设计主要以AT89C51单片机为核心，用压阻式压力传感器测得血压值，经过数模转换器转换成数字信号，经过单片机处理后，显示在液晶屏上。本设计的电子血压计具有体型小、低功耗、误差小、便于用户操作等优点，克服了水银血压计需专业知识、不易携带等缺点。也克服了一般电子血压计误差大，没有记忆功能，不能进行数据对比等缺点，使用起来更加人性化，更加简单，适合各类人群使用。关键词：血压；电子血压计；单片机 ABSTRACTRapid development of modern society, not only has brought the objective economic benefits, also

4、 led to the deterioration of our living environment. As people living standard rise, people also pay more attention to their health problems, and modern people because all sorts of bad living habits as well as the fast pace of life, lead to peoples health is at stake. Among them hypertension is typi

5、cal of contemporary urban disease, the incidence of hypertension is proportional to the age, and with distribution, personal eating habits, living environment more than have a direct relationship and individual weight. So people on the prevention and control of high blood pressure, can develop healt

6、hy eating habits, strengthen sports, not smoking, not drinking habits, etc. Even if people have been aware of the dangers of hypertension, high blood pressure patients is rising year by year, however, effective and convenient measure blood pressure, for people to understand the status of the human b

7、ody in time, even more than for early prevention and treatment. Traditional mercury sphygmomanometer need coordination with the stethoscope measurement, by a professional medical personnel determine that the systolic pressure, diastolic blood pressure. The whole measuring process is more complex, an

8、d error affected by human factors is difficult to guarantee. The emergence of portable blood pressure monitor for non-professional staff also can measure blood pressure, a portable electronic device, simple operation, dont need others to help bind cuff and the use of stethoscope measurement data. As

9、 the updating and upgrading of portable electronic blood pressure monitor, the arm, wrist, etc all kinds of electronic sphygmomanometer, and into more functions and humanized service. People dont have to go to hospital for blood pressure testing, now at home can be a daily blood pressure measurement

10、 and monitoring. Very good have played an important role for prevention of high blood pressure, also can make timely treatment hypertension. This design mainly USES AT89C51 microcontroller as the core, with piezoresistive pressure sensor measured the blood pressure value, through d/a converter is co

11、nverted into digital signals, after dealing with the single chip microcomputer, display on the LCD screen. The design of the electronic blood pressure monitor with a small size, low power consumption, small error, the advantages of easy operation, overcome the mercury sphygmomanometer need professio

12、nal knowledge, shortcomings and so on is not easy to carry. And overcome a great error in the general electronic blood pressure monitor, no memory, not data comparison and so on shortcomings, use rise more human, more simple, suitable for all kinds of people. Keywords: blood pressure;blood pressure

13、monitor; single chip microcomputer 目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc357327430第一章绪论 PAGEREF _Toc357327430 h 1HYPERLINK l _Toc3573274311.1 课题背景 PAGEREF _Toc357327431 h 1HYPERLINK l _Toc3573274321.2 血压介绍 PAGEREF _Toc357327432 h 1HYPERLINK l _Toc3573274331.3血压的测量方法 PAGEREF _Toc357327433 h 3HYPERLINK l

14、 _Toc3573274341.4 血压计发展概况 PAGEREF _Toc357327434 h 4HYPERLINK l _Toc357327435第二章总体设计方案 PAGEREF _Toc357327435 h 7HYPERLINK l _Toc3573274362.1 设计总体要求 PAGEREF _Toc357327436 h 7HYPERLINK l _Toc3573274372.2 设计方案提出 PAGEREF _Toc357327437 h 7HYPERLINK l _Toc3573274402.3设计方案论证 PAGEREF _Toc357327440 h 9HYPERLI

15、NK l _Toc3573274432.4 系统总体结构设计 PAGEREF _Toc357327443 h 11HYPERLINK l _Toc357327444第三章硬件设计 PAGEREF _Toc357327444 h 13HYPERLINK l _Toc3573274453.1传感器电路设计 PAGEREF _Toc357327445 h 13HYPERLINK l _Toc3573274473.2单片机电路设计 PAGEREF _Toc357327447 h 15HYPERLINK l _Toc3573274503.3 液晶显示电路设计 PAGEREF _Toc357327450

16、h 25HYPERLINK l _Toc3573274513.4 电源电路设计 PAGEREF _Toc357327451 h 27HYPERLINK l _Toc357327452第四章软件设计 PAGEREF _Toc357327452 h 31HYPERLINK l _Toc3573274534.1 程序主流程图 PAGEREF _Toc357327453 h 31HYPERLINK l _Toc3573274544.2 单片机子程序模块 PAGEREF _Toc357327454 h 33HYPERLINK l _Toc3573274554.3 液晶显示子程序模块 PAGEREF _T

