【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 第二篇：基于 STC89C52電子血壓計(jì)設(shè)計(jì) 基于 STC89C52 的電子血壓計(jì)設(shè)計(jì)摘要本文論述了主要由STC89C52 單片機(jī)， MPS40GSF 傳感器及 LCD1602 顯示電路等構(gòu)成的基于 STC89C52 的電子血壓計(jì)的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)采用 5V 電源供電，按下開始測(cè)量開關(guān)后，單片機(jī)控制鼓風(fēng)電機(jī)充氣袋進(jìn)行，電磁閥門進(jìn)行放氣，并在從充氣到放氣過程之中，由可充氣式綁帶中的壓力傳感器作為測(cè)量血壓的工具，完成高壓和低壓以及脈搏周期跳動(dòng)的測(cè)量。隨后按照程序進(jìn)行計(jì)算，并由 MPS40GSF 血壓傳感器測(cè)得血液壓力和動(dòng)脈的搏動(dòng)信號(hào)，并進(jìn)行一系列處理與計(jì)算，將經(jīng)過處理的信號(hào)輸入 STC89C52中進(jìn)行控制，并最終在 1602液晶顯示器上加以顯示。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)； 傳感器； 液 晶顯示器； 血壓計(jì)目錄第 1 章緒論 選題意義 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀分析 本文的研究?jī)?nèi)容與文章結(jié)構(gòu) 1 第 2 章電子血壓計(jì)的測(cè)量原理及設(shè)計(jì)方案的確定 電子血壓計(jì)的測(cè)量原理 血壓的形成及血壓測(cè)量的工作原理 電子血壓計(jì)的工作原理 控制方式的選擇 控制芯片的選擇 傳感器的選擇 顯示器的選擇 3第 3 章硬件電路的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的功能分析及其體系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的功能分析 系統(tǒng)總結(jié)構(gòu) 模塊電路的設(shè)計(jì) 傳感器 單片機(jī)的簡(jiǎn)介及電路設(shè)計(jì) 液晶顯示電路的設(shè)計(jì) 電源電路 泄氣電磁閥門的控制電路 充氣泵控制電路 按鍵電路 峰鳴器報(bào)警電路 信號(hào)指示燈電路 11 第 4 章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 編程語言的選擇 系統(tǒng)工作主流程圖 血壓檢測(cè)流程圖 13 第 5章系統(tǒng)的焊接與調(diào)試 硬件電路焊接 系統(tǒng)調(diào)試 系統(tǒng)程序調(diào)試 16 總結(jié) 1 致謝 2參考文獻(xiàn) 3第 1 章緒論 選題意 義當(dāng)前世界的發(fā)展不斷加快，經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)率更是逐年提升，人們?nèi)粘Ｉ畹钠骄接忻黠@的提升，導(dǎo)致生活的方式和習(xí)慣也發(fā)生了改變，由此引發(fā)了一系列問題，給人們健康帶來了重大威脅。近年來，心血管方面的病癥尤為常見，其中高血壓由其發(fā)病的概率高，患病年齡廣，影響程度大等特點(diǎn)位居心血管方面疾病的前列，使患者飽受疾病的摧殘。血壓的高低在日常生活中又很難被人們所察覺到，所以導(dǎo)致其有極高的患病率而患者的得病知情率低，從而錯(cuò)失了最好治療的機(jī)會(huì)，導(dǎo)致病變進(jìn)一步的加劇，更不用說預(yù)防了。因此，設(shè)計(jì)一款可以方便，快捷且準(zhǔn)確的測(cè)量血壓的裝置 對(duì)人們至關(guān)重要，其使人們可以隨時(shí)的測(cè)量和監(jiān)測(cè)自身血壓，為高血壓的預(yù)防和治療提供了重要參考數(shù)據(jù)，為人們的身體健康帶來保障 [1]。