基于單片機的電子血壓計研制

摘要：本文詳細描述了血壓采集系統的設計方案、硬件電路和軟件的設計，并利用相關仿真軟件對所設計的系統進行了驗證。該設計是根據脈動波時間間隔與血壓存在某種內在的聯系來實現血壓測量的。本裝置是采用AT89S52作為主控芯片，選用血壓傳感器BP300T對人體手腕的橈動脈部位進行人體血壓測量，把測得的壓力信號分為靜壓信號和脈搏信號，并對測得的這些信號進行放大濾波，據脈動波時間間隔的原理，計算出舒張壓和收縮壓，實現血壓測量功能。

關鍵詞：血壓 電子血壓計 BP300T 脈搏波測量法

1、引言

隨著生活水平的提高，人們越來越關注自己的身體健康，血壓是身體健康與否的一個重要指標。據2010年全國營養與健康狀況調查資料顯示，我國成人高血壓患病率為18.8%，全國有高血壓患者約1.6億。而據人群流行病學發現，近幾年來高血壓的患病率正處在逐漸上升的趨勢，而在年齡分布上，除了老年人外，中青年患者也愈來愈多。因此，研制既適合家庭保健人員又適合專業人士智能型血壓計具有重要的意義。

2、測量血壓的方法

本電子血壓計是一個便攜式的檢測裝置，采用無創檢測的方法。本設計采用基于脈搏波時間間隔變化特征原理進行血壓測量。

在時間間隔由小到大的過程中，首先找到時間間隔最大的，把對應的壓力記為平均壓，把某一時間間隔與最大時間間隔的比值大于或等于0.85時的壓力，判斷為收縮壓；在時間間隔由大到小的過程中，把某一時間間隔與最大時間間隔的比值小于或等于0.7時的壓力，判斷為舒張壓。

3、電子血壓計硬件檢測裝置的設計

3.1 系統總體硬件設計的概述

本課題研究的電子血壓計是便攜式的，它可以同時測量脈搏和血壓，通過LCD顯示出來。它主要包括八大模塊：電源設計模塊、單片機處理模塊、血壓傳感器模塊、信號調理模塊、A/D轉換模塊、液晶顯示模塊、語音合成模塊、氣路驅動模塊。如圖3.1所示。

圖3.1 電子血壓計檢測裝置的組成框圖

本裝置是一種可以同時測量血壓和脈搏人體生理多參數的便攜儀器，生理信號測量的準確性直接關系到人們的身體狀況。該裝置可以將這些測量到的數據通過LCD和語音模塊實時報讀出來，方便人們了解自己的身體狀況。

3.2電源電路

本裝置的供電電壓采用了+6.0V，可以用4節5號干電池進行供電，考慮到硬件系統對電源要求具有穩壓功能和低功耗的特點，因此該硬件裝置的電源部分采用AMS1117穩壓芯片來實現。如圖3.2所示。

圖3.2 AMS1117管腳圖及電源電路圖

對于血壓信號采集電路供電時，需要電壓的穩定性好、精確高，這樣才不影響血壓信號的采集。因此，還需要設計一個高精確電源電路，為血壓信號采集電路提供+5V和+2.5V電壓。高精度低漂移的基準電源芯片MC1403恰好符號這一要求。電路如圖3.3所示。它為后面的血壓傳感器模塊中的運放器AD623提供基準電壓+2.5V，而為電路提供+5V電壓的芯片，則選用TL431基準穩壓芯片。其電路如圖3.4所示。

圖3.3 MC1403芯片的電源電路圖 圖3.4 TL431的電路圖

3.3 信號調理電路的設計

對于所設計的裝置，血壓傳感器BP300T輸出的電壓信號為幾十毫伏，所以必須設計一個放大電路，將輸出的電壓信號放大到單片機所能處理的電壓范圍，要求精度在1mmHg。根據BP300T資料可知，傳感器自身輸出約為0.23mV/mmHg，放大器輸出要在10mV/mmHg，則放大器的增益為10/0.23=43.5倍，考慮傳感器輸出的誤差為100±30mV，所以設計的放大倍數大約在30倍到70倍。如圖3.5所示。

圖3.5 AD623電路圖

由于脈搏信號的頻率范圍是0.1Hz～30Hz，所以采用高通濾波器和有源的低通濾波器濾出脈搏信號。根據設計需要，采用4運放的LM324，前面的1、2、3腳用于高通濾波器后面的放大，放大倍數為300倍；12、13、14腳用于二階有源低通濾波器中，截止頻率為40Hz，而8、9、10腳用于最后低通濾波器輸出信號的放大，放大倍數設為20倍。脈搏信號輸入A/D轉換電路中，再經過單片機處理。脈搏信號提取電路如圖3.6所示。

圖3.6 脈搏信號提取電路圖

3.4

A/D轉換模塊的設計

A/D轉換器TLC2543的電路如圖3.7所示。

圖3.7 A/D轉換器TLC2543的電路圖

3.5 語音合成模塊的設計

在電子血壓計中加入語音功能，可以令血壓計更實用，更具有價值，因此，選用了SYN6288-A語音合成模塊實現語音報讀功能。它是一款性價比更高，效果更自然的中高端語音技術的產品。SYN6288-A通過異步串口接收合成的文本，實現文本到聲音的轉換。其電路如圖3.8所示。

圖3.8 SYN6288-A語音合成模塊的電路圖

3.6 氣路驅動模塊的設計

采用達林頓管陣列ULN2003驅動電路來驅動氣泵的工作。驅動電路如圖3.9所示。

圖3.9 ULN2003電路圖

本裝置采用腕式袖帶和PWM控制充放氣裝置測量血壓和脈搏，通過單片機的P2.6、P2.7管腳發送信號給ULN2003芯片，從而驅動并控制氣泵的正常工作，達到對袖帶充氣和放氣的過程。

4、電子血壓計的軟件流程設計

4.1 電子血壓計的軟件流程圖

圖4.1 電子血壓計的軟件流程圖

5、結論

本文所提出的電子血壓計設計方案是基于脈搏波測量血壓的方法。它具有操作簡單、界面友好、測量精度較高、適應性強等特點。

參考文獻：

[1]周向紅主編.51系列單片機應用與實踐教程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008.5.

[2]許懷湘，房興業，許志.采用示波原理間接測量血壓方法的進展[J].航天醫學與醫學工程，2006，6，13（13）:231～234.

[3]田輝勇，鄧親愷.基于充氣測量的電子血壓計研制[J]. 醫療衛生裝備，2007， 28(8):23-25.