17、oc357327455 h 34HYPERLINK l _Toc3573274564.4 数据处理子程序 PAGEREF _Toc357327456 h 34HYPERLINK l _Toc357327457第五章总结 PAGEREF _Toc357327457 h 37HYPERLINK l _Toc3573274585.1 设计总结 PAGEREF _Toc357327458 h 37HYPERLINK l _Toc3573274595.2 设计心得 PAGEREF _Toc357327459 h 37HYPERLINK l _Toc357327460参考文献 PAGEREF _Toc35

18、7327460 h 39HYPERLINK l _Toc357327460致 PAGEREF _Toc357327460 h 40附录A PAGEREF _Toc357327460 h 41附录B PAGEREF _Toc357327460 h 44第一章 绪论1.1 课题背景当今社会发展速度快，人们的生活水平也不断提高，可是随着社会的快速发展人们的生活节奏也越来越快，人们的生存压力也不断加大。这样健康问题就越来越突出，更多的人也更加重视健康问题，现在个人收入的一部分已经开始向医疗产业支出。而医疗产业不再是以前的看病就医，现在也有更多先进、快捷的医疗电子产品流入千家万户。这类电子产品都有共同的

19、特点：操作简单、体积小、便于个人或家庭使用，从此便开始了个人疾病预防的篇章。高血压是最常见的一种慢性疾病，虽然高血压人们已经司空见惯，可是高血压引起的并发症：心肌梗死、心力衰竭、慢性肾脏病等都是危机人生命的重大隐患，高血压已经被医学界称为“无形杀手”，可想而知其严重程度。并且随着高血压患者的逐年增长的趋势，让人们不得不越来越重视高血压的预防与诊断。一般医院使用水银血压计，它是基于柯氏法的一种气压式血压计，使用时需要专业的一生用听诊器观察动脉血管的不同声音从而来判别收缩压和舒压的值。水银血压除了专业或有经验的操作人员其他人一般很难实现测量准确，而且不能实现自己为自己测量，这样也会造成诸多不便。并

20、且柯氏法也存在着一些固有的缺点：一是确定收缩压与舒压比较困难;二是此法测量的依据是人的听觉和对汞柱的观察，这样以来主观因素大，容易因人不同造成血压值测量的不同；人们需要一个方便，安全，便于操作的血压计来实时的测量自己血压。于是乎电子血压计就应运而生，他满足了人们需求一个快捷、安全、方便的血压测量工具的要求，得到了个人与家庭的青睐。电子血压计也逐渐取代了水银血压计的地位，现在越来越多的医疗机构也在使用电子血压计来为就诊的患者进行测量，因为电子血压计不需要造作人员有过硬的医疗经验，而且电子血压计可以进行的数据读入与调出，可以很方便的让患者进行血压动态的观察。电子血压计的出现不仅给人们带来了方便与快

21、捷，还可以让人们定期的测量血压与时的预防高血压与其并发症。随着电子血压计的发展，人们选择电子血压计的标准也越来越高，所以电子血压计的更新换代与其功能的人性化就成了电子血压计的卖点。1.2 血压介绍体循环动脉血压称为血压。血压是血液在人体血管流动时，作用在血管壁上的压力，血压是推动血液在人体血管流动的动力。血液循环中有两个相互协调的系统,从右心室泵出的血液通过肺动脉和吸入的氧气结合，氧合后的血液变成动脉血后进入左心房，然后充盈左心室。心肌收缩使血液从左心室泵出，通过主动脉而送到全身，此时血液对动脉的压力最高，称为收缩压，心室舒时，动脉血管弹性回缩，血液仍慢慢继续向前流动，但血压下降，此时的压力称

22、为舒压。血液在毛细血管处进行物质交换以供应人体所必需的营养。回流的血液成为静脉血，通过静脉系统，最后从上、下腔静脉进入右心房。以后重复周而复始的循环，此时血液对动脉的压力最高，称为收缩压 王吉云.高血压患者救诊答疑J.人民卫生,2011.813 。另一方面，泵本身工作是由心脏收缩来完成。心肌接受冠状动脉来的血液，它象花一样环绕着心脏。冠状动脉硬化会使心肌得不到充分的血液供应而梗塞，心肌的梗塞将使心脏失去泵血功能而导致死亡。心脏周期性收缩和舒所产生的压差迫使血液在全身流通。血液由主动脉通过许多动脉杈之后到达各器官、脑和肢体。动脉系统的血管横截面积逐渐减小，动脉数增加到小动脉为止，然后再进入静脉系

