【正文】 壓測量的方法很多，其中最主要的一種方法是利用袖帶充氣加壓阻斷動脈后，隨后緩慢放氣，在袖帶下或動脈的遠(yuǎn)端檢測脈搏的變化或血流的變化作為收縮壓和舒張壓的判據(jù)；也可把袖帶內(nèi)壓力波動的形式作為判據(jù)。這種方法的優(yōu)點是測量準(zhǔn)確，并能進(jìn)行連續(xù)測量。一百多年來，各種血壓算法相互繼承，相互作用，已經(jīng)形成了一套完整 的血壓測量技術(shù)體系。因此動脈血壓不能過低也不能過高，維持一定相對穩(wěn)定的水平，才能維持人體組織的正常功能。 動脈血壓 一般也簡稱血壓， 表示血液在 動脈 血管內(nèi)流動時對血管壁所施加的壓力。 討論說明了各部分電路點的工作原理，以及其軟硬件的具體設(shè)計。 重點介紹了單片機及濾波電路的設(shè)計。 血壓是極為重要的健康指標(biāo)，血壓測量的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到人們的健康?，F(xiàn)代人患心血管疾病呈低齡化趨勢，所以隨時關(guān)注我們的血壓狀況對我們百利無害。 首先依據(jù)示波法和脈搏波理論設(shè) 計了血壓測量系統(tǒng)的總體設(shè)計方案。 關(guān)鍵詞 ：單片機，血壓，血壓計 ， 示波法，脈搏波 基于單片機的電子血壓計設(shè)計 II Abstract Single chip with its superior performance, are widely used to drill in various fields has bee a mature technology, in medicine all the more yes get a better application. Blood pressure is extremely important health indicators, blood pressure measurement accuracy is directly related to people39。 動脈血壓在循環(huán)系統(tǒng)中占有重要地位，它能促使血液克服阻力，向前流動。 本課題是對電子血壓計的研究，讓人們隨時可以在家里測量自己的血壓，隨時關(guān)注自己的血壓情況，及早發(fā)現(xiàn)問題，能及時的去醫(yī)院就診，所以，及時、準(zhǔn)確地掌握自己血壓高、低壓變化的情況，適時治療和采取有效措施具有十一分積極的意義。血壓測量技術(shù)可以分為直接法和間接法兩種。但它必須經(jīng)皮膚將導(dǎo)管插入血管內(nèi)，所以是一種創(chuàng)傷性的方法。間接法包括柯氏音法、示波法、超聲法、雙袖帶法、恒定袖帶壓力法、脈搏延時法等多種方法。早期的電子血壓計有在電子手表的功能上再附加測量血壓功能，操作比較繁瑣。 它 也越來越多地被用于醫(yī)院等醫(yī)療機構(gòu)。一般 自我測量血壓時 推薦使用符合國際標(biāo)準(zhǔn) (ESH 和 AAMI)的上臂式全自動電子血壓計。目前尚無統(tǒng)一的自測血壓正常值，推薦 135/85mmHg 為 正常上限參考值。所以，平常所說的 “血壓 ”，都是指用 “聽診法 ”在上臂肱動脈處測得的 “無創(chuàng)血壓 ”值；而無特別指明時， “血壓計 ”都是指袖帶法 “汞柱式血壓計 ”。目前，國內(nèi)市場上的數(shù)字血壓計多來自國外進(jìn)口。研究學(xué)習(xí)血壓算法，編寫血壓判定程序?qū)ζ骄鶋?、收縮壓、舒張壓的計算。一般醫(yī)院使用的水銀血壓計，是基于柯氏法，專業(yè)醫(yī)生可以用聽診器聽到動脈血管的不同聲音，來判斷收縮壓和舒張壓的值。 示波法（ Oscillometric method），也稱為振動法或測振法。 示波法 的優(yōu)點是： 1） 排除了操作者主觀因素影響，亦不受環(huán)境噪音干擾； 2） 可以精確測量出動脈平均壓。 2）易受放氣速度和氣管的 剛性度基于單片機的電子血壓計設(shè)計 5 影響。示波法血壓測量中采用充氣袖帶來阻斷動脈血流，當(dāng)動脈血流被阻斷時，由于近端血液的脈動，在袖帶內(nèi)可以檢測出動脈血流產(chǎn)生的氣壓振動波。示波法是根據(jù)不同袖帶壓力下的脈搏波幅度變化特征 (如圖 示 ),來識別動脈收縮壓、平均壓、舒張壓等。圖 (c)濾除了圖 (a)交流成份，反映出了靜壓的變化規(guī)律。要使單片機與血壓產(chǎn)生聯(lián)系就必須要使用傳感器，自 然地就會用到壓力傳感器。 基于單片機的電子血壓計設(shè)計 7 圖 血壓計設(shè)計系統(tǒng)總體框圖 測量中將袖帶套在人體上臂，靠肘關(guān)節(jié)一側(cè)，由單片機控制氣泵向袖 帶充氣，同時通過壓力傳感器采集壓力信號并設(shè)定充氣的最大值，當(dāng)袖帶壓達(dá)到預(yù)定值時停止充氣，此時，肱動脈血管受壓迫停止脈動，然后通過單片機控制放氣閥進(jìn)行緩慢放氣，使袖帶壓力逐步減小，當(dāng)袖帶壓下降到肱動脈收縮壓以下時，肱動脈開始搏動，并隨著袖帶壓的下降不斷加強。