基于单片机的电子血压计

#基于单片机的电子血压计摘要摘要：单片机控制系统以价格便宜，维修方便，应用范围广的优点，在市场各方面得到广泛的应用，深入到各个领域，已经发展成为一项稳、定安全的技术，广泛应用于医学领域。血压的正常关系到人的身体健康，因此血压的测量显得尤为重要。人民饮食习惯的改变使得心血管疾病出现低龄化、大众化，所谓人们注重血压健康情况。本论文以实现高精度、便携式、小型化、多功能、低成本的数字式血压仪为研究目标。形成了一个以STC12C5A60S2单片机为主控控制芯片的血压计系统。其中，通过XGZP6847气体压力传感器进行血压的实时测量；采用可充气绑带测量手臂血压，从充气到放气完成高和低压以及脉搏周跳的测量；通过LCD1602液晶显示屏进行显示；使用HC-05作为蓝牙模块与手机进行通信在手机上实时查看血压数据。本设计包含单片机最小系统、XGZP6847血压传感器模块、LCD1602液晶显示屏显示模块以及蓝牙模块。关键词：单片机；血压测量；心率测量；蓝牙1绪论1.1研究背景与意义在2021年的今天，人们的生活水平不断提高，稳步进入小康生活。在生活水平不断提高的同时人们开始越来越注重自己的身体健康。而我们的血压就是身体健康与否的一个重要指标。在21世纪的今天，心血管疾病的发生在我们的身边已经不足为奇。30年后的现在，心血管疾病的发病率与死亡率有了很明显的上升。根据有关数据来看，高血压低血压此类疾病呈现低龄化，大众化。因此，研制一款操作简单，使用方便的智能型血压计具有重要的意义。可见，广泛、提早开展个人血压监测已成为人们日常健康检测的必要活动。数字式血压仪具有高精度、便携式、小型化、多功能、低成本的优点。对人体的血压能进行准确地测量，对于心血管疾病的预防和监测，具有非常重要的意义。本课题是对数字式血压仪的研究，让人们随时随地测量自己的血压，随时关注自己的血压情况变化，并在家里进行初步的数据分析，及早发现自身健康问题，能及时、及早的去医院寻医问诊。适时治疗和采取有效措施具有十分积极的意义。目前，医院或门诊使用的血压计大部分仍是水银血压计，少部分家庭也会使用水银血压计。但水银血压计使用起来比较难，对听诊者要求较高。水银血压计每次测量必须由听诊者戴上听诊器进行测量，测量方式不易操作，只能是每个听诊者一次对一个人进行测量;而且对不同的人，测量结果可能不同。而且对同一个人来说，影响血压因素非常多。存在较多的误差。无法实时对比，进一步了解病人本身情况变化。本论文旨在设计出全信息动态的血压记录仪，使每次测量结果完全透明，医生便可以对照原始数据，对病人做出正确的医学判断，根据测量出的真实血压，保证血压报告的有效性和可靠性。而我们在测量血压的基础上又增加了其配套的显示模块，可以直接查看病人的具体状况，给使用者提供了很大的便利。1.2国内外研究现状现在，电子血压计的技术在很多国家都很成熟。数据的显示、声音广播、异常数据警报、数据传输等基本功能得到了改善。在电子血压计的激烈市场竞争中，许多制造商在具备提高测量精度、增加各种简单迅速的功能等基本功能后，继续改进电子血压计。电子血压计逐渐从医院转移到了家人身上。那个国际市场巨大而稳定。在欧洲、美国、日本等发达国家，家庭拥有率在70%以上。随着当今社会的不断发展，互联网的勃然兴起，医疗技术的进步，血压监测出现多样化，易操作，监测信息的记录，数据分析的变得越来越真实。在未来血压计的发展中，将于互联网技术相结合变成互联网+技术，通过蓝牙将血压计与手机进行连接。可进行实施的监测，掌握家人的健康。可以实现云盘中监测信息的的实时更新，便于做出统计与分析。进而预防心血管疾病的发生。血压计微型化、智能化、电子化的趋势已经不可阻挡。1.3研究内容随着社会的不断发展，人们生活水平的不断进步，电子传感技术的兴起，电子血压计的需求和运用不断壮大。检测方式由以前的单一变成现在的多种多样。与传统血压计相比电子血压计具有灵敏度高，实用性强等优势。本课题要求设计以单片机STC12C5A60S2作为主控芯片，辅之以适当的软硬件模块设计基于单片机的电子血压计。