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀分析當(dāng)前電子血壓計(jì)主要使用示波法原理生產(chǎn)制造，而此類血壓計(jì)又分為臂式和腕式 [3]。由示波法原理生產(chǎn)制造的血壓計(jì)的發(fā)展大體經(jīng)歷了三代 [4]： 第一代電子血壓計(jì)，由于受限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)，構(gòu)成模塊簡(jiǎn)單，其包括加壓氣泵，壓力傳感器和兩個(gè)不同的排氣閥門，特意使用兩個(gè)排氣閥門，目的在于加快其放氣的速度，使排放氣的時(shí)間減少，并在放氣時(shí)測(cè)量血壓。其測(cè)量特點(diǎn)為加壓和 放氣的速度快。 第二代電子式血壓計(jì)是在上一代的基礎(chǔ)上做了升級(jí)與更新，其主要的變動(dòng)為去除了機(jī)械放氣閥門，由電磁排氣閥門來代替，使其能夠真正的定速排氣且可以智能加壓，大大提高了測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性。 第三代電子血壓計(jì)是在前二代的基礎(chǔ)上的進(jìn)一步的升級(jí)與優(yōu)化，運(yùn)用了與前兩代截然不同的測(cè)量方法，即在加壓的進(jìn)程中完成對(duì)血壓的測(cè)量。其測(cè)量的主要特點(diǎn)為可以快速放氣，并對(duì)加壓的速度可以進(jìn)行控制，在此過程中完成血壓的測(cè)量。 目前由于第一代電子血壓計(jì)測(cè)量誤差大且控制比較粗糙已在被淘汰的邊緣，第三代電子血壓計(jì)采 用 MWI 技術(shù)，技術(shù)的難度較大，掌握此項(xiàng)技術(shù)的公司少，所以目前國(guó)內(nèi)外主流的都為第二代電子血壓計(jì)。 本文的研究?jī)?nèi)容與文章結(jié)構(gòu)第一章主要介紹了血壓計(jì)的分類及發(fā)展?fàn)顩r； 第二章主要說明了血壓計(jì)的測(cè)量原理與設(shè)計(jì)方案的確定； 第三章主要介紹了硬件的電路設(shè)計(jì)與組成； 第四章主要介紹了軟件的設(shè)計(jì)； 第五章主要介紹系統(tǒng)的調(diào)試。 第 2 章電子血壓計(jì)的測(cè)量原理及設(shè)計(jì)方案的確定 電子血壓計(jì)的測(cè)量原理 血壓的形成及血壓測(cè)量的工作原理血液壓力的形成是在足夠循環(huán)的血液量的基礎(chǔ)上，心臟在收縮的期間射血，血液就會(huì)對(duì)血管的側(cè)壁產(chǎn)生壓力（即為收縮壓）。具有彈性的動(dòng)脈，將壓力轉(zhuǎn)化為能量進(jìn)行儲(chǔ)存，在心臟舒張期間又釋放此能量，驅(qū)動(dòng)血液的流動(dòng)，從而維持了血液對(duì)血管側(cè)壁的壓力（即為舒張壓） [9]。由于人體上肢距心臟距離較近，所以測(cè)量后臂處的血壓可以近似為人體血壓。 電子式血壓計(jì)測(cè)量的數(shù)據(jù)即為收縮壓和舒張壓，簡(jiǎn)稱為高壓和低壓 [10]。測(cè) 量是通過向可充氣式綁帶充氣，當(dāng)其上的壓力達(dá)到一定的壓力值后，在可充氣式綁帶緩慢排氣的過程中，當(dāng)血液開始流動(dòng)時(shí)，可充氣式綁帶上的壓力與血壓值可視為等同。此時(shí)即為收縮壓，當(dāng)袖帶中的氣體放完沒有壓力時(shí)，此時(shí)測(cè)得血壓為舒張壓 [11]。 一般運(yùn)用最大振幅法來確定收縮壓與舒張壓，即分別在動(dòng)脈搏動(dòng)的振動(dòng)幅度包絡(luò)線的上升和下降過程，若其振動(dòng)波的圖形的振幅和最大振幅值的比例小于等于 Kd 時(shí)，即分別對(duì)應(yīng)著高壓和低壓。 收縮壓表示公式為：（公式 11）舒張壓表示公式為：（公式 12）先測(cè)出振幅的最大值，振幅最大值的 一半所對(duì)應(yīng)的值即近似收縮壓。