用PIC18F85J90实现电子血压计设计

    家用电子血压计是典型的家庭医疗检测设备之一，电子式血压计使用简易，可一人独自操作，测量值便于记录，体积轻巧便于携带，越来越受到普通家庭的欢迎。本血压计设计以PIC18F85J90为控制核心辅以气压传感器BP01和用作传感器与MCU之间模拟信号处理的Intersil ISL28413/ISL28196模拟电路以及LCD驱动芯片ZJM12864BSBD、语音提示ISD2560。

　　电子血压计工作原理

　　系统框图如图1所示。系统由压力传感器(BP01型压力传感器)，恒流源(ISL28413×1)，差分放大(ISL28413×3)，0.8 Hz二阶高通滤波(ISL28413×1)，200倍放大(ISL28413×2)，38Hz二阶低通滤波(ISL28413×1)，血压脉冲触发(ISL28196×1)，液晶显示器128点×64点(ZJM12864BSBD)，语音报血压(ISD2560)和单片机(PIC18F85J90)组成。

　　单片机主要工作原理为：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ADC工作;将计算出的收缩压和舒张压结果输出至LCD显示并进行数值的语音提示。一次测量血压的过程为：按激活键单片机PWM输出控制气泵充气至200mmHg高，慢慢以每s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ADC监视直流分量，另一路送入0.8Hz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38Hz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ADC工作，另一路送入单片机ADC计算幅值，先找出最大振幅值Amax，在往前找幅值为0.5Amax的瞬态位置对应血压直流分量即为收缩压，往后找幅值为0.8Amax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。

　　硬件设计

　　主控电路(图2)选择MicroChip 8位PIC18F85J90 CMOS FLASH 64/80引脚的带LCD驱动的单片机，采用RISC CPU，有75条单字节的指令，既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。外围电路采用BP01型压力传感器和Intersil运放ISL28413，BP01型压力传感器是为检测血压而专门设计的，主要用于便携式电子血压计，在全量程范围内，精度为±1%、零点失调不大于±300mV，测量范围-300~+300mmHg。BP01压力传感器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。ISL28413是常用的4运放TSSOP-14集成电路，ISL28196是常用的单路比较器6脚SOT-23集成电路，具有电源电压范围宽、静态功耗小、低价等优点。液晶显示电路采用ZJM12864BSBD，这是一款低功耗的点阵图形式LCD，显示格式为128点(列)×64点(行)，具有多功能指令，很容易与MPU相连。集成语音芯片ISD2560是Winbond公司生产的一款具有较强功能的语音录放芯片，是一种永久记忆型语音录放电路，录音时间为60s，可重复录放10万次。

     外围模拟电路如图3所示，运放U1A输入正端为可设定的直流偏置电压Vref，U1A输出端和输入负端提供了压力传感器电桥恒流偏置的回路，以提供传感器偏置的恒流源。经过运放U1B、U1C、U1D差分放大，单端输出放大电路，直接输入ADC0监视血压直流分量，用U2A组成二阶高通巴特沃思滤波器，具体的设计请参考文献[1]的高通滤波器设计方法。用两个级运放U2B、U2C组成200倍比例放大电路，第一级20倍放大，第二级10倍放大。采用二阶巴特沃思二阶低通滤波，运放U2D接成跟随器，放大倍数为1，具体的设计请参考文献[1]，滤掉皮肤与袖带摩擦的高频噪声和工频干扰，得到单片机匹配的电压信号，进入ADC2，监视血压的交流分量。利用比较器ISL28196设定一定的电压门限，将血压交流信号形成脉冲，进入RA1触发ADC1工作。

　　日历时钟和存储电路

　　由EEPROM24LC256和日历时钟芯片ISL12058组成。24LC256是一款低电压、串行接口，容量为256k的存储器，用于存储测量的血压值。ISL12058是Intersil 公司推出的一款工业级内含I2C总线的具有极低功耗的多功能时钟/日历芯片，用于提供测量血压时的时间和日期，以便于以后进行查询使用，方便于使用者对自己一段时间的血压有个清晰的记忆。它成本低，工作电流只有400nA，钮扣电池供电也可正常工作较长时间。

　　键盘和显示电路

　　由键盘电路和液晶显示电路两部分组成。液晶显示电路采用ZJM12864BSBD低功耗点阵图形式LCD，显示格式为128点(列)×64点(行)，具有多功能指令，很容易与MPU相连。其中键盘电路采用独立式按键，有7个按键，分别为测量、mmHg/kPa转换、记忆、设置、上翻、下翻、删除。可以进行日历时钟的设置，进行报警参数的设置，进行血压的测量值的存取和删除等功能。LCD可以显示收缩压、舒张压，当前的时间和日历;在查询状态时可以实现以往测量血压的日期、时间、测量值，同时可以通过软件编程实现历史数据的图形化显示，方便直观。

　　语音报压和报警电路

　　主要由集成语音芯片ISD2560组成，该芯片采用多电平直接模拟量存储专利技术，能够非常真实、自然地再现语音。通过事先录制好的声音，实现血压测量值的自动声音提示，如果血压高出正常血压的上下限值，还会发挥报警，提醒使用者就医。

　　本文给出了完整的携带式电子血压计设计方案，并基于PIC 18F85J90为控制核心辅以压力传感器和外围的模拟电路以及LCD驱动芯片实现了电子血压计的设计。此设计可直接转化为实际产品，故有较高的实用价值。