电子血压计-传感器

传感器讨论

1、能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。

2、接受物理或化学变量(输入变量)形式的信息，并按一定规律将其转换成同种或别种性质的输出信号的装置。

3、传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官。

4、“传感器”在新韦式大词典中定义为：“从一个系统接受功率，通常以另一种形式将功率送到第二个系统中的器件”。根据这个定义，传感器的作用是将一种能量转换成另一种能量形式，所以不少学者也用“换能器－Transducer”来称谓“传感器－Sensor”。

传感器功能

常将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟：

光敏传感器——视觉声敏传感器——听觉

气敏传感器——嗅觉化学传感器——味觉

压敏、温敏、流体传感器——触觉

敏感元件的分类：

①物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。

②化学类，基于化学反应的原理。

③生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。

通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。

传感器分类：

可以用不同的观点对传感器进行分类：它们的转换原理(传感器工作的基本物理或化学效应)；它们的用途；它们的输出信号类型以及制作它们的材料和工艺等。

根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类：

传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致

伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。

化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。

有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类。大多数传感器是以物理原理为基础运作的。化学传感器技术问题较多，例如可靠性问题，规模生产的可能性，价格问题等，解决了这类难题，化学传感器的应用将会有巨大增长。

数字血压计设计

1 引言

测量血压的传统仪器是机械式水银血压计，电子血压计近几年才在市场上出现。电子血压计与传统血压计相比，虽然操作简单、使用方便，但准确性、稳定性往往不太理想。本设计力求准确、稳定，以适用于老年人或病人随时监测自己血压情况及临床医学检测。

在研究国内外已有产品或设计构思的基础上，使用先进的信号处理技术与智能控制技术，尽量消除脉搏提取处理中的噪声干扰与非线性失真，提高血压测量的准确性与稳定性，并提高了测量的自动化和智能化。

2 系统的硬件设计

本设计采用Motorola公司的MPX53GC硅压式传感器和TI公司MSP430F149单片机为主要器件，构成电子血压计，系统构成如图1。系统由MCU、传感器、LCD液晶显示器、操作面板、充放气控制电路、气泵和气阀、蜂鸣器、存贮器、电源等部分构成。

2．1 微处理器的选择

单片机是整个系统的大脑，它不仅要对系统进行监控、对数据进行运算处理，而月．要通过对测量结果的判定调整硬件的参数；使系统能够自动调节在最佳的工作状态，具有一定的智能性。根据系统的设计要求，选用TI公司的MSP430F1 49单片机。

MSP430内嵌ADC12，它是12位的A／D模数转换器，具有高速、通用的特点。ADC12可对8个外部模拟信号之一或4个内部电压之一作转换。ADC12具有通用的采样／保持电路，给用户提供了采样时序的各种选择。MSP430F149单片机则能很好满足系统设计的要求。

2．2 传感器电路设计

MPX53GC是Motorola X型传感器，该类传感器价格低廉、线性优良、噪声小、响应迅速，并且在恒流源供电的情况下具有温度白补偿挣陛。传感器电路

的组成如图2所示，压力传感器的输出信号先经过滤波电路，然后进行放大，同时单片机MSP430F149将产生1：10脉宽控制锯齿波发生器，产生锯齿波与经过处理的压力信号相比较，将电平信号转换为脉宽信号。单片机

MSP430F149测量脉宽，然后经过相应的运算处理转换为收缩压(SP)、舒张压(DP)、平均压(MP) 。

2．3 滤波电路设计

在血压测量过程中，由于传感器MPX53GC输出的信号极其微弱，而且混有高频噪声，如果电路设计不合理，微弱的信号就会被噪声淹没。因此在每一级放大电路中，都应有相应的噪声滤除或抑制电路，此外要尽量的消除分布电容与分布电感的耦合，在必要处进行屏蔽。如图3所示，采用有源低通滤波器，有效地削弱高频噪声，并适当放大信号。其频率函数可表示为：

2．4 充放气控制电路设计

充放气电路也是影响测量准确度的一个重要因素。因此，怎样控制充气阀和放气阀，才能得到最好的测量结果是关键。在测量过程中，我们采用单片机MSP430F149控制充放气速率，根据压力大小进行控制充气阀和放气阀的动作，这样不但能够准确控制充放气的速率，而且能很好的监测整个系统的运行情况，此外，还可以避免一些意外的人体伤害。

其控制过程见图4充气电路如图5所示。在充气过程中．可以稍微快点充气，并估计收缩压和舒张压，以便计算放气速率。当达到最大值后停止充气，开始慢慢的均速放气。放气过程中，采用PWM脉宽调制进行控制，并时刻察觉血压袖套CUFF的压力情况，保持匀速放气。最后当压力小于20mmHg时，立即把放气阀全部打开。

3 结论

通过一系列的分析、研究和改进，系统的设计较好的达到我们测试的要求。在测量的过程中，被测者应做到保持不动，否则可能因为被测者的动作形成一个假脉冲信号，同时可能改变CP信号。为了进一步提高准确性和可靠性，传感器线性、PCB 板布线、气泵和气阀选择等等都需要进一步研究改进。