基于MN101EF32D電子血壓計(jì)工作原理

引言

血壓是極為重要的健康指標(biāo)，血壓測(cè)量的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到人們的健康。國(guó)家把血壓計(jì)列為強(qiáng)制檢定計(jì)量器具。一般醫(yī)院使用的水銀血壓計(jì)基于人工柯氏音法，這種方法存在一些固有的缺點(diǎn)：一是放氣的快慢對(duì)讀數(shù)有直接影響，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)放氣速度為每秒3～5mmHg，而不同的醫(yī)生放氣有快有慢，會(huì)影響測(cè)量的準(zhǔn)確度；二是這種方法以人的視覺、聽覺和協(xié)調(diào)程度為主要依據(jù)，很難標(biāo)準(zhǔn)化。為此，本設(shè)計(jì)從血壓的檢測(cè)方法著手，采用日本松下公司高速、低功耗的MN101EF32D單片機(jī)，作為血壓計(jì)測(cè)量、控制、數(shù)據(jù)讀寫、數(shù)據(jù)顯示的核心，可準(zhǔn)確地采用示波法（振蕩法）測(cè)量血壓。

工作原理

示波法（振蕩法）是根據(jù)袖帶在減壓過程中，其壓力振蕩波的振幅變化包絡(luò)線來判定血壓的。目前比較一致的看法是當(dāng)袖帶壓力振蕩波的振幅最大時(shí)，袖帶的壓力就是動(dòng)脈的平均壓。動(dòng)脈的收縮壓對(duì)應(yīng)于振幅包絡(luò)線的第一個(gè)拐點(diǎn)，舒張壓對(duì)應(yīng)于包絡(luò)線的第二個(gè)拐點(diǎn)。

硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)基本工作原理如圖1所示。壓力傳感器輸出的電壓信號(hào)首先通過低通濾波器濾波，之后由運(yùn)放電路將信號(hào)轉(zhuǎn)化為適合單片機(jī)的輸入信號(hào)，最后將模擬的采樣信號(hào)經(jīng)過MN101EF32D單片機(jī)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。程序?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波后分析，計(jì)算出人體血壓的兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)舒張壓和收縮壓，之后單片機(jī)立即將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到外部存儲(chǔ)器中，并將這些重要數(shù)據(jù)顯示在LCD上。

傳感器介紹及其外圍電路的設(shè)計(jì)

該血壓計(jì)使用的傳感器為MPS-3100-006G壓阻式壓力傳感器，是由四個(gè)等值電阻組成的惠式電橋，其輸出電壓和輸入壓力成正比，理想狀態(tài)下當(dāng)壓力輸入時(shí)，電阻值就跟著改變，但實(shí)際上溫度的改變也會(huì)影響其阻值輸出結(jié)果。另外，由于晶體和電路設(shè)計(jì)制作的誤差，加上封裝過程等方面的影響，零點(diǎn)偏移不是零。所以必須由外加元件來進(jìn)行個(gè)別溫度補(bǔ)償電路校正。其重要指標(biāo)如下：

a、傳感器測(cè)定范圍：5.8~15 PSIG

b、操作溫度范圍：-40℃~85 ℃

c、驅(qū)動(dòng)電流：1.5~3mA

d、驅(qū)動(dòng)電壓：5~15V

e、零點(diǎn)漂移：?25~25mV

f、電阻溫度系數(shù)為：0.2％/℃

因?yàn)檠獕盒盘?hào)取自手臂，測(cè)量的信號(hào)容易受袖帶的位置、手臂的挪動(dòng)而帶來的干擾。根據(jù)這些專業(yè)特點(diǎn)，要求系統(tǒng)具備高輸入阻抗、高增益、高共模抑制比、低噪聲以及低漂移等特征。如圖2所示，圖中的T1即為MPS-3100-006G壓阻式壓力傳感器。整個(gè)電路首先將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，然后進(jìn)行放大濾波。圖中U1、U2為有源運(yùn)放LM324，它的輸入阻抗很高。壓力傳感器的信號(hào)通過放大后，并通過調(diào)節(jié)VR1的大小來改變運(yùn)放的閉環(huán)增益，以調(diào)節(jié)為適應(yīng)于A/D的電壓輸入范圍。U1運(yùn)放回路用來測(cè)量袖帶中的壓力，測(cè)量的數(shù)據(jù)用來供MCU分析并控制對(duì)袖帶充氣和放氣的速度。另外U2運(yùn)放回路是將通過C11電容隔直的交流信號(hào)放大，此回路測(cè)量的是人體的脈搏波。兩個(gè)回路的采集數(shù)據(jù)構(gòu)成了血壓計(jì)各個(gè)指標(biāo)的重要計(jì)算參數(shù)。