【正文】 化和智能化的具體表現(xiàn)。 由通帶頻率為 二階壓控電壓源低通濾波器和通帶 頻率為 二階壓控電壓源高通濾波器構成的帶通濾波器能夠順利的提取正常和異常情況下的脈搏波信號。 圖 低通濾波器電路 確定電阻和電容的計算關系式如同 節(jié)的低通濾波器設計，可知 R7=， R8=， R9=10K， R10=150K， C6=2u， C7=22u。濾波器的傳遞函數(shù)和各參數(shù)之間的計算關系我們在前面已經(jīng)給出，這里不再贅述。此處低通濾波器的設計也采用了巴特沃斯型的二階壓控電壓源濾波器。F，由此可確定電路中各電阻電容值如下： 取 R5=， R6=30K， R3=， R4=，高通濾波器仿真所得的幅頻特性曲線如圖 所示。電路結構圖如圖 2..10 所示： 基于單片機的電子血壓計設計 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 。所以我們采用巴特沃思濾波器來設計帶通濾波器。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。 20 ㏒ 10︱ Au︱ 低通 f2 20 ㏒ 10︱ Au︱ 高通 f1 20 ㏒ 10︱ Au︱ 帶通 f1 f2 圖 帶通濾波器原理示意圖 切比雪夫濾波器頻率選擇性較好，但在同樣參數(shù)要求下，其傳遞函數(shù)極點分布于橢圓上，較分布于圓周上的巴特沃斯濾波器傳遞函數(shù)極點更接近單位。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，當滿足條件 f2f1時，即可構成 帶通濾波器。為此我們將設計一個帶通濾波器來實現(xiàn)對這段頻帶范圍內(nèi)信號的采集。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)處理結果準確性的前提與基礎。由于 R3=∞，所以 R4為任意值均能滿足 Avp=1，本設計中，令 R4=0 即短路，圖 (a)為本設計中采用的低通濾波器，圖 (b)為幅頻特性曲線。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計 14 =31689Ω 取 C2=10181。b1=(1/R1C1 )*(1AVP)+1/C2(1/R1+1/R2) 為了減少輸入偏置電流及其漂移對電路的影響，應使： R1+R2=R4R3/(R3+R4) 將上式與 AVP=1+R4/R3聯(lián)立求解可得： R4=AVP(R1+R2) 通帶截止頻率 f0=1/2 兀 （ R1R2C1C2） 1/2 選定歸一化系數(shù) B=， C=1，電容 C1 可任意取值，取 C1=22181。 ViRR2R1321411UAT L 0 7 4CRlVo基于單片機的電子血壓計設計 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于開路。無限增益多路負反饋二階濾波電路特點是：運算放大器的開環(huán)增益無限大，反相輸入端可視為虛地，輸出端通過電容和電阻形成兩條反饋支路。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，濾波器相當于一個電壓源。本系統(tǒng)采用二階壓控電壓源低通濾波器來獲取袖帶壓力信號。 fp=f0=1/2 兀 RC 式中， f0稱為特征頻率。 濾波器的主要技術參數(shù)如下： （ 1） 傳遞函數(shù) 濾波器的電路特性可以由其傳遞函數(shù) H(s)來表征： H(s)=X 0/X i 對于圖 所示的簡 單一階有源低通濾波器而言，其傳遞函數(shù) H(s)=V 0(s)/V i (s)=1*A vp/(1+SCR) H(s)表現(xiàn)為增益的形式，也可以表示為 A v(s)。 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。 帶通濾波器主要用于遴選出有用頻段的信號，而削弱其他非有用頻段的信號或干擾和噪聲。 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。 濾波器按照其頻域特性可分為低通、高通、帶通、帶阻和全通五種，上述各種濾波器的理想特性如圖 所示。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。其電路結構如圖 所示。傳感器的轉換函數(shù)如下所示： VOUT=VS*（ *P+） 其中， VS為傳感器供電電壓，單位為 V P 為所需轉換的壓力信號，單位為 kPa VOUT 為轉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計 10 圖 壓力輸入 (Kpa)與輸出信號幅值 (V) 濾波器設計 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。其運行特性如下： 壓力范圍： 0~50Kpa （ 血 壓 的 測 量 范 圍 通 常 為 0 ～300mmHg(050KPa)） 電源電壓： ~；一般采用 5Vdc 供電。本次設計采用 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用的先進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。 常見的有根據(jù)金屬應變片電容原理制成的壓力傳感器，它主要以手工生產(chǎn)為主，體積大，對生產(chǎn)經(jīng)驗要求高，所以，一致性，互換性較差。線性度高使得壓力 電信號轉換公式簡單，節(jié)約軟硬件設計。 壓力傳感器的選用 系統(tǒng)中需要用壓力傳感器模塊將袖帶內(nèi)壓力信號轉換為相應的電信號。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)的應力。 