23、统而返回右心房。血压的脉动性也随血管的直径减小而降低，同时血压值也逐渐减小到零崔桂华,万兆强,金少华 .高血压的自我疗法J .中国中医药 ,2003. 37。对于健康的成人，在心血管系统中各不同部位的正常血压值如下：（1）臂动脉：收缩压一般在 95140mmHg（12.6718.67kPa）围，平均值为 110120mmHg（14.6716kPa）；正常舒压为6090mmHg（812kPa），平均值为 80mmHg（10.67kPa）。脉动血压一般用分数形式来表示：120/80。分子代表收缩压，分母代表舒压。（2）主动脉压：约为 130/75；左心室约为 130/5；左心房约为 9/5；右心室

24、为 25/0；右心房为 3/0；肺动脉为 25/12。（3）毛细血管：约为 2030mmHg（2.674.0kPa）；静脉为 020mmHg（02.67kPa）。如果血压高于或低于正常值都会对身体造成伤害，而人体的血压与心输出量、外周血管阻力、血液的粘滞性、动脉壁的弹性、心率等因素有关。此外，年龄、气候、饮食与情绪等因素也有影响。但是长期的高血压或者低血压会带来许多严重的并发症。比如：血压值达到或超过收缩压140mmHg和(或)舒压90mmHg，一般认为是高血压。高血压是引起动脉粥样硬化和 HYPERLINK :/baike.baidu /view/29208.htm t _blank 冠心病

25、的重要危险因素之一，也是催发 HYPERLINK :/baike.baidu /view/76002.htm t _blank 心力衰竭的重要原因。高血压最常见的有原发性高血压和继发性高血压。原发性高血压一般称为高血压病，是病因尚未十分明确而以高血压为主要临床表现的一种独立疾病，约占所有高血压病人中的 90。高血压病在临床上会引起脑血管意外、心力衰竭、肾衰竭等并发症。继发性高血压又称为症状性高血压，此种血压是某些疾病的一部分临床表现，可为暂时性或为持久性，临床上较少见，约占高血压病人中的 10。引起继发性高血压的疾病，较常见者有肾脏疾病、分泌疾病、血管病变和颅脑疾病。此外，还有一种血升高的情况

26、，称为收缩期高血压，病人的收缩压高于正常，但舒压则正常或低于正常，因而脉压差增大此种情况多见于动脉硬化等疾病。而血压低于90/60mmHg时称低血压。持续的低血压状态多见于严重病症，如休克、心肌梗死、急性心脏压塞等。低血压也可有体质的原因，患者自诉一贯血压偏低，患者口唇黏膜，使局部发白，当心脏收缩和舒时则发白的局部边缘发生有规律的红、白交替改变即为毛细血管搏动征3 胡大一,钟南.高血压知识问答J.科学 ,2008. 2224。1.3血压的测量方法血压高低是人体重要的生理指标之一，正常的血压是维持人体正常新代的重要条件之一。同时，血压的数值也反映了人体心脏器官和血管功能的状况。血压的与时监测对预

27、防疾病与时治疗疾病、与早发现疾病，都有重要的意义。近年来，由于生活水平提高，人们摄入脂肪等增多，加之缺乏运动、精神压力增大，高血压病的发病率显著提高。由此可见，能够方便、准确地测量血压值对于与时发现原发性高血压和指导继发性高血压病人合理用药意义重大。而且临床上还经常需要对危重病人和手术中的病人实行血压的连续监护，以防病人出现意外，也便于医护人员与时采取措施。由此可见血压的精确测量格外重要。血压的直接测量是一种有创的测量方法。它需要将管道直接插入生物体的血管来直接测量血压，它可以连续的测量血压波形的变化并进行监护。可是直接测量方法虽然测量准确，但是对身体有危害，一般重症患者或老年人都无法采取这种

28、测量方法。现行的测量方法多为血压的间接测量，在血压间接测量法中，又分为听诊法（Auscultatory method）和示波法（Oscillometric method）两种。听诊法：用听诊器听取血压柯氏音进行人体血压测量的方法叫听诊法，用听诊法测量血压的血压计叫听诊法血压计。最常见的听诊法血压计就是医院中常用的水银血压计，水银血压计最初由俄国医师N.科罗特科夫发明，装置包括能充气的袖袋和与之相连的测压计，将袖袋绑在受试者的上臂，然后打气到阻断肱动脉血流为止，缓缓放出袖袋的空气，利用放在肱动脉上的听诊器可以听到当袖袋压刚小于肱动脉血压血流冲过被压扁动脉时产生的湍流引起的振动声(柯罗特柯夫氏声，

29、简称柯氏声)来测定心脏收缩期的最高压力，叫做收缩压。继续放气，柯氏声加大，当此声变得低沉而长时所测得的血压读数，相当于心脏舒时的最低血压，叫做舒压，当放气到袖袋压低于舒压时，血流平稳地流过无阻碍的血管，柯氏声消失。由于汞的比重太大，水银测压计难以精确迅速地反映心搏各期血压的瞬间变化，医院的医生所使用的水银柱式血压计，只是压力测量的工具。认为水银柱式血压计是精确的血压计的观点是片面的，因为水银柱式血压计只是一个压力计而已，重点在于医生通过听诊器进行的听诊。后来发展处改用各种灵敏的薄膜测压计可以较准确地测得收缩和舒压。近年来常使用各种换能器与 HYPERLINK :/baike.baidu /vi

