基于单片机的电子血压计设计论文毕业论文.doc

基于单片机的电子血压计设计摘 要现代社会的迅速发展，导致环境日益恶化，不健康的生活习性与不科学的饮食习惯，导致人类疾病越来越多的出现。其中，有着人类第一无形杀手称号的高血压病，已逐渐上升到人类疾病危害排行榜的前几名，长期危害着人体健康，让饱受高血压折磨的患者痛不欲生。如何便捷有效地测量与监控高血压，从而有效预防与治疗高血压，成为人们对抗高血压病的首要问题。于是，设计一台便捷的测量血压的装置，成为重中之重。目前市场上的大部分动态血压记录仪，只记录每次测量的结果，医生面对的是一批真伪难辩的数字，无法判别血压计的准确性、可靠性。本课题研究最终旨在设计出全信息的动态血压记录仪，使每次测量结果完全透明，使医生可以对照原始波形判断数据的真伪，有效甄别出干扰和伪差引起的错误检测，恢复真实血压，保证血压报告的有效性和可靠性。家用电子血压计，主要是用于家庭。家庭医疗保健已成为现代人的医疗保健时尚。过去人们测量血压必须到医院才行，而今只要拥有了家用电子血压计，坐在家里便可随时监测血压的变化，如发现血压异常便可及时去医院治疗，起到了预防脑出血、心功能衰竭等疾病猝发的作用。本文将详细介绍便携式血压测量装置的设计。关 键 词：ASDX 001，AT89C51，液晶显示，压力测量THE DESIGN OF PORTABLE BLOOD PRESSURE MONITORABSRACTThe rapid development of modern society, leading to deteriorating environment, unhealthy living habits and unscientific eating habits, leading to the emergence of an increasing number of human diseases. Which has one invisible killers of the human hypertension, and has gradually risen to the top ranks of human disease, a long-term hazard to human health, so that patients suffering from hypertension pain. How convenient and effective measurement and monitoring hypertension, and thus effective prevention and treatment of hypertension, a confrontation hypertension is the most important issue. Therefore, design a convenient measurement of blood pressure devices, has become a priority. This article will detail the design of our intelligent blood pressure measuring devices.Currently on the market most of the ambulatory blood pressure recording devices only records the results of each measurement, the doctor faced with a group of authenticity Nanbian figures. This study is designed eventually to full information, ambulatory blood pressure recorder, so that each measurement is entirely transparent, real-time analysis combined with retrospective analysis, so that doctors can control the data to judge the authenticity of the original waveform, effectively screening out interference and artifact caused The error detection, recovery true blood pressure, blood pressure reports to ensure the validity and reliability.Home Blood Pressure Monitor, mainly for home. Home health care has become a fashionable modern health care. Measuring blood pressure in the past people have to go to the hospital for the job now as