基于51单片机的电子血压计设计

摘要血压是人类身体的一项重要的健康标志。高血压患者要根据血压来进行调节。目前常用的血压仪无法适应人们对血压的要求。本文以51微处理器为核心，研制了一种方便的医用及家居用品的血压仪。是随价格而测的快速、便捷、走向家族式、普及，让更多人获得更多的保健。由于多种因素造成的高血压，使得高血压成为一种常见的疾病，而常规的几种血压测量手段已不能完全适应高血压病人的需要，因此研制了一台51微处理器的血压仪。使得产品的价格更低廉，使用起来也更为便捷和稳定。其次，论文对51微处理器的压力表进行了总体设计。然后对电路的选择进行了具体的介绍，用流程图来解释整个电路的工作原理，用电路图表来解释整个电路的工作原理，对关键的代码进行了归纳和解析，并对软件和软件的硬件进行了测试，并对整个系统的开发进行了总结。关键词：血压；血压计；51单片机图STYLEREF1\s3-SEQ图\*ARABIC\s13复位电路复位回路是MCU三大工作状态中的一种，它起到了使MCU重启的作用。如果是在单片机上了电源或者是因为编程或者是外界的原因造成的，可以通过对MCU进行重置，使MCU再次启动。排除由于某些原因而导致的程序的紊乱。STC12C5A60S2系列微处理器在工作时，只需将插头重置到地面就可以了。如果单片直接接地，则由于单片供电与重置的同步，极易使单片机无法接收到重置讯号，从而使其无法正常工作。为MCU上的复位延迟要求访问电容器。计算复位时间为：V0为电容上的初始电压值；V1为电容最终可充到或放到的电压值；Vt为t时刻电容上的电压值。则，Vt="V0"+（V1-V0）*[1-exp(-t/RC)]或，t=RC*Ln[(V1-V0)/(V1-Vt)]根据计算值和实际经验法采用10uF电容即可让单片机正常复位。时钟电路图STYLEREF1\s3-SEQ图\*ARABIC\s14振荡电路此方案所采用的STC12C5A60S2微控制器内置RC时钟，利用MCU内置的时钟振荡回路，可以减少XTAL1/XTAL2的悬浮状态。但是，采用内置的时钟，必须对每个单元的单元进行标定，而且内部的时钟精确性很低，因此本文采用LCD、DS18B20、空气压力传感器等定时的要求，不适用于此方案。在此基础上，利用由外晶体振荡引起的振荡频率来进行MCU的CPU计算及计时，并采用计数器及串行总线等，并利用MCU的输出X2及输入端管针X1来构成一种稳定的自激式振荡回路，该方法是将两管管与调谐电容C4、C6相连。通常，共振电容器C4及C6在22P至33P之间被采用。晶振，即晶振，可以根据MCU的特性，选择各种频率。而该芯片的最高工作频率为32M，为了便于计算和编程，选用11.0592MHz的晶体振荡器。气压传感器电路图STYLEREF1\s3-5气压传感器电路XGZP6847具有很好的控制性能，具有很好的控制效果。当电源供给正确时，该模组5脚会发出ADC讯号，当该模组的压力发生改变时，ADC也会跟着发生改变，ADC的输出为1.2V至电源。串口与1K电阻器相配，与P10管针相连。LCD电路设计图STYLEREF1\s3-6LCD电路液晶显示器的数据线路为8比特并联传输。在P0-P7中，各插针D0-D7连接。RW是一个读取和写入的信号线路，当一个LCD在一个逻辑水平1时执行一个读取，一个0的逻辑级执行一个写，一个LCD仅接收一个数据，它可以直接将一个R/W的地面连接起来。V0是反差调节，当连接到正极时，反差是最低的，当连接到地面时，反差是最大的（当反差较大时，会出现“重影”，当输入电压发生变化时，可以采用10K的可调电阻来进行反差）。此电阻器在1~3.3K后经调整后仍可获得良好的显示结果。请留意P0为P0的开漏型，要求连接10k的上拉式电阻器。温度传感器电路图STYLEREF1\s3-7DS18B20电路图3-7是一种温度传感电路，DS18B20是一种单输出方式，它仅需一根插针就能与微处理器相连。根据DS18B20的时间顺序，对单片机进行初始化和读出。DS18B20具有一个特殊的ID地址区域，可以按ID进行定时读出，因此一条总线可以装载多个DS18B20。电源电路设计图STYLEREF1\s3-8电源电路本论文所研究的电力系统采用DC-DC降低电压来实现电力供应。LM2596是一款高效的同步Buck控制器，它能提供从2.7V-36V到36V的超级大范围的输出。通过PWM调制，可以对该输出的电压进行动态调整。MOSFET具有10V的工作电流，能够利用MOSFET的特性，实现极高的工作效能。LM2596具有限制电流、限制输出、超温等功能，保证了该晶片在任何特殊状况下都能正常工作。采用外接电阻调节切换器的切换速度和电流限制。它被包装成TO-220（T）和TO-263(S).LM2596是一个300KHz的定频PWM降（降）DC/DC变换器，它具有5A的高负荷效能、低纹波、优秀的线路和负荷调整功能。需要至少的外设部件数目，调整装置容易操作，内置有内置的频率补偿和固定的频率。PWM控制回路可以将工作周期从0至100%的直线改变进行调整。启动，内部安装了过流防护。当出现跳闸保护的时候，工作频率会从300千赫兹下降到60千赫兹的内嵌式补偿模块，使外设单元数量最少。