30、ew/130973.htm t _blank 示波器结合可以更灵敏地测定记录血压。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压力计。示波法：示波法又称为压力振荡法其工作过程是先将袖带充气以阻断动脉血流然后在放气过程中检测袖带的气体压力并提取微弱的脉搏波。当袖带压力P远高于收缩压时，脉搏波消失。随着袖带压力下降，脉搏开始出现。当袖带压力从高于收缩压降到收缩压Ps以下时，脉搏波会突然增大，在平均压Pm时幅值达到最大。然后脉搏波又随袖带压力下降而衰减。示波法血压测量就是根据脉搏波幅度与袖带压力之间的关系来估计血压的。脉搏波最大值对应的是平均压，收缩压Ps和舒压Pd分别由对应脉

31、搏波最大幅值的比例来确定。电子血压计其原理上应该是准确的，电子血压计的临床验证是以听诊法作为标准、使用统计学的方法来设计的。但这并不意味着使用 HYPERLINK :/baike.baidu /view/30596.htm t _blank 水银压力表的听诊法所测出的结果比电子血压计的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/2008265.htm t _blank 测量结果准确。当然，认为电子血压计的测量结果比使用水银压力表的听诊法所测出的结果更加准确也是错误的。如今电子血压计已经实现全自动智能测量，测量数据能通过网络自动传输至健康管理平台，并将生成健康数据报告反馈给用户

32、。测量结果因采用更领先的技术，也比传统电子血压计更准确了一些。对个体被测者来说，电子血压计和听诊法有差异是很正常的。无法说电子血压计与传统血压计谁更准确，只是电子血压计更加简单，更适合家庭，个人自行测量血压使用。对于电子血压计来说，虽然是便捷，可供个人或家庭使用，可是测量血压的时候还是有必要的注意事项，为了保证血压测量的准确无误，应该遵守这些注意事项，以测量出一个准确的血压值，也可以为您的安全保驾护航。注意事项主要有以下几点：（1）患者取坐位或仰卧位，被测肢体应和心脏处于同一水平，上臂自然下垂，坐位时平第四肋软骨；卧位平腋中线，平整地将袖带置于上臂中部，距肘窝下缘2-3cm。（2）需密切观察血

33、压者应做到四定 定时间、定部位、定体位、定血压计，有助于测定血压的准确性和对照的可比性。（3）为偏瘫、肢体外伤或手术的患者测血压应测健测肢体。（4）排除影响血压的外界因素如：袖带过宽、过窄；袖带缠得过紧、过松；肢体位置过高、过低等因素对血压值的影响。（5）袖带宽度要合适， 袖带太窄，须加大力量才能阻断动脉血流，测得数值偏高;袖带太宽，大段血管受阻，测得数值偏低。（6）肱动脉位置高于心脏水平，测得血压值偏低;低于心脏水平，测得血压值偏高。（7）袖带过松，橡胶带呈气球状，有效测量面积变窄，使血压测量值偏高;袖带过紧，使血管在未注气时已受压，使血压测量值偏低。（8） 发现血压听不清或异常，应重复测量

34、;应将袖带气体驱尽，稍等片刻再复测，一般连续测23次，取其最低值。（9）当舒压的变音和消失音之间有差异时;应记录两个读数，即变音消失音数值 如180/9070mmHg。（10）不要在浴后、吸烟、饮酒、喝咖啡后测血压4 朱鼎良.血压和血压测量M.人民军医 ,2010. 1214。1.4 血压计发展概况人们想要测量血压就离不开血压计，从人们发现血压开始，人们就制造了测量血压的工具，从此血压成为衡量一个人是否健康的重要标准。起初人们普遍使用的是由柯氏听诊法为原理制造出来的水银血压计，可是水银血压计它顾名思义是根据水银汞柱的高度配合数值表来判断人体血压，而且需要专业的测量人员来完成测量过程。从电子血压

35、计的诞生以来，人们逐渐将目光转向了电子血压计，电子血压计是由示波法为原理制造出来，从测量精度上来说，两者不相上下，可是电子血压计的方便，便于携带确实是电子血压计的最大亮点。最初传统的水银血压计一直受到医院，诊所，药店等医疗机构的青睐，随着科技的发展也由于水银血压计自身的一些原理上的缺点，电子血压计开始走进时常，并走进千家万户，人们正在告别传统的水银血压计，而迎来电子血压计的时代。电子血压计又分两大类：医用电子血压计和家用电子血压计。医用电子的血压计，主要是用于医院、门诊、血站、采血车、体检车、健康管理体检中心、康复中心、疗养院、社区、学校、银行、工厂、运动场等公共卫生，价格昂贵但是精确度高。家