振幅最大值的五分之四倍處所對(duì)應(yīng)的值即近似舒張壓。最后算出的值即為所測(cè)的血壓。 5V 電源供電，按下開始測(cè)量開關(guān)后，單片機(jī)控制鼓風(fēng)電機(jī)充氣袋進(jìn)行，電磁閥門進(jìn)行放氣，并在從充氣到放氣過程之中，由可充氣式綁帶作為測(cè)量血壓的工具，完成高壓和低壓以及脈搏周期跳動(dòng)的測(cè)量，并由 MPS40GSF 血壓傳感器測(cè)得血液壓力和動(dòng)脈的搏動(dòng)信號(hào)，并進(jìn)行一系列處理，將經(jīng)過處理的信號(hào)輸入 STC89C52 中進(jìn)行控制，并最終在 1602 液晶顯示器上加以顯示。 控制方式的選擇 控制芯片的選擇方案一： MSP430 單片機(jī)芯片，其內(nèi)部集成度極高，除了集成有最基本的 CPU 外，還集成有多種功能不同的模擬、數(shù)字電路，因此應(yīng)用范圍極廣。且因其性能穩(wěn)定優(yōu)越，安全度高，很適合用來作為血壓計(jì)的控制芯片。但由于此單片機(jī)的價(jià)格偏高，遂不予考慮。 方案二： Atmega16 單片機(jī)芯片，其作為一款優(yōu)越的控制處理器，除了單片機(jī)通用的標(biāo)準(zhǔn)性能外，此單片機(jī)獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)為其運(yùn)行速度極快，最快為 16M，且其肋部集成有 A/D 轉(zhuǎn)換模塊，不用再外接 A/D轉(zhuǎn)換器就可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，檢測(cè)與控制 。但最總還是因其價(jià)格高，遂不予考慮。 方案三： STC89C52 單片機(jī)芯片，其性能雖沒有 MSP430 單片機(jī)芯片優(yōu)越，但因其損耗低，且有大量的接口可供使用，再加上其價(jià)格較低廉，綜合考慮后選定此單片機(jī)。 綜合比較，選擇方案三。 傳感器的選擇傳感器為可以將所測(cè)得的信息經(jīng)過處理后，最總以其合適的形式輸出的檢測(cè)裝置，所以其在現(xiàn)今運(yùn)用極廣。本設(shè)計(jì)所用的傳感器為物理類中的壓敏傳感器，用來采集血壓脈搏信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行處理轉(zhuǎn)換，此類傳感器的型號(hào)眾多，基于各種因素，對(duì)以下幾種傳感器進(jìn)行比較與選擇。 方案一： OMRON 電容式壓力傳感器 CP10，其可測(cè)量介質(zhì)與測(cè)量溫度范圍都為根據(jù)人體特征進(jìn)行設(shè)定，因其設(shè)計(jì)的理念，此款傳感器為電子血壓計(jì)專用 OMRON電容式傳感器，但因其成本問題，遂決定淘汰。 方案二： MPS40GSF 壓力傳感器為固態(tài)，運(yùn)用 MEMS技術(shù)，可靠性高價(jià)格低廉，且可測(cè)量的介質(zhì)受限程度小，適合使用的溫度范圍寬，比較適合用作血壓計(jì)的傳感器電路的設(shè)計(jì)。 方案三：電容式壓力傳感器 SENSOR101，其除了具有電容式壓力傳感器的共有優(yōu)點(diǎn)外，且其信號(hào)不用進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理就可有較高的分辨率，但因其成本問題，遂放棄此款傳感器。 綜合比較，選擇方案二。 ： LED 顯示器其為由多個(gè)發(fā)光的二極管構(gòu)成的顯示器，其雖然原理簡(jiǎn)潔明了，電路容易連接，成本低，但由于其只能簡(jiǎn)單的顯示數(shù)字，無法滿足電子血壓計(jì)顯示的需要，遂放棄此方案。 方案二： LCD液晶顯示器，其由多個(gè)液晶模塊構(gòu)成，可以對(duì)字母、符號(hào)和數(shù)值進(jìn)行顯示，比較符合電子血 壓計(jì)對(duì)顯示的要求，遂采取此方案。 