系统实现的主要功能：感应血液的流速和压强，并将脉冲信号转变成电信号进行传输；可测量高压，低压和脉搏，并测量完报警指示；3•压力值可以用LCD1602液晶显示屏显示；4•压力值可以用蓝牙手机APP显示。1.4研究方法及技术路线研究方法：本系统采用STC12C5A60S2作为单片机模块，XGZP6847传感器模块作为血压数据压力传感器，使用USB口供电给单片机以及传感器供电，LCD1602液晶显示屏作为显示模块，使用HC-05与手机进行通信。系统还可以通过手机APP查看实时心率以及高低压。技术路线：（1）主控制单元：采用STC12C5A60S2作为系统的控制核心。（2）血压采集部：使用XGZP6847传感器模块作为血压传感器压力传感器。（3）显示部：在系统的显示模块中使用LCD1602。（4）蓝牙部分：请使用HC-05作为蓝牙模块与移动应用进行通信。2系统方案设计本次设计的产品，不仅仅在质量上有所改善，在携带方面与传统血压计存在差异。内部结构组成上也有所不同，不同于传统血压计用水银作为显示材料。本系统对使用者安全，对环境安全影响甚微。其简单容易操作的特点解决了上手难的问题。2・1系统概述本次设计以STC12C5A60S2作为核心芯片，XGZP6847传感器模块作为血压数据传感器，使用USB口给单片机以及传感器供电，采用LCD1602液晶显示屏作为显示模块，使用HC-05蓝牙模块与手机进行通信在手机APP端可以实时查看血压心率数据。正常血压测量范围为：90mmHg＜收缩压＜140mmHg、60mmHg＜舒张压＜90mmHg。系统框图如下图2.1所示：图2.1系统框图系统最终指标如下：显示范围：0-300mmHg测量范围：40-270mmHg脉率：40-200次/分分辨率：ImmHg静态压力基本误差：3-5mmHg动态压力基本误差：5-10mmHg脉率误差：5%2.2单片机选择方案方案1：使用STC12C5A60S2单片机STC12C5A60S2系列单片机主要用于时钟的制作，具有内部A/D，可进行内部转换。在本设计中不需再进行外接A/D。8051单芯片微计算机的新一代可以获得高速，低功耗，强大的抗干扰性。编程语言与8051相同，速度快8-12次。内部集成的MAX810特别复位电路、路PWM、8路高速10位A/D转换（250k/s，那是25万次/s）。方案2：使用AT89C51单片机AT89C51采用ATMel高密度非易失性存储器制造技术，与行业标准MCS-51命令集和输出销兼容。因为它将多功能8位CPU和闪存结合在一个芯片上，所以AT89C51是高效微控制器。但是，同样是水晶振荡器的STC12C5A60S2的AT89C51和STC12C5A60S2是普通AT89C51的8〜12次。stcl2c5a2s2具有8个10位ad通道，与51mcu相比具有pwm功能的两个更多的计时器。综上所述：本系统采用STC12C5A60S2单片机作为系统控制单元，并且性能对比AT89C51系列单片机较好，性价比较高。血压测量传感器方案方案1：使用XGZP6847模块XGZP6847压力传感器模块，测量范围0〜4OkPa。实用模型具有低价格，简易使用等优点，可用于各种气体计量器，血压计等设备。采用XGZP6847数字压力传感器，是广泛使用的高级单芯片硅压力传感器。传感器结合了先进的微加工技术、薄膜金属化和双极处理，以提供与应用压力成比例的精确高电平模拟输出信号°XGZP6847压力传感器模块尺寸小，安装简单,可根据用户要求调整输出信号。它广泛用于医疗电子、汽车电子、体育健身器材等领域。不需要考虑简单的操作，高精度和水银泄漏。方案2：使用NPC12-10传感器采用了具有高精度和0〜100mv输出信号的NPC-1210系列固体压力传感器。其压力接口和引脚结构提供了特别好的灵活性。为了能够更换传感器，在传感器中集成增益设定电阻。然而，传感器昂贵，但是输出为0到100mV,因此需要使用外围运算放大器电路和滤波电路，这增加了系统的设计成本，并且方案1的使用可以实现系统的目的。综上所述：我们使用方案1中的XGZP6847数字压力传感器。