36、用电子血压计，主要是用于家庭。家庭医疗保健已成为现代人的医疗保健时尚。过去人们测量血压必须到医院才行，而今只要拥有了家用电子血压计，坐在家里便可随时监测血压的变化，如发现血压异常便可与时去医院治疗，起到了预防脑出血、心功能衰竭等疾病猝发的作用。现在电子血压计从设计之初到现在的技术日趋成熟，功能日渐人性化已经经历了三代的改革与进步。每一代都有其独特的优点，只是随着技术的发展，电子血压计一些技术上的不成熟逐渐被完善。第一代电子血压计出现时，确实改善了人们需要到医院等专业医疗机构去测量血压的状况，可是其缺点测量不稳定也很明显；第二代电子血压计的出产就很好的客服了第一代电子血压计的缺点；第三代也就是现

37、在电子血压计的高端技术，将电子血压计的精度更一步的提升。第一代电子血压计（G1-NIBPM），使用的技术为MWD技术（减压时测量），使用的主要元器件有：快速加压气泵、电子快速排气阀、机械式定速排气阀、气压压力传感器。主要的测量特点是快速（一般在10秒以）加压到某一压力值（大多设定在200mmHg左右），通过一个机械式定速排气阀按27mmHg/s的速度放气，并在此放气的过程中进行血压测量。由于是初代产品，其缺陷也很明显：（1）使用者手臂（或手腕）有明显的压迫感，同时由于机械式定速排气阀的不稳定性，测量结果有时也会不稳定。（2）其排气速度通常按照中等粗细的胳膊来设定，而实际的使用者的胳膊或粗或细，

38、从而影响测量精度。（3）其中的橡胶大致在半年到一年开始老化，制造商设定的排气速度受到影响，最终也会影响测量精度。机械式定速排气阀的缺点之四是，即便是对同一个被测者的同一次测量，压力高的时候排气速度快，压力低的时候排气速度慢。这将会直接影响到血压测量的精度。这一代血压计技术，日本的制造商，大都于十几年前停止使用。但国一些购入电子血压计方案的制造商，其技术水平大都处于第一代。而且所有的方案提供商手上也只有这一代的技术方案。第二代电子血压计（G2-NIBPM），使用的技术是MWD技术（减压时测量），使用的主要元器件有：加压气泵、电子控制排气阀、气压压力传感器。测量特点：由于采用了电子控制排气阀的伺服

39、技术（ECV SERVO TECHNOLOGY），定速排气的速度真正做到了定速，并能根据测量者的血压进行智能加压，测量结果更加稳定（其他影响因素除外）。第二代产品较之初代产品便有了明显的改观：（1）只使用一个排气阀电子控制排气阀，同时用于定速排气与测量结束时的快速排气。（2）智能加压。即血压计会在加压过程中预先对测量者血压进行一次粗略的判断，从而决定最终需要加至的压力值，通常压力值加至测量者收缩压+30mmHg左右。（3）放气速度一开始就能稳定在34mmHg/s 上。这一代电子血压计的技术难度是电子控制排气阀的伺服技术，第一代与第二代的测量技术又统称为MWD技术（减压时测量），而第三代MWI技

40、术（加压时测量）又是一次新的升级。第三代电子血压计（G3-NIBPM），使用的技术是MWI技术（加压时测量），使用的主要元器件有：伺服加压气泵、电子控制排气阀、气压压力传感器。主要的测量特点有：匀速加压，并在加压的过程中进行血压测量。较之前两代的血压计，第三代血压计有更加显著的优点：（1）使用伺服加压气泵：控制加压速度，并在加压过程中测量血压；(2)只使用一个排气阀：电子快速排气阀，用于测量结束时的快速排气。这一代电子血压计的技术难度是MWI技术（加压同步测量），此项技术也是电子血压计更加的精确、快捷。鉴于如今电子血压计技术已日趋成熟，而且从传感器到处理器各方面的资料都很丰富，将便携式电子血压

41、计作为毕业设计的题目，不仅是很好的对大学四年的学习总结而且能学到新的知识，比如现在最新的电子血压计测量技术：加压时测量，它的技术难点就在于只使用一个气泵以与一个排气阀，这样它必须使放气速度和充气速度达到一个协调才能实现在加压时测量出人体的准确血压，不仅如此该项技术对传感器，电路设计也需要极高的要求，否则精度必将会受到一定影响，这也是科学技术发展的成果，人们可以用越来越先进的元器件，通过人们的智慧制造出更加安全、便捷、实用的心产品。虽然本人作出来的设计只是能简单的实现功能，准确度，原理方面并不能达到商业用途水平，可是对本人来说是个很好的锻炼过程。本文设计的电子血压计，是嵌入式智能数字血压计，它的

