基于STC89C52单片机的血压计设计

自动化技术与应用2011年第30卷第8期计算机应用COMPUTERAPPLICATIONS基于STC89C52单片机的血压计设计谭劲华，吕建超华东师范大学软件学院，上海200062摘要本史首先介绍了血压的测萤疗法永波法，然后介绍了一种采用示波进行测量的电子血压计设计，包括软硬件设计，硬件主要以STC89C52为核处，辅以气压传感器MPS3117，模拟电路，和ICD等模块，采用此设引的实验样机能实FI压脉搏的测量。关键词J波法；LFN_计；STC89C52中LF分类号TP3681文献标识码A文章编号100372412011O8003004DESIGNOFBLOODPRESSUREMETERBASEDONSTC89C52一TANJINHUA，LVJIANCHAOCOLLEGEOFSOFTWAREENGINEERING，EASTCHINANORMALUNIVERSITY，SHANGHAI200062CHINAABSTRACTTHISPAPERFIRSTLYPRESENTSTHEMETHODOFMEASURINGBLOODPRESSUREABOUTOSCILLOGRAPHTHENPRESENTSTHEDESIGNOFANELECTRONICBLOODPRESSUREMETER，INCLUDINGHARDWAREANDSOFTWARETHEHARDWARESTRUCTUREBASEDONKERNELCONTROLLERSTC89C52，PRESSURESENORMPS3117，APOLOGYCIRCUITANDLCDMODULEISIMPLEMENTEDEXPERIMENTALPROTOTYPEHASREALIZEDMEASUREMENTOFBLOODPRESSUREANDPULSEKEYWORDSOSCILLOGRAPH；BLOODPRESSUREMETER；STC89C521引言随着生活水平的不断提高以及老龄化比例的提高，近年来高血压在中老年人群中发病率不断上升，心血管病人呈现出低龄化大众化的趋势。如果能经常测量自己的血压，对预防和治疗心血管疾病大为有益。电子血压计应用而生，与传统水银血压计相比有操作简单，轻巧便携的特点，越来越多的走进了人们的家庭里。本文介绍了以STC89C52单片机为控制核心，采用示波法进行测量的电子血压计设计。具有很高的参考价值。2示波法原理示波法又称为压力振荡法，其工作过程是先将气袋充气以阻断动脉血流，然后在放气过程中检测气袋内的气体压力并提取微弱的脉搏波。如图1所示，当气袋压基金项目华东师范大学“大夏杯”科研基金项目，“心血管病人实时监护器”编号L99收稿日期201卜O407力P远高于收缩压时，脉搏波消失，随着气袋压力下降，脉搏开始出现。当气袋压力从高于收缩压降到收缩压PS以下时，脉搏波会突然增大，在平均压PM时幅值达到最大。然后脉搏波又随气袋压力下降而衰减。示波法血压测量就是根据脉搏波幅度与气袋压力之间的关系来估计血压的。脉搏波最大值对应的是平均压，收缩压PS和舒张压PD分别由对应脉搏波最大幅值的比例来确定T。，图1示波法中脉搏波波幅与气袋压力的对应关系IT算机应用COMPUTERAPPLICATIONS自动化技术与应用2011年第30卷第8期3系统工作原理系统框图如图2所示。系统由气路及电路组成，气路包括气泵，气阀，气袋和MPS3117气压传感器组成，中间用皮管相连。电路由放大器INA128，带通滤波器LM324，二次运放放大电路LM324，AD转换器ADC0809，LCD驱动1602液晶，串口通信电路MAX232键盘，报警电路及单片机STC89C52组成。图2电子血压计系统框图单片机主要工作原理，通过P22引脚接三极管控制3V的CJP30一CO3A气泵，P23引脚接三极管控制CJV08电磁阀，通过气泵和气阀可调整手腕气袋中的气压。先使气泵向气袋中打气至200MMHG时停止，然后通过PWM控制气阀以约5MMHG的速度排气，排气的同时，气袋中气压通过MPS3117传感器转换为850MV的电压信号，该电压信号经过仪表放大器INA128放大90倍，然后分直流电压与交流电压两路，直流电压直接送给ADC通道L采样，得到直流电压序列，交流电压经过带通滤波后，再经过50倍左右的二次放大调整，然后送入ADC通道2采样，得到交流电压序列，该电压序列即为脉搏波在气袋压力影响下的电压序列。波的振幅有先小后大再小的规律。分析交流电压时找出并存储脉搏波峰值，先找出最大振幅值AMAX，在往前找幅值为05AMAX的瞬态位置对应血压直流分量即为收缩压，往后找幅值为08AMAX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。