【正文】 以3——5mmHg/s的速度進行放氣時，當(dāng)袖帶壓力小于等于收縮壓時，波幅開始增大。當(dāng)袖帶壓力等于平均壓的時候，動脈的管壁處于去負荷狀態(tài)，波幅達到最大。當(dāng)袖帶壓力小于平均壓時，波幅逐漸減小。當(dāng)袖帶壓力小于舒張壓時，動脈管壁已經(jīng)充分擴張，管壁剛性增加，波幅又維持在了較小的幅度。示波法的關(guān)鍵在于找到靜態(tài)壓力與動脈壓力波的關(guān)系。[1][16]關(guān)于示波法血壓的判定方法主要有兩種：突變點準則、固定比率計算法。突變點準則的判定方式為根據(jù)收縮壓與舒張壓對應(yīng)的脈搏包絡(luò)點的變化陡度較大，而平均壓對應(yīng)的脈搏包絡(luò)點變化陡度最小的特點，對脈搏包絡(luò)進行微分，從而分別得到對應(yīng)的收縮壓、舒張壓和平均壓。但是由于背景噪聲和個體的差異，給特征點的確定帶來了困難。目前設(shè)計大多采用固定比率計算法，該方法認為袖帶內(nèi)振動信號幅度達到最大值對應(yīng)的袖帶壓力為平均壓，目前，該準則基本得到了公認。本次設(shè)計也采用固定比例計算法，判斷方法是先找出壓力脈搏波信號的最大振幅值 Amax ,在往前找出振幅值為0. 5Amax的瞬態(tài)位置對應(yīng)血壓直流分量即為收縮壓,往后找幅值為0. 8Amax的瞬態(tài)位置對應(yīng)血壓直流分量即為舒張壓，最終通過相應(yīng)的運算處理在液晶顯示器上面顯示測量結(jié)果。其中靜態(tài)壓力信號與動脈壓力波信號對應(yīng)關(guān)系如圖21所示：[1] 圖21 靜態(tài)壓力信號與動脈壓力波信號對應(yīng)關(guān)系 方案論證 設(shè)計總體要求本設(shè)計以壓力傳感器、單片機、液晶顯示器等元器件為主體，通過外圍電路的連接，設(shè)計構(gòu)成便攜式數(shù)字血壓計。其必須滿足能夠測量出人體的血壓信號，能夠進行收縮壓和舒張壓的判別以及進行相應(yīng)的運算，能夠在液晶顯示器上顯示出所測得的收縮壓與舒張壓的值。該電子血壓計采用示波法原理，通過置于袖帶內(nèi)的壓電傳感器將袖帶內(nèi)的靜態(tài)壓力和動脈壓力波轉(zhuǎn)化為比較微弱的電信號輸出，然后信號分為兩路進行放大濾波分別得到靜態(tài)壓力和動脈壓力波信號，再通過A/D（模數(shù)）轉(zhuǎn)換器分別將信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，最后進入單片機，通過主程序的處理計算，最終在液晶顯示器上面顯示出收縮壓與舒張壓的測量值。[4][5]本設(shè)計要求壓力傳感器具有較高的靈敏度，性能穩(wěn)定，滿足長期重復(fù)使用的條件。要求模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有工作穩(wěn)定，性價比高的特點。微處理器必須能夠?qū)⒎磻?yīng)袖帶壓力和動脈壓力波的數(shù)字信號進行處理運算，得到相應(yīng)的收縮壓和舒張壓的值，且工作性能必須穩(wěn)定，功耗較低。顯示器通過與微處理器進行相應(yīng)的連接，準確顯示出測量的值，要求其具有低功耗，體積小，顯示清晰的特點。 設(shè)計的總體框圖本設(shè)計通過運用單片機對袖帶的充放氣進行控制，使得壓力傳感器產(chǎn)生相應(yīng)的信號，通過A/D轉(zhuǎn)換器，最終經(jīng)過單片機的計算處理，通過液晶顯示器顯示出測量的結(jié)果。硬件原理框圖如圖22所示:單片機 A/D轉(zhuǎn)換器液晶顯 示器 壓力傳感器 氣泵 袖帶 按鍵 放氣閥 圖22 硬件原理框圖 根據(jù)設(shè)計要求對比選擇硬件根據(jù)本次設(shè)計的硬件原理對本次設(shè)計的硬件進行最終的對比選擇，主要在壓力傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機、液晶顯示器的選擇上面。本次設(shè)計的便攜式數(shù)字血壓計具有體積小、攜帶方面、測量準確、使用方便的特點，并且具有良好的推廣使用性。在硬件的選擇上面將在優(yōu)先滿足上述總體的要求下，選用技術(shù)先進、性價比高的電子元件。血壓計的傳感器是壓力傳感器。本次設(shè)計的一大關(guān)鍵在于設(shè)計出測量準確的血壓計，因此壓力傳感器的選擇顯得格外的重要。人體的血壓信號一般為μV與mV之間的低頻小信號，信噪比低，因此對傳感器的要求很高。本次設(shè)計要求所選用的壓力傳感器具有靈敏度高、良好的線性度、性能穩(wěn)定、長期重復(fù)使用的特點。