42、设计包括了血压测量原理与其实现方案设计、系统结构与其电路的设计、单片机与其接口电路的设计和系统灵敏度的设计，这些设计很好的融合了我大学四年的学习，从数字电路、模拟电路到单片机以与误差分析等都在本次设计中得到了很好的应用。该设计以常用的电子器械为题目，将电路、单片机、传感器等元器件合并在一起，让四年来的知识融会贯通。第二章 总体设计方案2.1 设计总体要求该便携式电子血压计是传感器技术和单片机技术的结合体，它的实物应该能保证完成以下几项任务：（1）感应血流压力；（2）判别高压和低压；（3）在屏幕上显示测量结果；（4）记录测量结果便于用户做数据对比。血流压力的测量离不了传感器，电子血压计的设计要遵

43、循：（1）成本低廉；（2）制造简单；(3)体积小，便于携带；（4）灵敏度高等准则。成本低廉，制造简单就意味着尽量使用通用型的元器件，而为了制造简单有时也要选择较为精确的元器件。灵敏度高就要使用较为灵敏的传感器，因为测量围不用很大，所以也不难选择。判别高压低压则需要单片机处理好测量出来的信号，最后将处理出来的信号用液晶显示屏来显示。所以完成该设计至少需要以下的元器件：（1）传感器：用于对血压的感应；（2）单片机：处理传感器收集的信号；（3）液晶显示屏：用于显示收缩压与舒压的数值；2.2 设计方案提出目前人们最常用的电子血压计主要有手动式数字电子血压计和全自动电子数学血压计。所谓手动式数字电子血压

44、计是指要自己往气袋中打气，测量过程则是自动的，因此这种血压计也称半自动电子血压计。另一类是全自动电子数字血压计，它无需捏橡胶球充气加压，只需要按动开关键，一切就都可以自动完成。它又分为臂式、腕式和指式三种。腕式电子血压计，不适合老年人使用，因为他们的血压本身已经较高，且血液粘稠度高，用此类血压计测量的结果与心脏本身泵出的血压相比已经降低了很多，这个测量结果已经没有参考价值了。指套式血压计，与腕式血压计比较受到血液粘稠度等因素更甚，而且指尖的血压信号更是薄弱，更不容易采集，并且指套式血压计也被指出不适用于大部分人群，所以推出不久就遭到淘汰。臂式血压计因为采取了手臂测量，手臂处血压信号强度相对较强

45、，易采集。若采用传感器即可对灵敏度要求不高，可以采用精度低一些的传感器，控制成本。血压信号强度高，便于以后的硬件设计，与血压值得计算。所以本设计采取臂式血压计的样式，处理器选择为通用的单品机，较之专用的单片机来说成本高，资料有限不利于设计，而且对于通用型号的单片机AT89C51来说，我们已经有初步的了解，更加适合来完成本次的设计。根据方案的总体要求，本人提出了两套方案，主要根据传感器的选择不同而使电路整体的设计有很大的改动。2.2.1方案一在该套设计方案中主要以以数字传感器作为测量器件，实现血压测量。智能血压测量系统以数字压力传感器为测量器件、以DM-162液晶显示模块为显示器件，以通用单片机

46、AT89C51微处理器为控制核心，构成了血压测量装置，系统框图如图2.1所示。该系统主要是充气给袖带，通过数字传感器的测量，可以直接采集到袖带压力信和脉搏波信号，并且由传感器自带的A/D转化将数据数字化然后直接将测量量传送到单片机处理，并显示于液晶显示器上。图2.1 基于数字传感器的电子血压计系统框图2.2.2方案二在本套设计方案中，主要以以模拟传感器作为测量器件，实现血压测量。该智能血压测量系统以模拟压力传感器为测量器件、以DM-162液晶显示模块为显示器件，以通用单片机AT89C51微处理器为控制核心，构成了血压测量装置，系统框图如图2.2所示。该系统主要是充气给袖带，通过模拟传感器的测量

47、，将测量到的模拟信号经过滤波电路的处理分理处袖带压力信号与脉搏信号，在经过A/D转换成数字量通过单片机处理，并显示于液晶显示器上。在这个方案中，数据上的收集比较繁杂一些，压力传感器收集到的信号，首先要通过差分放大电路将波形数据放大，再经过二阶的高通滤波以去除直流分量带来的影响，还要经过二阶低通滤波以去除电源等带来的噪声影响。最后经过A/D处理送入单片机，计算并得出舒压与收缩压。图2.2 基于模拟传感器的电子血压计系统框图2.3设计方案论证2.3.1 可行性分析总体来说两种方案都是可行的，都可进行血压的测量并显示。方案一中，通过充气的气囊，压力传感器可以准确的感应到压力值，然后将这个物理量转换成

