原创 一种高性能便携型电子血压计的设计

2011-4-20 15:51 4994 1 1 分类: 医疗电子

  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。 

系统构成

  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) 。 

传感器电路的组成

  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: 

公式

有源低通滤波器

  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。 

控制过程

充气电路

  2.5 LCD液晶显示模块设计 

  本系统采用LCD驱动器HT1621,它为128(32 ×4)段LCD驱动器,可驱动多个LCD液晶屏。它 与单片机接口如图6所示,接口只须四根线。 线 用以初始化串行接口电路并终止MSP430F149与 HT1621的通信。数据的渎/写及命令的写入通过数 据线传输。RD读信号,RAM 内的数据在RD信号 的下降沿送至数据线上,使MSP430F 149在而信 号的上升沿及下一个下降沿之间读入正确的数据。 

  一WR为写信号,数据线上的数据、地址及命令可在 一WR信号上升沿写入HT1621。IRQ为可选择控制。

  2.6电源模块设计

  本系统电源采用两节1.BY 的电池供电,经过 XC6382芯片升压至3.5V直接为系统提供电源。

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