【正文】 m為平均壓所對(duì)應(yīng)的脈搏波的幅度，Ad為舒張壓對(duì)應(yīng)的脈搏波幅度，As/Am為收縮壓的歸一化值，Ad/Am為舒張壓的歸一化值，CP為袖帶壓，橫坐標(biāo)代表放氣過(guò)程中袖帶內(nèi)壓力的不斷減小。Maur建立了一個(gè)數(shù)學(xué)模型來(lái)模擬示波法測(cè)量血壓，研究結(jié)果與Geddes的試驗(yàn)結(jié)果相似：~，~。%~80從這個(gè)特征出發(fā)，一些學(xué)者經(jīng)過(guò)深入研究和廣泛實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出一些便于定量分析的規(guī)律。它是將脈搏波振動(dòng)信號(hào)的幅值與信號(hào)的最大幅值相比進(jìn)行歸一化處理，通過(guò)確定收縮壓和舒張壓的歸一化系數(shù)來(lái)識(shí)別收縮壓與舒張壓的方法。由于放氣圖 41 階梯放氣后脈搏波的包絡(luò)曲線(xiàn)速度的不均勻和壓力傳感器的非線(xiàn)性，使得脈搏波的包絡(luò)曲線(xiàn)常常較不規(guī)則，使得擬合曲線(xiàn)起點(diǎn)和終點(diǎn)影響很大，導(dǎo)致不同的擬合曲線(xiàn)包絡(luò)的極值點(diǎn)和拐點(diǎn)位置差異很大，因此，擬合法存在數(shù)據(jù)起點(diǎn)和終點(diǎn)選擇的困難，易受噪聲干擾影響，對(duì)生理參數(shù)的普遍適應(yīng)性較差，理論上單純用尋找拐點(diǎn)的辦法作為判據(jù)在實(shí)際應(yīng)用中具有較大的困難。從下圖41的脈搏波的包絡(luò)曲線(xiàn)可以比較清楚的看出收縮壓和舒張壓之間近似一條二次曲線(xiàn)，在收縮壓和舒張壓附近脈搏波有一明顯的突變，反映到包絡(luò)曲線(xiàn)上表現(xiàn)為對(duì)應(yīng)的兩個(gè)拐點(diǎn)。當(dāng)袖帶內(nèi)壓力超過(guò)動(dòng)脈收縮壓時(shí)，動(dòng)脈血管封閉，血流不通，此時(shí)聽(tīng)不到柯氏音，同樣脈搏波的振幅也應(yīng)非常微弱，且當(dāng)袖帶壓力在收縮壓以上的任何壓力值時(shí)，振幅都應(yīng)比較接近；隨著袖帶放氣減壓，收縮壓高于袖帶內(nèi)壓力時(shí)，部分動(dòng)脈打開(kāi)，血液噴射形成渦流，它使血管振動(dòng)傳到體表即為柯氏音，此時(shí)，對(duì)于示波法中的脈搏波信號(hào)也應(yīng)有一個(gè)突變的情況發(fā)生；隨著氣袖內(nèi)壓力逐漸降低，血管內(nèi)的血流狀態(tài)也發(fā)生了變化，當(dāng)氣袖內(nèi)的壓力剛低于動(dòng)脈舒張壓時(shí)，血流完全恢復(fù)流通，聽(tīng)診器發(fā)出變調(diào)的鈍音，相應(yīng)對(duì)于示波法來(lái)說(shuō)，由于血管不再通過(guò)體表與袖帶緊密接觸，通過(guò)袖帶傳導(dǎo)的脈搏波也就變得非常微弱。早期的研究將振蕩波的變換規(guī)律與柯氏音的變化規(guī)律去類(lèi)比，找到了二者之間的關(guān)系:振蕩波包絡(luò)線(xiàn)的拐點(diǎn)(即二階導(dǎo)數(shù)等于零值的點(diǎn))，對(duì)應(yīng)于柯氏音的突變點(diǎn)，因而也對(duì)應(yīng)于收縮壓與舒張壓的代表點(diǎn)，從血流動(dòng)力學(xué)的角度不難解釋這一現(xiàn)象。振蕩波的包絡(luò)線(xiàn)呈現(xiàn)出近似拋物線(xiàn)的形態(tài)，這一點(diǎn)已被研究文獻(xiàn)和實(shí)驗(yàn)事實(shí)所證明。當(dāng)測(cè)量的血壓值超出收縮壓的正常范圍或是低于舒張壓的正常范圍時(shí)，報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警以引起患者或醫(yī)生的注意。輸出低電平時(shí)充氣立馬停止。