隨著傳感技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了各種各樣的傳感器，它們正在快速地向智能化，微型化及多功能化等方向發(fā)展。壓力傳感器的種類繁多，如 電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、壓阻是壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。將應(yīng)變片通過特殊的粘合劑機密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力 變化時，電阻應(yīng)變片也隨之發(fā)生形變，使其阻值發(fā)生變化，從而使加在應(yīng)變片上的電壓發(fā)生變化。但實際情況并非如此，所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動態(tài)的應(yīng)力。線性度高使得壓力 電信號轉(zhuǎn)換公式簡單，節(jié)約軟硬件設(shè)計。本次設(shè)計采用 MOTOROLA 公司生產(chǎn)的 MPX5050GP 壓阻式壓力傳感器，該傳感器是被廣泛應(yīng)用的先進(jìn)的單片硅片壓力傳感器，尤其是對于那些采用與 A/D 輸入的微控制器或微處理器。傳感器的轉(zhuǎn)換函數(shù)如下所示： VOUT=VS*（ *P+） 其中， VS為傳感器供電電壓，單位為 V P 為所需轉(zhuǎn)換的壓力信號，單位為 kPa VOUT 為轉(zhuǎn)換后輸出的電壓幅值，單位為 V 根據(jù)傳遞函數(shù)壓力輸入與輸出信號如圖 所示 : 基于單片機的電子血壓計設(shè)計 10 圖 壓力輸入 (Kpa)與輸出信號幅值 (V) 濾波器設(shè)計 從壓力傳感器輸出的信號不僅包含了袖帶壓信號和脈搏波信號，而且也包含了大量的噪聲。它能讓制定頻段的信號順利通過，甚至還能放大，而對非自定的信號予以衰減。 高通濾波器主要用于有效頻率較高，而又必須消除低頻、甚至直流信號的影響的場合。 按通帶截止頻率 f0附近頻域相頻特性的不同，濾波電路可分為：巴特沃斯（ Butterworth）、貝塞爾 (Bessel) 和切比雪夫 (Chebyshev)三大類。 fp=f0=1/2 兀 RC 式中， f0稱為特征頻率。壓控電壓源二階濾波電路特點：運算放大器為同相接法，濾波器的輸入阻抗很高，輸出阻抗很低，濾波器相當(dāng)于一個電壓源。 ViRR2R1321411UAT L 0 7 4CRlVo基于單片機的電子血壓計設(shè)計 13 圖 典型二階 VCVS 低通濾波器 在圖 中，根據(jù) “虛短 ”和 “虛斷 ”的特點可得： U+ =U =R3*U0/(R3+R4) AVP=U0/Ui=(R3+R4)/R3； AVP=1+R4/R3 根據(jù)傳感器的轉(zhuǎn)換函數(shù)： VOUT=VS*（ *P+）可得： VOUT在 ~ 之間的情況，所以 Avp=1，為了滿足增益令 3R =? ，即放大器反向輸入端對地相當(dāng)于開路。由此可確定電路中各電阻值如下： =11uF =14534Ω 基于單片機的電子血壓計設(shè)計 14 =31689Ω 取 C2=10181。如何選擇一種最優(yōu)濾波器濾除干擾，獲得信息完整的脈搏波信號是保證后續(xù)處理結(jié)果準(zhǔn)確性的前提與基礎(chǔ)。從原理上說，將一個通帶頻率為 f2的低通濾波器與一個通帶頻率為 f1的高通濾波器串聯(lián)起來，當(dāng)滿足條件 f2f1時，即可構(gòu)成 帶通濾波器。圖 和圖 分別是巴特沃斯濾波器和切比雪夫濾波器輸出的脈動壓力波。電路結(jié)構(gòu)圖如圖 2..10 所示： 基于單片機的電子血壓計設(shè)計 17 圖 高通濾波器 該濾波器的傳遞函數(shù)為： 濾波器的截止頻率 f0為 。此處低通濾波器的設(shè)計也采用了巴特沃斯型的二階壓控電壓源濾波器。 圖 低通濾波器電路 確定電阻和電容的計算關(guān)系式如同 節(jié)的低通濾波器設(shè)計，可知 R7=， R8=， R9=10K， R10=150K， C6=2u， C7=22u。 基于單片機的電子血壓計設(shè)計 19 3 單片機系統(tǒng)設(shè)計 CPU 是整個系統(tǒng)的中樞部分，是系統(tǒng)數(shù)字化和智能化的具體表現(xiàn)。器件采用 ATMEL 公司的高密度，非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 為中央處理器和 Flash 存儲單元。與 MCS51 指令系統(tǒng)完全兼容 128 8 字節(jié)內(nèi)部 RAM 2 個 16 位定時 /計數(shù)器 基于單片機的電子血壓計設(shè)計 20 圖 AT89C51 內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡化框圖 (1)運算器 運算器以算術(shù)邏輯單元 ALU 為核心，加上累加器 ACC、暫存寄存器 TMP 和程序狀態(tài)字寄存器 PSW 等所組成。