48、电压的讯号，将这个电压讯号传入控制核心单片机，最后，在单片机的控制下，系统将血压值准确的显示在液晶显示模块上。方案二中，在充气的气囊的帮助下，我们的压力传感器可以准确的感应到压力值，然后将这个物理量转换成模拟电压讯号，将这个模拟电压讯号经过滤波放大电路，分离出袖带压力信号与脉搏波信号传入控制核心单片机，在单片机的控制下，系统将血压值和脉搏数准确的显示在液晶显示模块上。这两个过程，从理论上来讲，是完全正确的；从现有条件上来讲，也是完全可以做到的。因此两种方案都是可行的，可是鉴于设计的简单、低成本、等原则将两套方案进行比较从而选择出最佳的方案。2.3.2 方案利弊分析两方案的原理基本一致，只是在具

49、体装置上面，一个采用的是数字传感器，一个采用的是模拟传感器。两者差别不大，但是系统电路却有显著的不同。对此，我对这两个方案进行了如下的比较。从价格上方案一中，本人选择的传感器ASDX001售价一般在275RMB左右，而方案二中，一般较常用与血压测量的模拟传感器BP300系列一般售价在30RMB左右，较常用的滤波放大器MAXIM公司的MAX系列一般售价在15RMB左右，A/D转换最常用的ADC0809一般售价在10RMB左右，总共55RMB左右。从性能上方案一中，数字传感器ASDX系列是Sensym 公司检定合格的ICT 代表产品的一种增强型品种。也是工业水平领先的一种SDX系列传感器增强型。A

50、SDX 001压力传感器采用标准DIP封装，可对传感器偏置、灵敏度、温度系数和非线性度进行数字校正。ASDX 001采用了IC兼容性协议，无需额外的元件或电子电路，就可容易地连接最常用的微控制器和微处理器。数字传感器ASDX 系列压力传感器的精度在满量程围为0.2，具有可用单一5 Vdc供电电压的特性。该压力传感器可用于测量绝压、差压和表压。围从1PSI到100PSI，绝压型传感器有一个部真空参比值(基准值)，因此可直接输出一个与绝压成比例的信号。此系列传感器可用于非腐蚀性、非电离的工作流体，如空气和干燥气体。方案二中，常用的血压测量传感器BP300系列压力传感器是专为电子血压计开发的一款压力

51、传感器。该压力传感器具有结构简单、性能稳定。可靠性好。通用性强等优点。标准的DIP-6标准封装特点，主要适用于腕式臂式电子血压计、医疗按摩器等需要控制气体压力的设备和器械中。压力测量围300mmHg PSIG/40kpa，工作温度围为：-20+100，线性度0.5，磁滞现象+0.5。从系统的复杂度上方案一中因为采用的是数字传感器，所以没有滤波放大电路，也无需A/D转换电路。方案二中因为采取的是模拟传感器，所以会对系统的完成上带来一些难题。经过资料的查阅，以前大多数的电子血压计都为该原理，因为它对传感器的要求不高，电路板的全机械化制造也会使电子血压计的整体成本降低，可是如何有效的去除冗杂电路带来

52、的干扰一直是个难题，所以现在的电子血压计大多使用的是数字传感器。总体来说，方案一中采用的数字传感器，价格高昂，但是性能稳定，因为没有繁杂的电路，所以准确度上也会有保证，而且对电路的设计，软件的设计都会带来便利。方案二中采用的模拟传感器，价格便宜，功能也能满足设计需要，可是稳定性与精确度都会较之方案一中的数字传感器差些，而且若采用方案二进行设计，会使后续的设计繁杂，容易出错，稳定性也会受到影响。所以本人采取方案一来进行设计。2.4 系统总体结构设计电子血压计采用的是示波法（用袖带阻断动脉血流，在放气过程中检测袖带气体压力震荡波。压力震荡波起源于血管壁的搏动。当袖带静压大于收缩压时，动脉关闭，袖带

53、因近端脉搏的冲击而出现细小的震荡波；当静压小于收缩压时，波幅增大，静压等于平均动脉压时，动脉管壁处于符合状态，波幅达到最大；静压小于平均动脉压时波幅逐渐减小；静压小于舒压以后，动脉管壁在舒期已充分扩，管壁刚性增加，而波幅维持较小的水平。放气过程中连续记录的震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与动脉血压之的关系。）动脉的收缩压对应于振幅包络线的第一个拐点，舒压对应于包络线的第二个拐点，包络线如图2.3。图2.3血压交直流信号与收缩压和舒压位置首先找到最大振幅值 Amax 处,往前找到幅值为0. 5Amax的瞬态位置处，此位置所对应的血压直流分量的值定