long as the electronic blood pressure monitor has a home, sit at home monitoring of blood pressure can be at any time, such as abnormal blood pressure can be found in time to the hospital for treatment, prevention plays a cerebral hemorrhage, heart failure The role of diseases such as burst.Keyword: ASDX 001，AT89C51，liquid crystal show that the module，Pressure measurements目 录前言6第一章 便携式血压计装置总体概述81.1 便携式血压计简介81.1.1 便携式血压计的介绍81.1.2 便携式血压计功能简介81.1.3 便携式血压计使用注意事项781.2 血压计装置设计方案111.2.1 设计总体要求111.2.2 具体设计方案111.3 便携式血压计工作原理131.3.1 血压测量的工作原理131.3.2 便携式血压计的工作原理14第三章 硬件电路的设计153.1 传感器简介以及电路设计153.1.1 传感器简介11153.1.2 传感器电路设计163.2 AT89C51单片机的简介及其电路设计173.2.1 AT89C51简介173.2.2 主要性能参数183.3 单片机电路设计203.3.1 AT89C51的复位电路：203.3.2 AT89C51的时钟电路：213.3.3 AT89C51与液晶显示模块的电路连接213.4 液晶显示模块简介及电路设计223.4.1 液晶显示模块DM-1602简介223.4.2 液晶显示模块DM-1602电路设计253.5 其他电路设计253.5.1低通滤波电路253.5.2 电源电路263.5.3 线性阀PWM控制电路273.5.3 充气PUMP控制电路273.5.4 按键电路28第四章 软件系统流程以及程序的设计294.1 单片机主程序流程图294.2 处理模块294.3测量模块304.4 信号处理模块304.5 显示模块314.7 电源处理模块32结论33参考文献34致谢35附录36附录A 子程序流程图36附录B 部分参考程序38附录C 元件清单40附录D 主电路图：42前言在现代疾病谱上，高血压的危害无疑高居前几位。对于上了年纪的人，血压是一个重要的健康信号。随着生活水平的提高，时下老年人对自己的血压越来越关注。高血压是世界最常见的心血管疾病，也是最大的流行病之一，它的危害非常的巨大，据有关统计资料显示，我国现有的高血压患者已达一亿，并且每年新增人数在300万以上。从高血压目前的危害来看，高血压病已成为人类的头号隐形杀手病。高血压病不但是长期危害人体健康的一种慢性病，而且它还是脑中风、冠心病、心肌梗死、心力衰竭、肾衰等疾病的祸首，因此被人们称为“无形杀手”。治疗高血压病，首先是要测量准确的血压。测量血压的仪器称为血压计。血压计可分为直接式和间接式两种。两种血压计的工作原理是不相同的，直接式是用压力传感器直接测量压力变化；间接式的工作原理则是控制从外部施加到被测部位上的压强，并将控制的结果与其相关的柯氏音的产生和消失的信息加以判断。前者不管对动脉或静脉都可连续测试，而后者只能测量动脉的收缩压和舒张压。 传统的血压计是模拟的血压计。此类血压计操作比较复杂，测量精度不够，而且受环境影响较大。为了让广大血压计使用者更方便的使用与维护血压计，也让更多的人学会使用血压计进行简单的血压测量，设计出一台操作便捷，测量精确，无需维护的智能型测量血压的装置，以帮助人们对抗高血压。本论文也具有比较重要的现实意义。目前，市场上的使用的血压计大部分仍是水银血压计，也有一些动态血压记录仪。水银血压计每次测量必须由医生戴上听诊器进行测量，测量过程复杂；而且对不同的医生，测量结果可能不同：对同一个人来说，影响血压因素非常多，由于每次测量的时间不可能很长，测得结果在某些情况就不能真实的反映被测对象的血压值。在动态血压检测中干扰和伪差是不可避免的。目前市场上的大部分动态血压记录仪，只记录每次测量的结果，医生面对的是一批真伪难辩的数字。本课题研究最终旨在设计出全信息的动态血压记录仪，使每次测量结果完全透明，实时分析结合回顾分析，使医生可以对照原始波形判断数据的真伪，有效甄别出干扰和伪差引起的误检测，恢复真实血压，保证血压报告的有效性和可靠性。第一章 便携式血压计装置总体概述1.1 便携式血压计简介1.1.1 便携式血压计的介绍该产品重量轻，便携，可放入医生护士口袋。无水银，增强环保性，避免了因水银泄露而造成的污染事故。操作简单易懂，特别适合家庭使用。21.1.2 便携式血压计功能简介该血压计以压力传感器测得血压值，再将血压数据通过A/D转换器转换成数字信号，传入单片机，然后由控制核心单片机控制，经主程序处理数据之后，在液晶显示器上把数据显示出来。1.1.3 便携式血压计使用注意事项1.袖带位置须与心脏高度保持一致，上臂自然下垂，肘和前臂自然地搭在桌子上，手心向上，不要把整个胳膊平伸在高于心脏位置的桌子上，或用垫子将胳膊垫得过高；2. 