【文章內(nèi)容簡介】 要以以數(shù)字傳感器作為測量器件，實現(xiàn)血壓測量。智能血壓測量系統(tǒng)以數(shù)字壓力傳感器為測量器件、以DM162液晶顯示模塊為顯示器件，以通用單片機(jī)AT89C51微處理器為控制核心，構(gòu)成了血壓測量裝置。該系統(tǒng)主要是充氣給袖帶，通過數(shù)字傳感器的測量，可以直接采集到袖帶壓力信和脈搏波信號，并且由傳感器自帶的A/D轉(zhuǎn)化將數(shù)據(jù)數(shù)字化然后直接將測量量傳送到單片機(jī)處理，并顯示于液晶顯示器上。 基于數(shù)字傳感器的電子血壓計系統(tǒng)框圖 方案二在本套設(shè)計方案中，主要以以模擬傳感器作為測量器件，實現(xiàn)血壓測量。該智能血壓測量系統(tǒng)以模擬壓力傳感器為測量器件、以DM162液晶顯示模塊為顯示器件，以通用單片機(jī)AT89C51微處理器為控制核心，構(gòu)成了血壓測量裝置。該系統(tǒng)主要是充氣給袖帶，通過模擬傳感器的測量，將測量到的模擬信號經(jīng)過濾波電路的處理分理處袖帶壓力信號與脈搏信號，在經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量通過單片機(jī)處理，并顯示于液晶顯示器上。在這個方案中，數(shù)據(jù)上的收集比較繁雜一些，壓力傳感器收集到的信號，首先要通過差分放大電路將波形數(shù)據(jù)放大，再經(jīng)過二階的高通濾波以去除直流分量帶來的影響，還要經(jīng)過二階低通濾波以去除電源等帶來的噪聲影響。最后經(jīng)過A/D處理送入單片機(jī)，計算并得出舒張壓與收縮壓。 基于模擬傳感器的電子血壓計系統(tǒng)框圖 可行性分析總體來說兩種方案都是可行的，都可進(jìn)行血壓的測量并顯示。方案一中，通過充氣的氣囊，壓力傳感器可以準(zhǔn)確的感應(yīng)到壓力值，然后將這個物理量轉(zhuǎn)換成電壓的訊號，將這個電壓訊號傳入控制核心單片機(jī)，最后，在單片機(jī)的控制下，系統(tǒng)將血壓值準(zhǔn)確的顯示在液晶顯示模塊上。方案二中，在充氣的氣囊的幫助下，我們的壓力傳感器可以準(zhǔn)確的感應(yīng)到壓力值，然后將這個物理量轉(zhuǎn)換成模擬電壓訊號，將這個模擬電壓訊號經(jīng)過濾波放大電路，分離出袖帶壓力信號與脈搏波信號傳入控制核心單片機(jī)，在單片機(jī)的控制下，系統(tǒng)將血壓值和脈搏數(shù)準(zhǔn)確的顯示在液晶顯示模塊上。這兩個過程，從理論上來講，是完全正確的；從現(xiàn)有條件上來講，也是完全可以做到的。因此兩種方案都是可行的，可是鑒于設(shè)計的簡單、低成本、等原則將兩套方案進(jìn)行比較從而選擇出最佳的方案。 方案利弊分析兩方案的原理基本一致，只是在具體裝置上面，一個采用的是數(shù)字傳感器，一個采用的是模擬傳感器。兩者差別不大，但是系統(tǒng)電路卻有顯著的不同。對此，我對這兩個方案進(jìn)行了如下的比較。從價格上方案一中，本人選擇的傳感器ASDX001售價一般在275RMB左右，而方案二中，一般較常用與血壓測量的模擬傳感器BP300系列一般售價在30RMB左右，較常用的濾波放大器MAXIM公司的MAX系列一般售價在15RMB左右，A/D轉(zhuǎn)換最常用的ADC0809一般售價在10RMB左右，總共55RMB左右。從性能上方案一中，數(shù)字傳感器ASDX系列是Sensym 公司檢定合格的ICT 代表產(chǎn)品的一種增強(qiáng)型品種。也是工業(yè)水平領(lǐng)先的一種SDX系列傳感器增強(qiáng)型。ASDX 001壓力傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)DIP封裝，可對傳感器偏置、靈敏度、溫度系數(shù)和非線性度進(jìn)行數(shù)字校正。ASDX 001采用了IC兼容性協(xié)議，無需額外的元件或電子電路，就可容易地連接最常用的微控制器和微處理器。數(shù)字傳感器ASDX 系列壓力傳感器的精度在滿量程范圍內(nèi)為177。％，具有可用單一5 Vdc供電電壓的特性。該壓力傳感器可用于測量絕壓、差壓和表壓。范圍從1PSI到100PSI，絕壓型傳感器有一個內(nèi)部真空參比值(基準(zhǔn)值)，因此可直接輸出一個與絕壓成比例的信號。此系列傳感器可用于非腐蝕性、非電離的工作流體，如空氣和干燥氣體。方案二中，常用的血壓測量傳感器BP300系列壓力傳感器是專為電子血壓計開發(fā)的一款壓力傳感器。該壓力傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定。