貴州省經(jīng)濟(jì)學(xué)校 唐曉艷

家用智能血壓測量儀的設(shè)計(jì)

貴州省經(jīng)濟(jì)學(xué)校 唐曉艷

隨著國內(nèi)醫(yī)學(xué)水平的提高，醫(yī)學(xué)知識的普及和民眾對自身保健意識的增強(qiáng)，便越來越看重自己的身體健康，血壓是身體健康的一項(xiàng)重要指標(biāo)，所以，血壓測量儀走進(jìn)千家萬戶，成為普通家庭的保健器材。本文設(shè)計(jì)的智能血壓測量儀屬于民用類型的血壓計(jì)，體積小、結(jié)構(gòu)簡單、數(shù)據(jù)精確，適合家庭使用。

壓力傳感器；液晶顯示器；單片機(jī)

引言

隨著電子技術(shù)、傳感器技術(shù)的發(fā)展，使醫(yī)療產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)智能化、簡單方便化，受益頗多，本設(shè)計(jì)的測量值以數(shù)字形式呈現(xiàn)在液晶屏幕上，操作簡單、數(shù)據(jù)直觀，作為一個(gè)常用的家庭醫(yī)療設(shè)備，必定有廣闊的市場前景。智能血壓測量儀利用壓力傳感器測量人體血壓值，并將感應(yīng)到的人體血壓的壓力信息傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)控制系統(tǒng)，通過單片機(jī)控制系統(tǒng)將壓力傳感器的電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號顯示在液晶顯示器上，完成測量任務(wù)。

1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理

系統(tǒng)由主控電路、顯示電路、按鍵電路、電源及開關(guān)電路、壓力傳感器電路組成，具體方案如圖1所示，設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)測量和顯示血壓值、自動(dòng)完成信號轉(zhuǎn)換等功能。

工作原理：血管里活動(dòng)的血液產(chǎn)生的壓力作用到血管壁上稱為血壓，通常分為收縮壓和舒張壓，電路連接電源后，根據(jù)氣袖中的壓力判定血壓值，當(dāng)袖帶的壓力足夠強(qiáng)時(shí)傳感器便能夠快速感應(yīng)產(chǎn)生電信號，處理后的電信號送入單片機(jī)1引腳，并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)在程序的控制下將測量的血壓值送給0.96Oled顯示電路進(jìn)行顯示。

圖1 數(shù)字式血壓計(jì)方案圖

2 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)

智能血壓測量儀的主控電路、按鍵電路、顯示電路、壓力傳感器電路是本設(shè)計(jì)的核心部分，電路的硬件工作過程圖如圖2所示。

若設(shè)計(jì)中有需要修改的參數(shù)，輸入數(shù)據(jù)后，主控電路自動(dòng)進(jìn)行初始化相關(guān)工作，開啟A/D轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換值送到主控電路進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，最終可讀出最大值（收縮壓）和最小值（舒張壓）兩個(gè)血壓值。

2.1 主控電路

主控電路采用的STC12C5A60S2單片機(jī)，是宏晶公司研發(fā)的小型計(jì)算機(jī)，擁有高速、低功耗、抗干擾強(qiáng)等特點(diǎn)，它的這些特點(diǎn)是傳統(tǒng)8051不具有的，還能夠很好的兼容傳統(tǒng)單片機(jī)的指令代碼，在處理速度上也快了8-12倍。

圖2 硬件流程圖

圖3 主程序流程圖

圖4 子程序流程圖

2.2 按鍵電路

按鍵電路主要由K1、K2兩個(gè)按鍵組成，K1的作用是啟動(dòng)和暫停按鈕，K2的作用是設(shè)置顯示屏上的顯示時(shí)間。

2.3 顯示電路

0.96 寸的oled顯示器是利用有機(jī)電致發(fā)光二極管制成的顯示屏，不需背光源、對比度高、厚度薄、視角廣、反應(yīng)速度快、可用于撓曲性面板、使用溫度范圍廣、構(gòu)造及制程較簡單等優(yōu)異之特性。供電方式有3.3V和5V兩種電壓，兩種電源可以很好兼容，擁有兩種兼容的通信方式分別為四線SPL和IIC，兩種通信模塊之間的切換可以通過零歐電阻來實(shí)現(xiàn)。