54、为收缩压,往后找到幅值为0. 8Amax的瞬态位置处，此位置所对应的血压直流分量定为舒压,将计算出的收缩压和舒压的值经单片机的控制输出到LED液晶显示。收缩压的计算即是在放气过程中脉搏波振幅度包络线的上升段，当某一个脉搏波的幅度Ui与Um之比=Ks时，就认为此时对应的气袖压力为收缩压。所以收缩压即为：Ps=P/Ui=Ks*Um。而舒压的计算不过就是在脉搏波振幅包络线的下降段，当某一个脉搏波的幅度Ui与Um之比=Kd时，就认为此时对应的气袖压力为舒压。舒压为：Pd=P/Ui=Kd*Um5 王宏.无创血压测量中若干关键问题的研究与仪器设计D.XX：XX大学精仪学院生物医学工程系 2006.12 1

55、-35。该算法的比例确定是由很多临床试验的来，所以较为准确，可能也会有些患者测量不准确但总体上来说还是能为大多数人测量出准确的血压值。而系统总体的运行原理是由充气泵充气，产生实时压力，数字压力传感器ASDX 001感应到该压力值，收集该数据并将该数据通过自身的A/D转换装置转换成数字电信号，在单片机的控制下以串行数字形式经单片机的AT89C51的第1脚读入。单片机在经过数据读入后，比较数据，这时如果采样密度大的话，则收集到的峰值数据就会更加准确，此时也可以增加采样次数来达到该效果。采集出数据的峰值然后通过计算得到收缩压与舒压，然后经DM-162液晶显示模块进行显示6 刘坚强，王永才.基于示波法

56、的电子血压计系统设计J.2010（4） 62-65，最后经过用户同意，按键确定，然后使用放气阀放气，准备下次测量。而复位键的功能是使系统达到刚初始化完的状态，如果系统出现错误，或者测量有偏差，可以使用复位键来从新测量。系统运行原理如图2.4所示。图2.4 系统方框图第三章 硬件设计3.1传感器电路设计传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器工作原理的分类有物理传感器、化学传

57、感器两类。物理传感器原理是物理效应，比如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等，这样以来被测信号量的微小变化都将转换成电信号，方便人们采集。化学传感器，主要原理是依靠化学吸附、电化学反应等现象测量的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号，方便人们使用。有些传感器既不能划分到物理 类，也不能划分为化学 类。大多数传感器是以物理原理为基础运作的。化学传感器技术问题较多，例如可靠性问题，规模生产的可能性，价格问题等，解决了这类难题，化学传感器的应用将会有巨大增长。一般按照输出信号为标准分类主要分为：（1）模拟传感器；（2）数字传感器；（3）膺数字传感器；（4）开关传感器。（1）

58、模拟传感器：将被测量的非电学量转换成模拟电信号。（2）数字传感器：将被测量的非电学量转换成数字输出信号（包括直接和间接转换）。（3）膺数字传感器：将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号的输出（包括直接或间接转换）。（4）开关传感器：当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。本设计就是采用的数字传感器，即将被测量的非电学信号转换成数字信号，从而传送给单片机处理，并最终将信息显示于液晶屏上。3.1.1 传感器简介压力传感器是电子血压计的核心部分之一，人体血压一般在0300mmhg之间。所以在选择上应该选择压力测量围相似的，这样可以减少误差。数字传感器

59、ASDX 001属于微型结构压力传感器ASDX DO系列的产品。ASDX传感器系列是Sensym 公司检定合格的ICT 代表产品的一种增强型品种，也是工业水平领先的一种SDX系列传感器增强型。ASDX 001 传感器的尺寸要比SDX稍微大些，能提供高电平(4.0 V测量围)的输出电压，价格较为便宜。ASDX 001压力传感器包含了专用的集成电路（ASIC)经过专业校准并有温度补偿功能。ASDX 001压力传感器采用的是标准DIP封装，可对传感器的偏置、灵敏度、温度系数和非线性度进行定期的数字校正。ASDX 001采用的IC兼容性协议，可以让传感器无需额外的元件或电子电路，就可以轻松地连接最常用

60、的微控制器和微处理器。所有ASDX DO压力传感器的精度在满量程围为0.2%。具有可用单一+5 Vdc供电电压土作的特性。传感器的设计和制造均遵循ISO 9001标准。此系列传感器可用于非腐蚀性、非电离的工作流体，如空气和干燥气体。传感器的输出是一个16进制格式的己校正的压力值，其分辨率为12位。该压力传感器可用于测量绝压、差压和表压。围从1PSI到100PSI，绝压型传感器有一个部真空参比值(基准值)，因此可直接输出一个与绝压成比例的信号。差压型装置允许在传感膜片的任一侧施加压力，可用于表压和差压的测量7 周继明.传感器技术与应用M.中南大学2005。数字压力传感器ASDX 001的结构：（