便携式电子血压计设计_包旭鹤

便携式电子血压计设计

包旭鹤

(复旦大学 上海 200433)

摘 要:电子血压计克服了水银血压计操作专业化强,不易携带等缺点,呈现出家用化的趋势。首先从分析血压测量方法入手定出了系统工作原理。然后用基于P IC 16F 877为控制核心辅以气压传感器和外围的模拟电路以及L CD 驱动芯片组成的硬件结构实现了电子血压计的设计。同时介绍了P IC 16F877内的软件流程。经过电子血压计实物样机测试,其功能完全达到实际使用的要求。该电子血压计设计具有低成本、小型化、低功耗、自动化程度高的优点,有较高的实用价值。

关键词:血压计;PIC 16F877;便携式;巴特沃思滤波器

中图分类号:T P368.1 文献标识码:B 文章编号:1004373X(2007)0800704

Design of Portable Electronic Blood Pressure Monitor

BA O X uhe

(Fudan University,Shang hai,200433,China)

Abstract :T he disadvantag es o f mercury blo od pr essure monito r such as demand o f pro fessional operating and no t po rtable can be over come by electr onic bloo d pr essure mo nitor ,which causes t he trend tow ards family expenses.At F irst,principle of the sy st em is schemed after analyzing the metho d o f measur ing bloo d pr essure.T hen the hardwar e structure based o n kernel co nt ro ller PIC16F877,air press sensor ,analo gy circuit and L CD module is implemented.T he fir mwar e flo w is also pr esented.Accor ding to v erif y result o f t he electr onic bloo d pressure monito r prot oty pe,all request is meet.T here ar e sever al advantages such as low cost,small sized,lo w pow er consumptio n and hig h automation in this design of electr onic blood pressur e mo nitor ,which has much pr actical v alue.

Keywords :bloo d pressure monito r;PIC 16F877;por table;butterw or th filt er

收稿日期:2006

0829

随着生活水平的不断提高以及城市老龄化比例的提高,医疗检测设备的家庭化逐渐成为了趋势。其中家用电子血压计就是典型的家庭医疗检测设备之一。血压计大致上可分为两种:一是水银式血压计,其优点为数值稳定,其缺点为:无法一人自行操作,且必须专业医护人员操作,肉眼观察误差极大主观性强,体积较大不易携带。二是电子式血压计其优点为:使用简易,可一人独自操作,测量值便于记录,体积轻巧便于携带。电子式血压计具备了诸多优点,越来越受到普通家庭的欢迎。本文介绍了以PIC 16F 877为控制核心,辅以气压传感器FGN -605PGSR 和用作传感器与M CU 之间模拟信号处理的LM 324/331模拟电路以及LCD 驱动芯片HD44780A,实现了家用电子血压计的设计。该设计尽量将系统使用的芯片和被动组件数量降低,故具有低成本小型化低功耗的特点。

1 PIC 16F877单片机

PIC16F877单片机[1,2]美国微芯(M icro Chip)公司推出的8位CM OS FL ASH 28/40引脚的单片机。单片机采

用RISC CPU ,有35条单字节的指令,即保证了必要的指令效率也兼具了控制芯片成本和简化编程复杂度。其主要特点如下:

宽工作电压为2.0~5.5V ;

时钟周期为0~20M H z 指令周期为0~5M Hz;片内FLA SH ROM 为8k Words,RAM 为368B,E 2

PROM 为256B;

低功耗工作电流<0.6mA@3V 时钟周期为4M Hz;2个8位和1个16位定时器;

2个16位捕捉/比较模块或2个10位PWM 模块;10位多信道ADC;

串行通信口SPI,I2C,U SART 及8位并行通信口。

2 外围组件介绍

FGN -605PGSR 是日本专业传感器供货商fujikura 公司推出的专门用于血压计的气压传感器[3],其尺寸为10.3mm 7mm 9.5mm,可测压力范围-34.47~+34.47kPa 符合所要量测的压力范围。FGN -605PGSR 原理是在恒流源供电的文氏电桥上的电阻随气压变化而输出双端差分电压信号。LM 324是常用的4运放14脚双