、因?yàn)橐黄宋籐ED有四個(gè)位碼，所以用一個(gè)三八譯碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能，即可以用74LS138的Y0、YYY3來(lái)控制，圖314中的按鍵2用來(lái)切換舒張壓與收縮壓的顯示。如果讓輸出口上的輸出字型碼送入每個(gè)LED的8段上，則在每個(gè)瞬間這4個(gè)LED只可能顯示相同的字符，為防止這種情況，各個(gè)顯示器應(yīng)該輪流顯示，這種方法就是動(dòng)態(tài)掃描方式，在某一時(shí)刻只能是其中的一個(gè)數(shù)碼管被點(diǎn)亮，因此每個(gè)數(shù)碼管的COM端還要受到另一信號(hào)的控制，可以接到另外一個(gè)輸出口上，在某一時(shí)刻只讓其中的一個(gè)COM出現(xiàn)低電平或高電平。為節(jié)省端口及降低功耗，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式。通常數(shù)據(jù)口的D0位與a段連接，D1位與b段連接，D7位與dp段連接。圖313 LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)原理圖眾所周知，LED顯示數(shù)碼管通常由硬件7段譯碼集成電路，完成從數(shù)字到顯示碼的譯碼驅(qū)動(dòng)。LED有共陰極和共陽(yáng)極兩種。，轉(zhuǎn)換結(jié)束后，EOC=1，以讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。5 A/D轉(zhuǎn)換完成后數(shù)據(jù)的傳送圖312中用到ADC0809的兩路模擬轉(zhuǎn)換通道，即通道0與通道1，通道0接袖帶壓力信號(hào)，通道1接脈搏波信號(hào)，ADC0809分別對(duì)這兩路模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。4 提供有效的OE信號(hào)。則ADC0809就開(kāi)始工作了。為了這三位地址能夠?qū)懭階DC0809，此時(shí)模擬信號(hào)的通道被選中，模擬通道的地址也就隨之確定。ADC0809對(duì)輸入量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是0~5V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端，因ADC0809的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ。OE：輸出允許控制端，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。ALE：地址鎖存允許信號(hào)輸入端，當(dāng)ALE線(xiàn)為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線(xiàn)的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。IN0IN7：8位模擬量輸入引腳。圖 311 ADC0809的引腳圖ADC0809由一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。預(yù)處理電路由三個(gè)部分組成：差分放大電路、分離袖帶壓力信號(hào)的低通濾波器、分離脈搏波信號(hào)的帶通濾波器，預(yù)處理電路如310所示。電路連接如圖39所示。 為此本文設(shè)計(jì)的帶通濾波器：~，如圖38所示的帶通濾波器為兩級(jí)帶通濾波器的級(jí)聯(lián)，因?yàn)榧?jí)聯(lián)后的帶通濾波器將提供出更高的增益，并且級(jí)聯(lián)后的濾波器的頻率響應(yīng)比一級(jí)帶通濾波器的頻率響應(yīng)會(huì)更尖銳，次設(shè)計(jì)方法會(huì)提高輸出的信噪比，兩濾波器的原理圖38所示。