它的功能是對逐條指令進(jìn)行譯碼，并通過定時和 控制電路在規(guī)定的時刻發(fā)出各種操作所需的內(nèi)部和外部控制信號，協(xié)調(diào)各部分的工作。定時 /計數(shù)器，串 行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 Vcc(40)：接 +5V 電源。當(dāng)此輸入端保持兩個機器周期 (24 個振蕩周期 )的高電平，就可以完成復(fù)位操作。因此它可用作對外輸出的時鐘。在執(zhí)行訪問 基于單片機的電子血壓計設(shè)計 22 外部 ROM 指令的時候，會自動產(chǎn)生 PSEN 信號，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器 RAM 或訪問內(nèi)部 ROM 時，不產(chǎn)生 PSEN 信號。第二功能 VPP 為對 8751 片內(nèi) EPROM 的 21 伏編程電源輸入。此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。 P3 口能驅(qū)動(吸收或輸出電流 )4 個 LS 型 TTL負(fù)載。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會影響振蕩頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。為了提高溫度穩(wěn)定性應(yīng)采用溫度穩(wěn)定性能好的電容。復(fù)位引腳 RST 通過一個施密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，施密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機器周期的 S5P2，施密特觸發(fā)器輸出電平有 復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。 ADC0809 轉(zhuǎn)換 電路及 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能部件 由于經(jīng)過低通濾波和帶通濾波得到的信號為模擬信號，單片機無法對其進(jìn)行操作和處理，就需要進(jìn)行模擬量向數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。 本系統(tǒng)中，我們需要對袖帶壓力信號和脈動壓力信號的處理，因此選用的 A/D 轉(zhuǎn)換芯片至少滿足兩通道輸入同時，考慮到 8 位的分辨率能滿足測量的精度要求，并且 8 位數(shù)據(jù)由于正好是一個字節(jié)處理起來很方便，因此本設(shè)計采用 ADC0809 逐次比較式 A/D 轉(zhuǎn)換器。 圖 A/D 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)電路 單片機通過 、 兩個端口對 ADC0809 進(jìn)行控制。其中 ALE 信號與 START信號連在一起，可以在信號的前沿寫入地址信 號，在其后沿便啟動轉(zhuǎn)換。主要包括 8 路模擬 開頭、地址鎖存與譯碼器、 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器和三態(tài)輸出鎖存緩沖器等部分。表 1 中 C、B、 A 是三條通道的地址線。 表 ADC0809 通道選擇表 輸入 通道 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 A 0 1 0 1 0 1 0 1 B 0 0 1 1 0 0 1 1 C 0 0 0 0 1 1 1 1 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器是逐次迫近式，由控制與時序電路、逐次遏近寄存器、樹狀開關(guān)以及 256R 電阻階梯網(wǎng)絡(luò)等組成。 0809 對輸入模擬量的要求主要有：信號單極性， 電壓范圍 0～ 5V、若信號過小，還需進(jìn)行放大。 ALE：地址鎖存允許信號。本信號有時簡寫 為 ST。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機上輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 基于單片機的電子血壓計設(shè)計 28 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號。 Vref：參考電壓。只有當(dāng)轉(zhuǎn)換啟動信號端 START 出現(xiàn)下降沿并延遲后，才啟動芯片進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換， START 的上升沿復(fù)位 ADC0809。 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束后， A/D