显示模块方案方案1：多位LED数码管动态显示方式如果显示的数字数量大，则使用动态显示比较妥当。在动态显示器下，MCU的一个I/O接口与NIXIE管的8个针（A-H）并行连接，MCU的另一I/O接口与连接到每个尼基管（比特选择信号END）的公共阴极或公共阳极，并且驱动尼基管以顺序显示。动态显示会按照各监视器的顺序点亮，因此可以在同一瞬间显示仅一个字符。方案2：使用LCD1602液晶显示屏1602的液晶也被称为1602个字符液晶。用于显示字符、数字、符号等的点矩阵液晶模块x7或5X每个点矩阵字符比特可以显示一个字符。每个点之间都有一个空间，每行之间都有一个空间，可以起到字符间隔和线条间距的作用。因此，无法显示图形。1602LCD参照16的显示内容X即，可以显示两行，每一行具有16个字符、LCD模块（显示字符、数字）通过比较两种方案，方案1的多LED尼克管可以在同一时刻只显示一个字符，并且显示的内容很少，并且比方案2的尼克斯管更昂贵。由于Schema2的显示画面足以满足系统的使用条件，所以具有更高的成本性能。因此，我们最终选择使用计划2的LCD1602LCD。系统硬件设计与实现3.1单片机最小系统3・1・1STC12C5A60S2单片机简介基于STC12C5A60S的单个芯片由40针构成，如以下图3.1所示。端口P0：端口P0是8位开放漏极双向I/O端口，每个引脚可以吸收8TTL栅极电流。端口P0的销为“1”时，成为高电阻输入。P0可以用于外部程序数据存储器，并且可以定义为数据/地址的8位。在闪存编程中，端口P0用作原始代码的输入端口。在Flash检查的情况下，端口P0需要输出原代码，提高端口P0的外部电位P1端口：P1端口是内部提供上拉电阻的8位双向I/O端口。P1端口缓冲器可以接收输出4TTL栅极电流P2端口：P2端口是内部的上拉电阻,P2端口缓冲器可以接收4TTL门电流，可以输出的8位双向I/O端口接收高8位地址信号和控制信号；P3端口：P3端口PIN是8个具有内部上拉电阻的双向I/O端口。P3端口也可以作为AT89C51的某些特殊功能端口使用P3口功能表如下表3.2所示：表3.2P3口功能表P3口各个位的第二功能P3口的位第二功能说明P3.0RXD串行输入口P3.1TXD串行输出口P3.2INT0外部中断0输入P3.3INT1外部中断1输入P3.4T0计数器0外部输入P3.5T1计数器1外部输入P3.6WR外部RAM写信号P3.7RD外部RAM读信号上述3.2表中P3口的P3.0为接收口，简称RESET。这是一个复位输入接收口。

3.1.2时钟电路STC12C5A60微控制器时钟有内部时钟和外部水晶振荡器两种方法。选择内部时钟可以节省外部水晶振荡器，但内部时钟有很大的错误，因此在这种情况下，使用内部时钟是不合适的。作为信号发射器，外部水晶振荡器为MCU提供时钟信号。稳定的自激振荡器可以通过在输入针脚和输出针脚之间添加水晶振荡器和修剪电容器来形成。如图3.3所示。图3.3单片机晶振电路图3.1.3复位电路复位电路的主要功能是将单片机进行初始化设置，及在单片机处于低电压时进行复位，以保证在每次使用前单片机都是处于标准状态，防止程序出现混乱。复位电路如下图3.4所示：i.tNT)图3.4复位电路图3.2血压检测电路首先，获得amax的最大振幅值，在血压的相应直接压力成分，即收缩血压之前确定振幅为0.5amax的瞬间位置，确定振幅为0.8amax的瞬态位置。并且，对应的直接压力分量是扩展期压力。下图3.5为血压数据检测电路图：P513电源接口>11_2丄3U5N/CGNDVddOUT——6XGZP68475■Rh-^-VCC士C12|104U1C2l()uFI0K下载程序接口Header4P44321复位电路VCCJ2MV上振荡电路U401三3456STATERXDTXDGNDVCCEN1三34

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舒张064mmHg

咏搏：M5沏分总结与展望本次设计是以单片机为核心芯片构建的能进行血压与脉搏的