可靠性好。通用性強(qiáng)等優(yōu)點。標(biāo)準(zhǔn)的DIP6標(biāo)準(zhǔn)封裝特點，主要適用于腕式臂式電子血壓計、醫(yī)療按摩器等需要控制氣體壓力的設(shè)備和器械中。壓力測量范圍300mmHg PSIG/40kpa，工作溫度范圍為：20℃~+100℃，％，磁滯現(xiàn)象+％。從系統(tǒng)的復(fù)雜度上方案一中因為采用的是數(shù)字傳感器，所以沒有濾波放大電路，也無需A/D轉(zhuǎn)換電路。方案二中因為采取的是模擬傳感器，所以會對系統(tǒng)的完成上帶來一些難題。經(jīng)過資料的查閱，以前大多數(shù)的電子血壓計都為該原理，因為它對傳感器的要求不高，電路板的全機(jī)械化制造也會使電子血壓計的整體成本降低，可是如何有效的去除冗雜電路帶來的干擾一直是個難題，所以現(xiàn)在的電子血壓計大多使用的是數(shù)字傳感器?？傮w來說，方案一中采用的數(shù)字傳感器，價格高昂，但是性能穩(wěn)定，因為沒有繁雜的電路，所以準(zhǔn)確度上也會有保證，而且對電路的設(shè)計，軟件的設(shè)計都會帶來便利。方案二中采用的模擬傳感器，價格便宜，功能也能滿足設(shè)計需要，可是穩(wěn)定性及精確度都會較之方案一中的數(shù)字傳感器差些，而且若采用方案二進(jìn)行設(shè)計，會使后續(xù)的設(shè)計繁雜，容易出錯，穩(wěn)定性也會受到影響。所以本人采取方案一來進(jìn)行設(shè)計。 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計電子血壓計采用的是示波法（用袖帶阻斷動脈血流，在放氣過程中檢測袖帶內(nèi)氣體壓力震蕩波。壓力震蕩波起源于血管壁的搏動。當(dāng)袖帶內(nèi)靜壓大于收縮壓時，動脈關(guān)閉，袖帶內(nèi)因近端脈搏的沖擊而出現(xiàn)細(xì)小的震蕩波；當(dāng)靜壓小于收縮壓時，波幅增大，靜壓等于平均動脈壓時，動脈管壁處于符合狀態(tài)，波幅達(dá)到最大；靜壓小于平均動脈壓時波幅逐漸減??；靜壓小于舒張壓以后，動脈管壁在舒張期已充分?jǐn)U張，管壁剛性增加，而波幅維持較小的水平。放氣過程中連續(xù)記錄的震蕩波中的脈動成分呈現(xiàn)近似拋物線的包絡(luò)，示波法的關(guān)鍵在于找到充放氣脈動壓力波的包絡(luò)及動脈血壓之的關(guān)系。）動脈的收縮壓對應(yīng)于振幅包絡(luò)線的第一個拐點，舒張壓對應(yīng)于包絡(luò)線的第二個拐點。首先找到最大振幅值 Amax 處,往前找到幅值為0. 5Amax的瞬態(tài)位置處，此位置所對應(yīng)的血壓直流分量的值定為收縮壓,往后找到幅值為0. 8Amax的瞬態(tài)位置處，此位置所對應(yīng)的血壓直流分量定為舒張壓,將計算出的收縮壓和舒張壓的值經(jīng)單片機(jī)的控制輸出到LED液晶顯示。收縮壓的計算即是在放氣過程中脈搏波振幅度包絡(luò)線的上升段，當(dāng)某一個脈搏波的幅度Ui與Um之比=Ks時，就認(rèn)為此時對應(yīng)的氣袖壓力為收縮壓。所以收縮壓即為：Ps=P/Ui=Ks*Um。而舒張壓的計算不過就是在脈搏波振幅包絡(luò)線的下降段，當(dāng)某一個脈搏波的幅度Ui與Um之比=Kd時，就認(rèn)為此時對應(yīng)的氣袖壓力為舒張壓。舒張壓為：Pd=P/Ui=Kd*Um[5] [D].天津：天津大學(xué)精儀學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系 135。該算法的比例確定是由很多臨床試驗的來，所以較為準(zhǔn)確，可能也會有些患者測量不準(zhǔn)確但總體上來說還是能為大多數(shù)人測量出準(zhǔn)確的血壓值。而系統(tǒng)總體的運行原理是由充氣泵充氣，產(chǎn)生實時壓力，數(shù)字壓力傳感器ASDX 001感應(yīng)到該壓力值，收集該數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)通過自身的A/D轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換成數(shù)字電信號，在單片機(jī)的控制下以串行數(shù)字形式經(jīng)單片機(jī)的AT89C51的第1腳讀入。單片機(jī)在經(jīng)過數(shù)據(jù)讀入后，比較數(shù)據(jù)，這時如果采樣密度大的話，則收集到的峰值數(shù)據(jù)就會更加準(zhǔn)確，此時也可以增加采樣次數(shù)來達(dá)到該效果。