每天要在固定时间和同样状态下，以相同的姿势测量血压；3. 应该在安静的状态下进行测量，测量前安静休息1020分钟，深呼吸23次；4. 饭后或运动后至少休息一小时再进行测量；5. 不要在浴后、吸烟、饮酒、喝咖啡后测血压；6. 要在没有尿意时测血压7. 测量时应保持心情舒畅，没有疲劳感，不紧张。1.1.4血压计的技术指标在设计和使用一个生物医学仪器系统或进行这种测量时，为了方便，通常又只简单考虑下列基本要求。一量程测量仪器的测量范围称为量程。必须使测量仪器的量程适合于被测信号大小的范围。对所有可能的被测变量或参量的整个可能取值范围，仪器应能提供适当的读数或其它显示信号。仪器量程太小，则被测信号将使仪器“超载”而无法测量；仪器量程过大，则因信号过小而增加测量误差。所以，仪器量程必须适当。对于电子血压计来说，合适的量程应该在0300mmHg。二灵敏度测量仪器的灵敏度决定被测量多小的一个改变量能够可靠地被测量来。一个仪器的灵敏度越高，它能测出的变化量越小。一个仪器灵敏度的高或低，取决于被测量有一个微小改变时，它是否能可靠地反映出来，而与被测量的绝对大小无关。必须注意，仪器的灵敏度并不是越高越好。对于给定的测量，灵敏度应适当。灵敏度低固然不行，但灵敏度过高将带来非线性或不稳定性。对于电子血压计来说，灵敏度在1刻度/mmHg即可。三 线性测量仪器的线性表示在整个测量量程内，输出值是否以相同比例（即呈直线地）随输入值而变化。在一个线性测量系统内，对所有的输入值不论是在量程的高端、中段还是低端，都具有相同的灵敏度。在直角坐标系内，将测量结果作输出值与输入值的对应关系曲线，得到的是一根直线。除非为了某种特殊的目的，一般情况下，希望整个测量量程内有尽可能大的线性范围。至少在感兴趣或最重要的量程段内测量具有足够好的线性。测量仪器通常给出指定量程范围内的非线性值。例如，非线性8GXw1000(1)(9HYx1001(2):IZy1010(3)“;Jz1011(4)+M1110(7).?N-1111(8)/O1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表2-2所示。表2-2 1062 内部控制指令指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存储器地址0001字符发生存储器地址(AGG)8置数字存储器地址001显示数据存储器地址（ADD）9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM10要写的数11从CGRAM读数11读出的数据3.4.2 液晶显示模块DM-1602电路设计VSS为地电源，VDD接5V正电源，V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。PS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当PS和PR共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当PS为低电平PR为高电平时可以读忙信号，当PS为高电平PR为低电平时可以写入数据。E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令，如图2-11所示。0图2-11 液晶显示模块电路3.5 其他电路设计3.5.1低通滤波电路传感器和电路中的器件常会产生噪声，人为的发射源也可以通过各种耦合渠道使信号通道感染上噪声。为提高模拟输入信号的信噪比，可以用信号滤波器(Filter)来衰减这些噪声，即通过滤波器来去除许多与测量无关的频率成分，滤去不必要的高频、低频或无关信号，或是取得某些特定频段的信号。滤波器可以用R，L，C等无源元件组成，也可用无源和有源元件组合而成。前者称之为无源滤波器(Passive Filter)，后者称为有源滤波器(Active Filter)。有源滤波器中的有源元件可以用晶体三极管，也可以使用运算放大器。采用运算放大器组成的有源滤波器具有体积小、重量轻、损耗低等优点，并且可以提供一定的增益，还可以起到缓冲作用，所以采用运放形式组成的有源滤波器使用特别广泛。本设计所用的滤波器也采用了二阶有源滤波器这种形式。其结构如图3-2所示。其中元件的选择对其性能有很大影响。3.5.2 电源电路电源由AAA电池两颗提供。电源透过L1、D1、U3形成PFM升压电路，R33与C9做为升压后电压滤波作用。实测中，加上R33可降低50%之电源离讯。Q4为VCC电源控制电晶体。R13与R14分压值做为电压侦测位准。具体工作方式：当3V电压从L1流过给升压IC后，经升压从第3脚输出为5V，Q4为开关管，在关机状态下，Q4不导通，C9，C11为滤波电容。当POWER键按下时Q4导通，输出一个5V的电压给Vcc，供电给其他设备。如图2-12所示。图2-12 电源电路原理图3.5.3 线性阀PWM控制电路PWM是一种波形调制技术，可用来产生占空比可调的方波输出，广泛用于电机调速控制空面，电动机是常用的电能动能转换器件。如果简单的通过串电阻或者降电压的方法来降低电动机的转速往往使得效率下降，能耗增加，严重可能使电动机再非额定参数下工作而造成损坏。