血压信号及收缩压和舒张压位置如图3所示【3L。图3血压交直流信号及收缩压和舒张位置4硬件设计41血压传感电路压力传感器是电子血压计的核心部件之一，关系到整个系统的精度。本文选用的是上海景携电子公司提供的MPS3117电阻式压力传感器。它能感应气袋中压力的微小变化，压力范围为0300MMHG，电压量程为75MY，实验板用到的范围为850MY，灵敏度为LMV4MMHGD2】，根据此参数可以进行电压与血压值的换算。图4血压传感放大电路由于压力传感器输出的是微弱的压力差信号，而ADC0809的电压为5V，不匹配，所以对电压进行放大，作者开始使用LM324构造放大电路，效果不佳，后采用仪表放大器INA128，INA128是高精度、低功耗的仪表放大器，工作电压是225V到18V，而单片机工作电压为5V，所以要从5V得到负5V，INA128才能正常工作，本文采用ICL7660得到负5电压，调节R7电阻值，就可以计算机应用COMPUTERAPPLICATIONS自动化技术与应用2011年第30卷第8期程序有两个任务，第一个实现计时，从而获得所需要的时间序列，第二任务是实现LCD每隔1秒显示动态直流AD值。当气压小于60MMHG时停止定时器工作。52脉搏波计算峰值为了能够采集到脉搏波的波峰，AD采样的频率要足够高，这里取200HZ，每秒钟可以得到100个直流电压值，100个交流电压值。交流电压AD采样，用前后三个采样数值变量X、Y、Z，若中间变量Y，比前后两个变量都大，则将它视为波峰值。这样可以节省大量数据存储空间。53血压脉搏测量计算血压脉搏测量计算要用到以下几组重要的序列和数据。直流电压序列STATIC_BPI】，I0，1，N1，交流电压序列PLUSEBPI，IO，1，N一1，时间序列TIMEBPI】，I0，1，N1。当AD采样通道2采到脉搏波波峰时，则存储该交流电压信号到PLUSE_BPI】，并转换到通道L，采样直流信号，将直流信号存储在STATIC_BPI】中，再将定时器得到的时间存储到TIMEBPI】中，I加1，程序进入下一次循环。定义三个数组标标号PMAX，PS，PD。PMAX是最大脉搏波波峰的下标，PS是收缩压脉搏波波峰的下标，PD是舒张压脉搏波波峰的下标。从交流电压序列PLUSEBPI中找出最大值，并计录下标为PMAX，往前找约为06PLUSEBPPMAX的元素，将数组元素下标记为PS。对应的直流信号STATICBPPS】即为收缩压，通过一定的换算比将电压信号与气压信号联系起来。然后向后找约为075PLUSEBPPMAX的元素，将数组元素下标记为PD，对应的直流信号STATICBPPD】即为舒张压。将PD减去PS与舒张压对应的时间TIMEBPPD减去收缩压对应的时间TIMEBPPS相除，即可算出1秒内有多少个波形，然后乘以六十，即得到了脉搏值。6结束语电子血压计具有低成本、小型化的优点，在使用上带来了便携和易操作的特点。给人们生活带来了实实在在的好处。本文给出了利用示波法实现电子血压计设计方案，包括基于STC89C52为控制核心的硬件设计和软件设计，硬件设计具有低成本等特点，软件设计具有节约存储等特点，本文是基于华东师范大学大夏杯项目，开发实现了相应的实验板，具有较高的参考价值。参考文献1刘坚强，王永才基于示波法的电子血压计系统设计J】单片机与嵌入式系统应用，2010，462652】朱品伟，罗印升基于MSP430的示波法血压计设计J自动化信息，2008，114950，59【3】包旭鹤便携式电子血压计设计【J现代电子技术，2007，28219222【4】郭天祥5L单片机C语言教程【M北京电子工业出版社，2009作者简介谭劲华1989一，男，本科生，研究方向嵌入式系统设计上接第29页一种在嵌入式开发平台上实现车载信息服务系统的开发方案，经论证，该方案设计合理，硬件电路设计正确，功能软件设计符合要求，系统性能稳定、可靠。但是，由于各种方面的因素，系统中还存在很多的不足，需要在系统功能、通信方式以及定位方式等方面进一步完善和改进。参考文献1FRANKVAHID，TONYGIVARGISEMBEDDEDSYSTEMDESIGNAUNIFIEDHARDWARESOFTWAREINTRODUCTIONM】USAJOHNWLEYSONS，INC，20021211222】SAMSUNGELECTRONICS3C2440X32一BITMICROPROCEORUSERSMANUALREVISIONEBOL11120033】