列直插集成电路,LM 311是常用的4比较器14脚双列直插集成电路,其具有电源电压范围宽,静态功耗小,可单电源使用,低价等优点。H D44780A 是日立推出的点阵字符液晶显示控制器和驱动器,可显示16字 1行或16字 2行或20字 4行之文字模式,每个字为5*7点矩阵

字型。

图1 P IC16F877管脚配置图

3 电子血压计工作原理

3.1 血压测量原理定义

血压的概念就是血液流经血管壁时的压力。由心脏出来的血液,需要有推力,才能绕行身体一周,心脏就是借着不停的收缩、放松,将血液推送前进。血压有两种,一是

收缩压:是当心脏收缩把血液打到血管所测得的血压,二是舒张压:是心脏在不收缩所得的压力。当袖带的压力等于血压时,血液开始可以流通而产生所谓的袖带声,这时候也就是收缩压,必须开始从这里做记录,直到最后当袖带声没有的时候,此点即为舒张压。

3.2 系统工作原理

系统框图如图2所示。系统由压力传感器(FGN -605PG SR),恒流源(LM 324 1),差分放大(LM 324 3),0.8H z 二阶高通滤波(LM 324 1),200倍放大(LM 324 2),38Hz 二阶低通滤波(L M 324 1),血压脉冲触发(LM 311 1),液晶驱动器(H D44780A )和单片机(PIC16F877)

组成。

图2 电子血压计系统框图

单片机主要工作为:PWM 输出控制气泵充气漏气调整袖带内气压;一路ADC 采样袖带内气压直流分量以便

取得收缩压和舒张压;一路ADC 采样袖带内气压交流分量经分析计算分析后确定收缩压和舒张压的瞬态时间位置;接收血压脉冲信号触发A DC 工作;将计算出的收缩压和舒张压结果输出至液晶驱动器显示。

一次测量血压的过程[4]

为:按激活键单片机PWM 输出控制气泵充气至200mmH g 高,慢慢以每秒约下降5mmHg 的速度放气。压力传感器输出信号经差分放大器后变单端信号一路送入单片机A DC 监视直流分量,另一路送入0.8H z 二阶高通滤波器滤除直流分量;交流分量经200倍放大后输入38H z 二阶低通滤波器去除电源及皮肤与袖带摩擦的高频噪声和工频干扰并将此信号维持在0~5V 之间,滤波后的交流分量一路送入血压脉冲触发然后触发单片机A DC 工作,另一路送入单片机ADC 计算幅值,先找出最大振幅值A max ,在往前找幅值为0.5A max 的瞬态位置对应血压直流分量即为收缩压,往后找幅值为0.8A max 的瞬态位置对应血压直流分量即为舒张压,将计算出的收缩压和舒张压结果输出至液晶驱动器显

示。血压信号及收缩压和舒张压位置如图3

所示。

图3 血压交直流信号及收缩压和舒张压位置

4 硬件设计

4.1 PIC16F877单片机

[1,2]

时钟输入 外接有源晶振通过O SC1/CLKIN

(Pin13)输入8M H z 主频。

电源输入 系统电源为9V 电池,通过外部7805降压到直流5V 输入V DD (Pin11,32)。

按键输入 按键低电平脉冲通过RB0/IN T (Pin33)输入,以中断方式触发一次测量血压的过程,中断服务子程序有消除按键抖动的处理。

气泵驱动 RC1(Pin33)为内部PWM 模块的输出信道,PWM 驱动气泵充气和放气。

喇叭驱动 RC3(Pin37)驱动喇叭输出测量血压时的提示和过程声音。

液晶驱动控制 对HD44780A 输出指令和数据进行显示控制,RC.3~5(Pin18,23,24)接HD44780A 控制线RS,R/W,EN;RD.0~7(Pin19~22,27~30)接HD44780A 数据总线DB0~7。