一种高性能便携型电子血压计的设计

　　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。[page]

　　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。

　　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。 3软件设计 软件部分是整个系统有效工作的核心，系统只 有在软件和硬件有机结合，才能正常工作。

　　3．1采集与控制程序模块

　　它完成采集资料(压力传感器信号，按键信号 等)，控制充放气等功能。其程序流程如图7所示。

　　3．2数据处理和显示模块

　　数据处理和显示模块完成对压力传感器数据 进行数字滤波，计算出收缩压、舒张压、平均压及 脉搏，然后把相应数据储存到EEPROM(24C256)并 显示到液晶屏(HT1621)．程序流程图如图8所示。

　　4系统标定

　　测量系统需要标定，电子血压计也不例外。在 软件系统中专门有一个压力标定程序，该程序的作 用是帮助调试者进行调试。调试过程如下：给系统 零压力(即：让传感器与大气连通)，经过一段时 间稳定后，系统自动记录零点的脉宽；然后提示调 试者，给系统300mmHg的压力，此时调试者应将 显示的数值调整到16268±100以内，系统即标定 完毕。

　　5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