采集出數(shù)據(jù)的峰值然后通過計算得到收縮壓與舒張壓，然后經(jīng)DM162液晶顯示模塊進(jìn)行顯示[6] 劉堅強(qiáng)，[J].2010（4） 6265，最后經(jīng)過用戶同意，按鍵確定，然后使用放氣閥放氣，準(zhǔn)備下次測量。而復(fù)位鍵的功能是使系統(tǒng)達(dá)到剛初始化完的狀態(tài)，如果系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤，或者測量有偏差，可以使用復(fù)位鍵來從新測量。 系統(tǒng)方框圖第三章 硬件設(shè)計傳感器（英文名稱：transducer/sensor）是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器工作原理的分類有物理傳感器、化學(xué)傳感器兩類。物理傳感器原理是物理效應(yīng)，比如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等，這樣以來被測信號量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號，方便人們采集?；瘜W(xué)傳感器，主要原理是依靠化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象測量的傳感器，被測信號量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號，方便人們使用。有些傳感器既不能劃分到物理 類，也不能劃分為化學(xué) 類。大多數(shù)傳感器是以物理原理為基礎(chǔ)運作的。化學(xué)傳感器技術(shù)問題較多，例如可靠性問題，規(guī)模生產(chǎn)的可能性，價格問題等，解決了這類難題，化學(xué)傳感器的應(yīng)用將會有巨大增長。一般按照輸出信號為標(biāo)準(zhǔn)分類主要分為：（1）模擬傳感器；（2）數(shù)字傳感器；（3）　膺數(shù)字傳感器；（4）開關(guān)傳感器。（1）模擬傳感器：將被測量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬電信號。（2）數(shù)字傳感器：將被測量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號（包括直接和間接轉(zhuǎn)換）。（3）膺數(shù)字傳感器：將被測量的信號量轉(zhuǎn)換成頻率信號或短周期信號的輸出（包括直接或間接轉(zhuǎn)換）。（4）開關(guān)傳感器：當(dāng)一個被測量的信號達(dá)到某個特定的閾值時，傳感器相應(yīng)地輸出一個設(shè)定的低電平或高電平信號。本設(shè)計就是采用的數(shù)字傳感器，即將被測量的非電學(xué)信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，從而傳送給單片機(jī)處理，并最終將信息顯示于液晶屏上。 傳感器簡介壓力傳感器是電子血壓計的核心部分之一，人體血壓一般在0~300mmhg之間。所以在選擇上應(yīng)該選擇壓力測量范圍相似的，這樣可以減少誤差。數(shù)字傳感器ASDX 001屬于微型結(jié)構(gòu)壓力傳感器ASDX DO系列的產(chǎn)品。ASDX傳感器系列是Sensym 公司檢定合格的ICT 代表產(chǎn)品的一種增強(qiáng)型品種，也是工業(yè)水平領(lǐng)先的一種SDX系列傳感器增強(qiáng)型。ASDX 001 傳感器的尺寸要比SDX稍微大些，能提供高電平( V測量范圍)的輸出電壓，價格較為便宜。ASDX 001壓力傳感器包含了專用的集成電路（ASIC)經(jīng)過專業(yè)校準(zhǔn)并有溫度補(bǔ)償功能。ASDX 001壓力傳感器采用的是標(biāo)準(zhǔn)DIP封裝，可對傳感器的偏置、靈敏度、溫度系數(shù)和非線性度進(jìn)行定期的數(shù)字校正。ASDX 001采用的IC兼容性協(xié)議，可以讓傳感器無需額外的元件或電子電路，就可以輕松地連接最常用的微控制器和微處理器。所有ASDX DO壓力傳感器的精度在滿量程范圍內(nèi)為177。%。具有可用單一+5 Vdc供電電壓土作的特性。傳感器的設(shè)計和制造均遵循ISO 9001標(biāo)準(zhǔn)。此系列傳感器可用于非腐蝕性、非電離的工作流體，如空氣和干燥氣體。傳感器的輸出是一個16進(jìn)制格式的己校正的壓力值，其分辨率為12位。該壓力傳感器可用于測量絕壓、差壓和表壓。