圖37輸入信號(hào)為3HZ的輸入輸出波形圖 脈搏波信號(hào)的處理傳感器BP01輸出的血壓信號(hào)包括袖帶壓力信號(hào)和脈搏波信號(hào)，但其中還夾雜著來(lái)自外界的高頻干擾和直流或低頻分量，即壓力信號(hào)既包含高頻干擾又包含低頻干擾，只有一段頻率信號(hào)是我們需要的。圖35 二階有源低通濾波器及次級(jí)放大電路圖由U2A及其外圍電路組成的低通濾波器的傳遞函數(shù)：其中: （38） （39） （310）參數(shù)的設(shè)計(jì)采用如下方法：設(shè)C1=C2=C，R9=R11=R，則：，在本設(shè)計(jì)中設(shè)C1=C2=C=25181。圖34 前置放大電路的輸入輸出波形圖 袖帶壓力信號(hào)處理從壓力傳感器中獲得的血壓信號(hào)包含袖帶內(nèi)壓力信號(hào)，該信號(hào)是緩慢變化的（低頻），要想提前袖帶壓力信號(hào)需采用低通濾波器。電路圖的連接如圖33所示。所以三運(yùn)放的增益不易過(guò)大，一般放大20~30倍為易。所以應(yīng)盡可能的提高電阻的匹配精度。由上述原理圖容易計(jì)算出有UIA,UIB組成的第一級(jí)放大電路的等效共模抑制比為:CMRR12=CMRR1CMRR2/(CMRR2CMRR1) (35) 由上式可知，僅選擇CMRR較大的運(yùn)放構(gòu)成第一級(jí)并不一定能達(dá)到大的共模抑制比，應(yīng)盡量選用CMRR數(shù)值相匹配的兩個(gè)運(yùn)放組成第一級(jí)放大。放大倍數(shù)G求得如下:因?yàn)閂3=Vil+IgR1 V4=Vi2+IgR2 所以Ig=(Vi1Vi2)/Rg因?yàn)閂b=V4V6/(R4+R6) Va=Vb 所以(VaV3)/R3=(VoVa)/R5R5(VaV3)/R3=VoVaVo=R5(VaV3)/R3+Va=R5Va/R3R5V3/R3+Va=(RS/R3+1)VaRSV3/R3=R6V4(RS/R3+1)/(R4+R6)V3R5/R3 (32)為提高共模抑制比和降低溫漂影響，測(cè)量放大器采用對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，即取R1=R2=Rf R3=R4=R5=R6 則Vo=V3V4=Vi2IgR2VilIgRI=Vi2VilIg(Rl+R2)=(ViIVi2)2(ViIVi2)Rf/Rg (33)所以A=Vo/(VilVi2)=1+2Rf/Rg (34)即調(diào)整電阻Rg可改變放大倍數(shù)。其原理圖如圖32所示。由于生理信號(hào)具有幅度小，頻率底，內(nèi)阻高等特點(diǎn)，且存在較強(qiáng)的背景噪聲和干擾，無(wú)法進(jìn)行直接記錄與顯示，針對(duì)此類(lèi)生物信號(hào)的特殊性，初級(jí)放大電路應(yīng)具有很高的共模抑制比，以及高增益、低噪聲和高輸入阻抗、有合適的通頻帶寬和動(dòng)態(tài)范圍等等特點(diǎn)。圖31 傳感器BP01圖31中output1與output2為信號(hào)的輸出端，血壓信號(hào)由這兩端進(jìn)入差分放大器做進(jìn)一步的處理。LM324的輸出端和輸入正端提供了壓力傳感器電橋偏置的回路。引腳焊接溫度（最大值）：250℃（2～4秒）。最大耐壓：1500 mmHg。、環(huán)境溫度TA為25℃時(shí)的主要性能參數(shù)。1％,零點(diǎn)失調(diào)不大于177。)加 壓：智能自動(dòng)充氣減 壓：放氣速率恒定控制電力檢測(cè)：BP01型壓力傳感器使用環(huán)境：溫度：5~40℃；濕度：85%顯示方式：LED顯示功 耗：微小提示方式：蜂鳴提示3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 壓力傳感器及血壓信號(hào)的采集本系統(tǒng)采用了德利康公司的BP01型壓力傳感器來(lái)采集血壓信號(hào)，BP01型壓力傳感器是為監(jiān)測(cè)血壓而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的,主要用于便攜式電子血壓計(jì)。