MPX5050GP和BP300APM壓力傳感器是電子血壓計中常用的傳感器，都具備了較高的靈敏度、良好的線性度、工作性能可靠穩(wěn)定。但是MPX5050GP在性能上面更為出色，其采用了摩托羅拉公司的多項專利技術(shù)，使得靈敏度極高，且內(nèi)部還內(nèi)置了運算放大器，對測量的血壓信號進行放大，袖帶靜態(tài)壓力可以直接接到A/D轉(zhuǎn)換器上面，這是BP300APM所不具備的。因此，經(jīng)過對比，本次設(shè)計選用了性能更加優(yōu)越的MPX5050GP壓力傳感器。[6][14]血壓計的設(shè)計中，要對測量的信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，由于測量的信號有靜態(tài)壓力信號和動脈壓力波兩種信號，因此對于模數(shù)轉(zhuǎn)換至少需要兩個通道，MAX197和ADC0832都是性能優(yōu)越的A/D轉(zhuǎn)換器。MAX197具有良好的兼容性，且轉(zhuǎn)換的時間可以達到6μS。ADC0832具有體積小，兼容性良好、性價比高的特點，轉(zhuǎn)換時間為32μS，相對于MAX197來講所花時間會多一些，但是能夠達到本次設(shè)計的要求。更重要的是ADC0832具有雙通道A/D轉(zhuǎn)換的特點。由于本次設(shè)計有兩種信號需要轉(zhuǎn)換，若用MAX197，則會用兩個，若用ADC0832，一個就可以滿足要求。在考慮到電路簡單化、經(jīng)濟化，本次設(shè)計將選用A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832。[7][15]單片機是設(shè)計的核心部件，主要運用于對信號的處理和對外部其他硬件的控制。電子血壓計中常用的單片機有很多，例如MSP4PIC16系列單片機，這些單片機價格相對較高，通過對單片機的熟悉和了解程度以及考慮到制作成本的問題，本次設(shè)計選擇了AT89C51單片機。該單片機可以大幅度降低成本，同時足以滿足設(shè)計的要求，在產(chǎn)品中具有很強大的競爭優(yōu)勢。[8]對于液晶顯示器的選擇，低功耗是首要考慮的對象，其次優(yōu)先選擇顯示清晰、體積小的液晶顯示器。本次設(shè)計選用1602LCD，它具有功耗低、超薄輕巧的特點，非常適合本次設(shè)計的要求。[9] 本章小結(jié) 本章通過對電子血壓計的特點和血壓測量的方法進行介紹，根據(jù)本次血壓計設(shè)計的特點來對比選擇相關(guān)的硬件元器件。通過對比選擇，在滿足本次設(shè)計要求的前提下，選擇性價比高的硬件模塊，由此設(shè)計出的電子血壓計具有高的性價比，也更具有競爭的優(yōu)勢。第3章 元器件介紹及硬件電路的設(shè)計 元器件介紹 MPX5050GP傳感器簡介MPX5050GP是摩托羅拉公司生產(chǎn)的一款采用離子注入工藝生產(chǎn)的壓力傳感器，其壓敏電阻元件利用離子注入工藝光刻在單個膜片上，同時采用計算機控制的激光修正技術(shù)，使得MPX5050GP壓力傳感器精度極高，具有廣泛的應(yīng)用范圍。MPX5050GP傳感器內(nèi)置了運算放大器，使得其模擬輸出的電壓正比于所測量的壓力值和其正常工作的偏置電壓。由于其采用了摩托羅拉公司的多項專利技術(shù)，因而該傳感器具有良好的線性度，且長期重復(fù)性好。MPX5050GP的內(nèi)部構(gòu)造如圖31所示：圖31 MPX5050GP內(nèi)部構(gòu)造該傳感器的內(nèi)部集成了一個X型壓敏傳感器，一個用于修正輸出誤差大小的電阻補償網(wǎng)絡(luò)，一個運放和一個輸出電路。正常工作時傳感器所探測的壓力信號首先轉(zhuǎn)換為一電壓信號，然后電阻補償網(wǎng)絡(luò)對該電壓信號進行補償，使之與所探測的壓力信號滿足一定的線性關(guān)系，最后經(jīng)運放對該電壓信號進行放大，并輸出。引腳功能如表31所示： 引腳號 符號 功能 1 Vout 傳感器輸出端 2 Vss 接地端 3 Vdd 電源正端 6 內(nèi)部連接腳，使用時，禁止和電路連接 表31 MPX5050GP引腳功能性能參數(shù)如表32所示：測試參數(shù)單位最小典型最大壓力測量范圍KPa0——50工作電壓V5工作電流mA——710輸出電壓范圍（0——85℃，Vs=5V）V——精度%————靈敏度mV/KPa——90——預(yù)熱時間ms——20——表32 MPX5050GP性能參數(shù) 根據(jù)該傳感器的良好線