綜合比較，選擇方案二。 第 3 章硬件電路的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的功能分析及其體系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的功能分析系統(tǒng)主要由 STC89C52 單片機(jī)， MPS40GSF 傳感器， LCD1602 液晶顯示器及其它電路等構(gòu)成的，基于 STC89C52 的電子式血壓計(jì)的設(shè)計(jì)，通過傳感器獲取血壓信號(hào)，隨后對(duì)此信號(hào)經(jīng)過一系列處理，最后把經(jīng)過處理后合適的信號(hào)輸入 STC89C52 內(nèi)進(jìn)行控制與顯示。 為了實(shí)現(xiàn)此系統(tǒng)具有脈搏血壓的檢測(cè)功能，血壓的高壓和低壓判別功能，對(duì)信號(hào)處理和顯示功能 。 ，按下電源鍵接通電源，在按測(cè)量鍵，則充氣泵在單片機(jī)的控制下對(duì)袖帶進(jìn)行充氣加壓，隨后在排氣過程中降壓并完成血壓的測(cè)量。 ，蜂鳴器會(huì)發(fā)出提示音，提示測(cè)量者測(cè)量已完成，此時(shí)液晶顯示器上顯示為 SBP： XXXmmHgDBP： XXXmmHgPulse： XXX，其顯示的數(shù)據(jù)依次對(duì)應(yīng)為高壓，低壓和脈搏的數(shù)據(jù)信息。 ，取數(shù)據(jù)的平均。 系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)的原理：當(dāng)測(cè)量開關(guān)按下，通過袖帶內(nèi)的壓力傳感器，將壓力轉(zhuǎn)化為電子信號(hào)，隨后對(duì)信 號(hào)經(jīng)過一系列處理，過濾掉干擾信號(hào)及模數(shù)轉(zhuǎn)換，并按照算法算出血壓和心率，最后經(jīng)過單片機(jī)的控制將結(jié)果輸送到顯示器上進(jìn)行顯示。本系統(tǒng)具體框圖如圖所示： 圖 31基于 STC89C52的電子血壓計(jì)設(shè)計(jì)的總結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 傳感器一 .簡(jiǎn)介本次設(shè)計(jì)采用的 MPS40GSF 為一款低成本電子血壓計(jì)壓力傳感器，其被封裝成 DIP6 直插型架構(gòu)，且其為通過 MEMS 技術(shù)制造，高可靠性，價(jià)格低廉，測(cè)控介質(zhì)種類受限小，工作溫度范圍廣，有多種量程可供選擇。易用，易安裝于 ONE 設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域，在汽車， 工業(yè)，病人監(jiān)測(cè)和診斷設(shè)備中被大量使用。 MPS40GSF的主要特點(diǎn)： （ 1）量程： 40kpa（差壓）； （ 2）輸出： mV 信號(hào)； （ 3）供電： 5VDC或恒流 1mA； （ 4）線性精度： %FS； （ 5）低功耗。 二．內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 32MPS40GSF 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖由內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以看出MPS40GSF內(nèi)有 A/D 轉(zhuǎn)換器，控制器，多路分配器構(gòu)成。 三 .壓力傳感器電路的設(shè)計(jì) MPS40GSF 采用 6 引腳式外圍封裝，通過引腳將其安插在電路板上。其 NC 引腳不接入電路， 1 引腳 GND 接地。MPS40GSF的正常工作的電壓為 5V，所以 3引腳 VCC 接 +5V電壓并連入STC89C52D的 VCC 引腳，其 2引腳 VOUT為信號(hào)的輸出端口，與 STC89C52的 ，將信號(hào)送入單片機(jī)中。