2.4 壓力傳感器電路

壓力傳感器電路的主要作用是將采集到的信號傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)上，然后由單片機(jī)經(jīng)過計(jì)算，以數(shù)字的形式顯示在顯示器上。設(shè)計(jì)主要應(yīng)用于家庭，壓力傳感器必須滿足高性能、低成本、高靈敏度等要求，采用XGZP6847 型傳感器，尺寸小、易安裝，作為敏感元件并集成了數(shù)字調(diào)理芯片，PCB 板的 2 面分別安裝有 SOP 封裝的壓力傳感器與信號處理電路芯片，對傳感器的偏移、靈敏度、溫漂和非線性進(jìn)行數(shù)字補(bǔ)償，以供電電壓為參考，產(chǎn)生一個(gè)經(jīng)過校準(zhǔn)、溫度補(bǔ)償后的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號。

3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

3.1 軟件設(shè)計(jì)思路

軟件設(shè)計(jì)和硬件電路相輔相成，整個(gè)設(shè)計(jì)軟件部分和硬件部分缺一不可，軟件設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)硬件電路完成整個(gè)工作過程。軟件設(shè)計(jì)分為主程序的設(shè)計(jì)和子程序的設(shè)計(jì)。

3.2 主程序設(shè)計(jì)思路

第一步：硬件接通電源后初始化。第二步：短時(shí)間內(nèi)判斷設(shè)置時(shí)間按鍵是否被按下，如果有則調(diào)用設(shè)置時(shí)間子程序，如果沒有則執(zhí)行第三步。第三步：啟動(dòng)設(shè)備，并判斷開始測試按鍵是否按下，若按下則進(jìn)行測試，否則執(zhí)行結(jié)束命令。第四步：判斷是否在進(jìn)行測試，若在測試則等待測試完成并顯示結(jié)果，若沒有執(zhí)行結(jié)束命令。其流程圖如圖3所示。

3.3 子程序設(shè)計(jì)思路

子程序的設(shè)計(jì)主要作用是判斷設(shè)置按鈕和開始按鈕是否有按下，若有則執(zhí)行電路顯示和設(shè)計(jì)時(shí)間等命令。流程圖如圖4所示。

4 系統(tǒng)調(diào)試

本設(shè)計(jì)采用C語言編寫程序，開發(fā)工具選擇Keil軟件，該軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Win-Windows界面，通過Proteus軟件畫出硬件電路原理圖進(jìn)行仿真，最后調(diào)試作品顯示數(shù)據(jù)完成設(shè)計(jì)。

4.1 keil軟件調(diào)試

Keil軟件是基于c語言和匯編的編程軟件，其主要用于程序編寫和程序調(diào)試，在軟件調(diào)試階段其主要用于檢測編寫好的程序是否還有錯(cuò)誤或不足之處，以便做出修改和彌補(bǔ)設(shè)計(jì)的不足，讓程序的準(zhǔn)確性更高。

4.2 STC-ISP

ISP程序下載軟件，用于將keil編寫好的程序，下載到單片機(jī)上，從而達(dá)到硬件功能的實(shí)現(xiàn)。該軟件的出現(xiàn)省去了串口下載的繁瑣步驟，操作方面也比較簡單。以前的串口連接方式是每一個(gè)獨(dú)立連接。出錯(cuò)的可能性較大，而這個(gè)直接就連接一個(gè)USB接口。

4.3 Proteus仿真電路調(diào)試

Proteus軟件是基于硬件電路的仿真軟件，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。

5 結(jié)束語

文章給出了詳細(xì)的功能特點(diǎn)、設(shè)計(jì)原理、仿真調(diào)試。測試結(jié)果表明系統(tǒng)各模塊運(yùn)行正常，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，本系統(tǒng)具有體積小、功耗低、性價(jià)比高、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，有一定的實(shí)用價(jià)值和良好的市場前景。

[1]胡漢才．單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M]．北京:清華大學(xué)出版社．1996:11-26．

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[3]秦龍．MSP430單片機(jī)常用模塊與綜合系統(tǒng)實(shí)例精講[M]．北京:電子工業(yè)出版社．2007:101-109．

唐曉艷（1985－），女，貴州貴陽人，大學(xué)本科，講師，貴州省經(jīng)濟(jì)學(xué)校教師，主要研究方向：電子技術(shù)應(yīng)用教學(xué)與研究工作。