范圍從1PSI到100PSI，絕壓型傳感器有一個內(nèi)部真空參比值(基準(zhǔn)值)，因此可直接輸出一個與絕壓成比例的信號。差壓型裝置允許在傳感膜片的任一側(cè)施加壓力，可用于表壓和差壓的測量[7] [M].中南大學(xué)出版社2005。數(shù)字壓力傳感器ASDX 001的結(jié)構(gòu)：（1）外部結(jié)構(gòu) ：，為ASDX 001的外部結(jié)構(gòu)圖。 ASDX 001外部結(jié)構(gòu)圖（2）內(nèi)部結(jié)構(gòu)：ASDX 001的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括4部分：（1）多路分配器；（2）模/數(shù)轉(zhuǎn)換器；（3）微控控制；（4）模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3. 2所示。圖3. 2 ASDX 001內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 傳感器電路設(shè)計ASDX 001的外圍引腳共有8個，其中5個為空腳。工作電壓為正5負(fù)。由+Vs腳引入正5負(fù)電壓，Vout為數(shù)據(jù)輸出腳，將所測量得到的數(shù)字電壓信號傳送到單片機(jī)的1腳，ASDX 001的地腳為GND腳，接地。因此，這個電路連接十分簡單，只需要將傳感器的輸出腳Vout連接到AT89C51單片機(jī)的1腳上即可。 所示： ASDX 001與單片機(jī)的連接電路原理圖單片機(jī)，全稱單片微型計算機(jī)（英語：SingleChip Microputer），又稱微控制器（Microcontroller），是把中央處理器、存儲器、定時/計數(shù)器（Timer/Counter）、各種輸入輸出接口等都集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機(jī)。與應(yīng)用在個人電腦中的通用型微處理器相比，它更強(qiáng)調(diào)自供應(yīng)（不用外接硬件）和節(jié)約成本。它的最大優(yōu)點是體積小，可放在儀表內(nèi)部，但存儲量小，輸入輸出接口簡單，功能較低。由于其發(fā)展非常迅速，舊的單片機(jī)的定義已不能滿足，所以在很多應(yīng)用場合被稱為范圍更廣的微控制器。單片機(jī)是一種集成電路芯片，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的微型計算機(jī)系統(tǒng)，和計算機(jī)相比較單片機(jī)缺少了外圍設(shè)備等。作為超大規(guī)模集成電路技術(shù)而成的芯片來講，它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。從上世紀(jì)80年代，單片機(jī)由僅有CPU的專用處理器芯片發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個芯片中，使計算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中，當(dāng)時的單片機(jī)是4位、8位單片機(jī)，發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出32位300M的高速單片機(jī)?，F(xiàn)在的單片機(jī)已經(jīng)不僅僅使用在工業(yè)領(lǐng)域，它已深入千家萬戶，手機(jī)、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電子產(chǎn)品中都含有單片機(jī)。單片機(jī)現(xiàn)在已經(jīng)與我們的生活息息相關(guān)了。單片機(jī)誕生于1971年，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段，早期的SCM單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列MCU系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機(jī)，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大提高。隨著INTEL i960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)?！≡缙陔A段：SCM即單片微型計算機(jī)（Single Chip Microp