如圖所示： 圖 33MPS40GSF與單片機(jī)的連接電路原理圖 機(jī)的簡(jiǎn)介及電路設(shè)計(jì)此 STC89C52 芯片為 51 系列單片機(jī)的升級(jí)，采用DIP40 引腳封裝 ,與 51 單片機(jī)完全相同，但性能卻得到很大提升， C52單片機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)高度的靈活性和高效的能力。其通用功能與 51 單片機(jī)無差異，本文不再羅列。 一． STC89C52的優(yōu)點(diǎn)為： 其數(shù)據(jù)和程序的存儲(chǔ)空間與傳統(tǒng) 51 系列系列的單片機(jī)相比，有很大提升，分別擴(kuò)展到了 8K 字節(jié)與 512 字節(jié)。且其在帶電的狀態(tài)下，可以進(jìn)行程序的擦除與編程。只讀存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量擴(kuò)展為 4K 字節(jié)，串口還可以直接進(jìn)行下載 Error!Referencesourcenotfound.。 二、 STC89C52單片機(jī)引腳圖芯片 引腳圖如圖所示： 圖 34STC89C52單片機(jī)三、 STC89C52單片機(jī)的最小系統(tǒng)： 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理很簡(jiǎn)單，其為用最少的構(gòu)成部分就能完成單片的正常工作，在此單片機(jī)其只由三個(gè)部分構(gòu)成，包括復(fù)位，時(shí)鐘和電源這些基本單路。在此基礎(chǔ)上，可擴(kuò)展其它的電路來完成系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。 （ 1）復(fù)位電路的作用是復(fù)位。在單片機(jī)接上電源以后，或電源出現(xiàn)較低的電壓時(shí)，將單片機(jī)的存儲(chǔ)器進(jìn)行復(fù)位操作，使其各項(xiàng)數(shù)據(jù)處于初始的狀態(tài)，即處于電源接通時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)程序的狀態(tài)，以消除由于某種原因的程序錯(cuò)亂。 單片機(jī)的復(fù)位電路 有上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種形式，其有按鍵，電容和接地電阻構(gòu)成。本系統(tǒng)采用手動(dòng)復(fù)位電路，所以著重分析手動(dòng)復(fù)位。當(dāng)按下復(fù)位開關(guān) K 時(shí)，電容 C3 就與接地電阻R10串聯(lián)進(jìn)行分壓。隨后，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高電平，手動(dòng)復(fù)位完成。其電路原理圖如圖所示： 圖 35 手動(dòng)復(fù)位電路圖（ 2） STC89C52 的時(shí)鐘電路分為內(nèi)部時(shí)鐘電路和外部時(shí)鐘電路兩種，由于其內(nèi)部時(shí)鐘性能已比較優(yōu)良，能滿足此次設(shè)計(jì)的需要，所以這里直接使用其內(nèi)部時(shí)鐘。其構(gòu)成為在單片機(jī)的內(nèi)部振蕩器的外部引腳間，將晶振與電容并聯(lián)接入，就創(chuàng)建完成了時(shí)鐘電路。其電路原理圖如圖所 示： 圖 36 時(shí)鐘電路圖 液晶顯示電路的設(shè)計(jì)一、 LCD1602 的特點(diǎn)本次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用的是 LCD1602，其為一款字符型的液晶顯示模塊，是專門用于顯示字母、數(shù)字元、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶顯示的