于是需要一种既要电机工作在额定电压又可以使电动机降低转速的技术。PWM应运而生。泄气速率以PWM（Pulse Width Modulation 脉宽调变）方式控制，MCU将依据压力值之泄气变化调整泄气速率在规格范围内。C11与C12做为 稳定电源与滤波作用，减少PWM控制避免电源变动造成电压不稳。12具体工作方式：当充气到200KPA时，开始漏气，由IC发出一个信号给第3脚，经R12流过到Q2，使Q2导通，输出一个2.7V的电压给V1，使V1开始工作，D2保护Q2和V1的正常工作而设计，如图2-13所示。图2-13 线性阀 PWM控制电路3.5.3 充气PUMP控制电路PUMP control讯号控制PUMP动作，R27为限流电阻。具体工作方式：由IC的4脚输出一个低电平约（0.6V）信号给R27，经Q1导通，VBT为Q1提供3V的电压，Q1导通输出一个3.2V的电压经PUMP，使PUMP导通。D3为保护二极管，使PUMP能稳定工作。12如图2-14所示。图2-14 充气PUMP控制电路原理图3.5.4 按键电路开关连接单片机的27脚，构成整个系统的开关电源。按下POWER键，则系统导通，开始工作。如图2-15所示。图2-15 按键电路原理图第四章 软件系统流程以及程序的设计4.1 单片机主程序流程图主程序流程如图3-1所示。图3-1主程序流程图主程序依此调用5个模块：处理模块、测量模块、信号处理模块显示模块、显示模块、电源处理模块。4.2 处理模块判断键盘的当前状态（是否开/关电源），执行相应的操作。处理模块流程图如图3-2所示。图3-2 处理模块流程图4.3测量模块测量信号为二路，压力传感器的信号经放大送AD1，作为静态直流血压信号；隔直后经再次放大送AD2，作为脉搏波信号。由于传感器的AD为10位，因此最高精度可达1/1024。采样后的信号经信号处理模块的处理，最终计算得到收缩压、舒张压。4.4 信号处理模块主要功能是脉搏波的判断和检测，主要分为两步：第一步，对A/D采样的脉搏波信号进行低通滤波处理，排除因外界干扰造成的信号读数的误差；第二步，采用相关运算，最大程度的排除因手臂的运动造成的误差。在这基础上，分析信号，得到波形的峰值（供判断收缩压，舒张压和平均压），得到每个脉搏波的时间。信号处理模块流程图如图3-3所示。图3-3 信号处理模块流程图4.5 显示模块主要显示3种信息：测量过程显示当前压力值、漏气速率；测量结束后分别以mmHgH和Kpa方式滚动显示收缩压、舒张压及心率；校准状态下显示当前压力值、漏气速率。4.6 串行通信模块采用PC机主叫的中断方式，一旦接到PC机发来的命令，对血压进行初始值的设定，主要包括起始加压值，每次的压力递增值和最高压力限制。LCD显示子程序流程LCD1602。显示模块流程图如图3-4所示。 图3-4 显示模块流程图4.7 电源处理模块用于稳压模块的控制，按开/关键，稳压模块的控制端为高电平，稳压模块处于正常输出状态。此时，血压计处于“开”状态；再次按开/关键，置PAO低电平，关闭稳压模块的输出，处于断电的“关”状态。结论目前市场上的大部分动态血压记录仪，存在很多缺点，如：只记录每次测量的结果，医生面对的是一批真伪难辩的数字；需要大量的连线才能把现场传感器的信号送到采集卡上，布线施工麻烦，成本也高；其二，线路上传送的是模拟信号，易受干扰和损耗。为了克服这些缺点，一种基于数字化技术的系统应运而生。本文设计的血压计在单片机选择上，采用了比较常见的Atmel公司生产的AT89C51。这主要是考虑到：一方面本血压计在软件设计上不涉及大量的计算，AT89C51作为8位微控制器（带4K字节闪速存储器）已经能足够满足设计要求；另一方面，AT89C51系列单片机技术发展比较成熟，且市场价格较低，能够很好地节约设计成本。本课题研究最终旨在设计出全信息的动态血压记录仪，使每次测量结果完全透明，实时分析结合回顾分析，使医生可以对照原始波形判断数据的真伪，有效甄别出干扰和伪差引起的误检测，恢复真实血压，保证血压报告的有效性和可靠性；设计的集成式A/D传感器大大降低了因为线路复杂而造成的信号干扰；并且使信号传输更为快速准确性也大大提高，降低了产品成本。但同时由于作者能力有限设计方面也有缺陷，如由于成本限制，采用的芯片并不是最新版本，系统计算速度上不如同类产品；能源消耗量还没有完全优化。望读者给予建议或意见。参考文献1 张国雄.测控电路M.第3版.机械工业出版社 2 包旭鹤.便携式电子血压计设计.现代电子技术J.2007年第8期总第247期 7-11页3 张毅刚 彭喜元.单片机原理与应用设计M.电子工业出版社.20084 阎石.数字电子技术基础M.第4版.高等教育出版社.19895 宋家友 张友汉.新编电子线路设计实用手册M.福建科学技术出版社20076 王武江 陈树凯.常用集成电路速查手册M.冶金工业出版社.20047 崔桂华万兆强金少华.高血压的自我疗法M.中国中医药出版社.20058 汪吉鹏.微机接口原理与技术M.高等教育出版社.19979 邱关源、罗先觉.电路M.高等教育出版社.200010 孟立凡、蓝金辉.传感器原理与应用M.电子工业出版社.200111 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