鑒于此，本設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足的技術(shù)指標(biāo)有以下幾個(gè)：測(cè)量原理：示波法測(cè)量范圍：壓力：40~280mmHg(~)測(cè)量精度：靜態(tài)壓力：177。氣泵的充氣以及排氣也是由微處理器控制的。將計(jì)算所得結(jié)果輸出至LED顯示。由于本文選用的是幅值系數(shù)法，需要分離出袖帶壓信號(hào)和脈搏波信號(hào)，根據(jù)袖帶壓信號(hào)和脈搏波信號(hào)的頻率特征，其中一路信號(hào)由低通濾波器分離出袖帶壓信號(hào)，另一路由帶通濾波器分離出脈搏波信號(hào)，一并送入A/D轉(zhuǎn)換器。（4）顯示模塊用兩片八位LED顯示人體的收縮壓、舒張壓。（3）中央處理單元中央處理單元的主要組成部分為單片機(jī)AT89C51,其主要完成的工作有:通過(guò)串口接收單片機(jī)給出的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置及控制命令，并向單片機(jī)傳送測(cè)量數(shù)據(jù)，其中包括計(jì)算收縮壓、舒張壓、平均壓數(shù)據(jù)、對(duì)氣泵及模數(shù)轉(zhuǎn)換的控制、測(cè)量過(guò)程中的各種算法實(shí)現(xiàn)。（2）模數(shù)轉(zhuǎn)換部分該部分由多路A/D轉(zhuǎn)換器組成，轉(zhuǎn)換內(nèi)容為袖帶壓力和袖帶壓力脈動(dòng)波。整個(gè)系統(tǒng)總體上主要由以下幾個(gè)部分組成：（1）信號(hào)采集部分信號(hào)采集部分主要包括一個(gè)壓力傳感器、前置放大器、帶通濾波器與低通濾波器主要完成袖帶壓力及脈搏信號(hào)檢測(cè)。 系統(tǒng)總體方案概述 系統(tǒng)組成部分電子血壓計(jì)由壓力傳感器、初級(jí)運(yùn)算放大電路、濾波電路、次級(jí)放大電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、顯示電路、按鍵、報(bào)警電路和單片機(jī)組成。而平均壓若連續(xù)的增加或減少，最有可能的是由高血壓或低血壓所引起。 (2–1)其中MAP為平均數(shù)，T為周期，p(t)為血壓隨時(shí)間的函數(shù)。示波法可以測(cè)量動(dòng)脈平均壓。圖22給出了放氣過(guò)程中脈搏波隨袖帶壓變化的曲線(xiàn)。因此，示波法血壓測(cè)量關(guān)鍵就是獲得放氣過(guò)程中脈搏波隨袖帶壓變化的曲線(xiàn)。示波法是根據(jù)在袖帶內(nèi)壓力下脈搏波幅度變化的特征，來(lái)識(shí)別動(dòng)脈收縮壓、平均壓及舒張壓。血壓（mmHg）2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 3218016014012010080604020時(shí)間（s）圖21 基于示波法的血壓檢測(cè)過(guò)程圖檢測(cè)過(guò)程實(shí)際上要進(jìn)行的是一個(gè)序列動(dòng)作，在初始階段MCU控制袖帶充氣，充氣系統(tǒng)向袖帶加壓至一定值(如200mmHg)，確保超過(guò)收縮壓，使血流阻斷，同時(shí)對(duì)袖帶中因脈搏引起的壓力波動(dòng)進(jìn)行采樣，采樣結(jié)束后控制氣閥放氣，使袖帶減壓。然后根據(jù)示波法原理的兩條基本原則進(jìn)行相關(guān)的算法研究和驗(yàn)證。2 總體方案 血壓測(cè)量原理本設(shè)計(jì)試圖采用示波法來(lái)測(cè)量血壓，其實(shí)質(zhì)就是用電子設(shè)備來(lái)測(cè)量脈博，分析脈博，從而得出臨床所需要的各種科學(xué)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。目前，