便携式电子血压计设计..docx

便携式电子血压计设计随着生活水平的不断提高以及城市老龄化比例的提高，医疗检测设备的家庭化逐渐成为了趋势。其中家用电子血压计就是典型的家庭医疗检测设备之一。血压计大致上可分为两种：一是水银式血压计，其优点为数值稳定，其缺点为：无法一人自行操作，且必须专业医护人员操作，肉限观察误差极大主观性强，体积较大不易携带。二是电子式血压计其优点为：使用简易，可一人独自操作，测量值便于记录，体积轻巧便于携带。电子式血压计具备了诸多优点，越来越受到普通家庭的欢迎。本文介绍了以PIC16F877为控制核心。辅以气压传感器FGN-605PGSR和用作传感器与MCU之间模拟信号处理的LM324／331模拟电路以及LCD驱动芯片HD44780A，实现了家用电子血压计的设计。该设计尽量将系统使用的芯片和被动组件数量降低，故具有低成本小型化低功耗的特点。1 PIC16F877单片机PIC16F877单片机美国微芯(Micro Chip)公司推出的8位CMOS FLASH 28／40引脚的单片机。单片机采用RISC CPU，有35条单字节的指令，即保证了必要的指令效率也兼具了控制芯片成本和简化编程复杂度。其主要特点如下：宽工作电压为2.0～5.5 V；时钟周期为0～20 MHz指令周期为0～5 MHz；片内FLASH ROM为8 k Words，RAM为368 B，E2PROM为256 B；低功耗工作电流0.6 mA@3V时钟周期为4 MHz；2个8位和1个16位定时器；2个16位捕捉／比较模块或2个10位PWM模块；10位多信道ADC；串行通信口SPI，I2C，USART及8位并行通信口。2 外围组件介绍FGN-605PGSR是日本专业传感器供货商fujikura公司推出的专门用于血压计的气压传感器，其尺寸为10.3 mm×7 mm×9.5 mm，可测压力范围-34.47～+34.47 kPa符合所要量测的压力范围。FGN-605PGSR原理是在恒流源供电的文氏电桥上的电阻随气压变化而输出双端差分电压信号。LM324是常用的4运放14脚双列直插集成电路，LM311是常用的4比较器14脚双列直插集成电路，其具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，低价等优点。HD44780A是日立推出的点阵字符液晶显示控制器和驱动器，可显示16字×1行或16字×2行或20字×4行之文字模式，每个字为5*7点矩阵字型。3 电子血压计工作原理 3.1 血压测量原理定义血压的概念就是血液流经血管壁时的压力。由心脏出来的血液，需要有推力，才能绕行身体一周，心脏就是借着不停的收缩、放松，将血液推送前进。血压有两种，一是收缩压：是当心脏收缩把血液打到血管所测得的血压，二是舒张压：是心脏在不收缩所得的压力。当袖带的压力等于血压时，血液开始可以流通而产生所谓的袖带声，这时候也就是收缩压，必须开始从这里做记录，直到最后当袖带声没有的时候，此点即为舒张压。3.2 系统工作原理系统框图如图2所示。系统由压力传感器(FGN-605PGSR)，恒流源(LM324×1)，差分放大(LM324×3)，0.8 Hz二阶高通滤波(LM324×1)，200倍放大(LM324×2)，38Hz二阶低通滤波(LM324×1)，血压脉冲触发(LM311×1)，液晶驱动器(HD44780A)和单片机(PIC16F877)组成。单片机主要工作为：PWM输出控制气泵充气漏气调整袖带内气压；一路ADC采样袖带内气压直流分量以便取得收缩压和舒张压；一路ADC采样袖带内气压交流分量经分析计算分析后确定收缩压和舒张压的瞬态时间位置；接收血压脉冲信号触发ADC工作；将计算出的收缩压和舒张压结果输出至液晶驱动器显示。一次测量血压的过程为：按激活键单片机PWM输出控制气泵充气至200 mmHg高，慢慢以每秒约下降5 mmHg的速度放气。压力传感器输出信号经差分放大器后变单端信号一路送入单片机ADC监视直流分量，另一路送入0.8 Hz二阶高通滤波器滤除直流分量；交流分量经200倍放大后输入38 Hz二阶低通滤波器去除电源及皮肤与袖带摩擦的高频噪声和工频干扰并将此信号维持在0～5 V之问，滤波后的交流分量一路送入血压脉冲触发然后触发单片机ADC工作，另一路送入单片机ADC计算幅值，先找出最大振幅值Amax，在往前找幅值为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，将计算出的收缩压和舒张压结果输出至液晶驱动器显示。血压信号及收缩压和舒张压位置如图3所示。4 硬件设计4.1 PIC16F877单片机时钟输入 外接有源晶振通过OSC1／CLKIN(Pin13)输入8 MHz主频。电源输入 系统电源为9 V电池，通过外部7805降压到直流5 V输入VDD(Pin11，32)