壓電壓力傳感器是利用石英、鈦酸鋇和酒石酸鉀鈉等壓電材料的正壓電效應制成。將應變片通過特殊的粘合劑機密的粘合在產(chǎn)生力學應變基體上，當基體受力發(fā)生應力 變化時，電阻應變片也隨之發(fā)生形變，使其阻值發(fā)生變化，從而使加在應變片上的電壓發(fā)生變化。 壓阻式壓力傳感器是應用最為廣泛的壓力傳感器，它具有精度高、測量范圍廣、結構簡單、價格低以其較好的線性和頻率響應等特點。壓力傳感器的種類繁多，如 電阻應變片壓力傳感器、半導體應變片壓力傳感器、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。本論文討論對血壓的測量選用的壓力傳感器。隨著傳感技術的不斷發(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。 袖 帶 壓力傳感器 濾波電路 袖帶壓力信號 脈搏波信號 顯示器 鍵 盤 單片機 A/D 轉換電路 充氣泵 放氣閥 基于單片機的電子血壓計設計 8 2 濾波電路設計 傳感器 現(xiàn)代控制技術即是對大量信息的采集、分析處理，然后進行相應的控制一門技術。 基于單片機的電子血壓計設計 7 圖 血壓計設計系統(tǒng)總體框圖 測量中將袖帶套在人體上臂，靠肘關節(jié)一側，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定充氣的最大值，當袖帶壓達到預定值時停止充氣，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行緩慢放氣，使袖帶壓力逐步減小，當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。電信號通過放大電路和濾波電路處理后，在經(jīng) A/D 轉換器轉換成數(shù)字信號供單片機分析計算得出結果存儲，從而通過顯示電路顯示出來。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。 設計的總體思路 本論文討論的是基于單片機的電子血壓計設計，是以單片機為核心的電子控制系統(tǒng)在醫(yī)學上的應用。圖 (c)濾除了圖 (a)交流成份，反映出了靜壓的變化規(guī)律。 圖 示波法測量血壓原理示意圖 為了詳細研究降壓曲線，讓信號通過二個不同頻帶的模擬通道，分別得到圖 (b)和圖 (c)的曲線。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。當袖帶內(nèi)壓力等于收縮壓（ PS）時，振動波幅度增大，隨著袖帶內(nèi)壓力不斷降低，振動波幅度不斷增大，當袖帶內(nèi)壓力等于平均壓 (PM)時，動脈管壁處于去負荷狀態(tài)，振動波幅度達到最大。示波法血壓測量中采用充氣袖帶來阻斷動脈血流，當動脈血流被阻斷時，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。本文對血壓的測量也采用了示波法技術。 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計 5 影響。 3）重復性 、 一致性比較好 ； 4）準確性比較高。 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。此法也需要用袖帶阻斷動脈血 流， 但在放氣過程中，不是檢測 柯氏音，而是檢測袖帶內(nèi)氣體的振蕩波。 示波法（ Oscillometric method），也稱為振動法或測振法。以前也出現(xiàn)了多種科氏法電子血壓計，試圖實現(xiàn)血壓的自動檢測，但很快發(fā)現(xiàn)這類血壓計未能克服柯氏法的固有缺點，誤差大，重復性差。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。因此，本章首先對本系統(tǒng)血壓所基于的示波法理論做一個說明。研究學習血壓算法，編寫血壓判定程序對平均壓、收縮壓、舒張壓的計算。 本次設計利用示波法原理來設計一種血壓計對血壓測量，該血壓計能夠對平均壓，收縮壓，舒張壓測量，分別對這三種血壓計進行顯示。目前，國內(nèi)市場上的數(shù)字血壓計多來自國外進口。 在血壓測量方面，無創(chuàng)數(shù)字血壓計多采用示波法測量技術。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 ”。 俄國科學家柯羅特柯夫發(fā)現(xiàn)了在體表對應處能聽到動脈內(nèi)血流沖擊血管壁產(chǎn)生的脈動音，為紀念他，把這種聲音稱為 “柯氏音 ”(或 “柯氏聲 ”)。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。自測血壓時，也以 3 次讀數(shù)的平均值記錄，同時記錄測量日期、時間、地點和活動情況。一般 自我測量血壓時 推薦使用符合國際標準 (ESH 和 AAMI)的上臂式全自動電子血壓計。認為水銀柱式血壓計是精確的血壓計的觀點是片面的，因為水銀柱式血壓計只是一個壓力計而已，重點在于醫(yī)生通過聽診器進行的聽診。 它 也越來越多地被用于醫(yī)院等醫(yī)療機構。電子式血壓計，其優(yōu)點為：使用簡易，可一人獨自操作；測量值便于記錄，體積輕巧便于攜帶。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。 以往測量血壓都使用氣壓式血壓計，這種血壓 計除醫(yī)生外一般人不容易掌握，且自己為自己測量多有不便 。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。由于這種方法不需要剖切的外科手 術，同時測量簡便，所以在臨床上得到廣泛的應用，只是測量精度