系统软件设计整体工作流程图图4-1总体流程图本设计中的硬件工作流程如图4-1。给系统上电后，系统自动进行对外部设备进行检测，例如初始化默认参数，初始化外部传感器和单片机内部寄存器，定时器中断等。经过准备后启动气泵对气压带进行充气。完成充气在高气压下对读取检测压力值，再到低气压检测压力值。采样完成后求出最大值和最小值计算出舒张压和收缩压。将处理后的温度值以及心率值血压送往LCD1602液晶屏进行显示。对于1602液晶，显示的流程就是，先送命令，在哪个地方显示的命令，然后紧跟着送数据就行了//LCD1602_write(0,0x80);这个语句，括号里面可以填写两个元素，第一个只能是0,1，当时0时，说明后面跟的元素是命令，反之就是数据，0x80的意思就是在第一行进行显示，具体看1602手册。//因为1602是字符屏，我们得到显示内容是数据，要把数据转化成字符，转化的方式有很多种，这里是用的加上0x30，因为数字0对应的字符就是0x30，数据1就是0x31///10%10这个是取其十位数据 %10取其各位数据voidDispaly_Code(void) //显示函数{ if(State==0) { if(Sys_Mode==0) //初始化显示界面 { LCD1602_write(0,0x80); LCD1602_writebyte("Pushthebutton"); LCD1602_write(0,0xC0); LCD1602_write(1,0x30+Temp/100%10); //气压转换后的数据 LCD1602_write(1,0x30+Temp/10%10); LCD1602_writebyte("."); LCD1602_write(1,0x30+Temp%10); LCD1602_write(1,0xdf); LCD1602_writebyte("C"); LCD1602_writebyte(""); LCD1602_write(1,0x30+Pressure_Dat/100%10); //气压转换后的数据 LCD1602_write(1,0x30+Pressure_Dat/10%10); LCD1602_write(1,0x30+Pressure_Dat%10); LCD1602_writebyte("mmHg"); }elseif(Sys_Mode==1) //充气血压检测界面 { LCD1602_write(0,0x80); LCD1602_writebyte("Inflating:"); LCD1602_write(0,0xC0); LCD1602_write(1,0x30+Temp/100%10); LCD1602_write(1,0x30+Temp/10%10); LCD1602_writebyte("."); LCD1602_write(1,0x30+Temp%10); LCD1602_write(1,0xdf); LCD1602_writebyte("C"); LCD1602_writebyte(""); LCD1602_write(1,0x30+Pressure_Dat/100%10); LCD1602_write(1,0x30+Pressure_Dat/10%10); LCD1602_write(1,0x30+Pressure_Dat%10); LCD1602_writebyte("mmHg"); }elseif(Sys_Mode==2) //放气检测血压界面显示压力数据 { LCD1602_write(0,0x80); LCD1602_writebyte("Measure:");// LCD1602_write(1,0x30+heart/100%10);// LCD1602_write(1,0x30+heart/10%10);// LCD1602_write(1,0x30+heart%10); LCD1602_write(0,0xC0); LCD1602_write(1,0x30+Temp/100%10); LCD1602_write(1,0x30+Temp/10%10); LCD1602_writebyte("."); LCD1602_write(1,0x30+Temp%10); LCD1602_write(1,0xdf); LCD1602_writebyte("C"); LCD1602_writebyte(""); LCD1602_write(1,0x30+Pressure_Dat/100%10); LCD1602_write(1,0x30+Pressure_Dat/10%10); LCD1602_write(1,0x30+Pressure_Dat%10); LCD1602_writebyte("mmHg"); }elseif(Sys_Mode==3) //放气检测血压界面显示压力数据 //血压检测结果显示界面显示流程图图4-2显示流程在液晶显示器的工作初期，首先设定液晶显示器的运动方向、是否闪烁、在哪里、使用萤幕的移动等。然后将“pleasstartbutton”等相关的提示符在边界处显现出来。若侦测到键入，则于液晶萤幕上呈现对应之讯息。LCD在完成测试后，舒张压及收缩压力数值。温度检测流程图STYLEREF1\s4-SEQ图\*ARABIC\s12温度检测流程图4-2是DS18B20单片微处理器的工作流程。具体的图表可以归纳为10个阶段。第一个步骤是DS18B20，然后是0xcc，然后是DS18B20，最后是DS18B20，然后是DS18B20，然后是DS18B20，然后是DS18B20，然后是DS18B20，最后是DS18B20，最后是0xcc，第七是读取scratchpad，第八是读取scratchpad，第八是读取DS18B20的数据，最后是十号。

系统软硬件调试真正的建筑，是由数十个甚至上百个上百个零件拼接而成。为了提高完成的成功率，需要注意各个方面的问题，比如使用滑块时的线宽度和间隔，用单片机进行晶体振波的检测，以及编程的烧制等。把每个小事情都做到最好，才能取得更大的成就。PCB设计图5-1PCB图图5-1是PCB的平面设计。平板式的四个角落除了4个3.2的通孔外，还设有一个PCB板的紧固口和下层的PCB板，可以通过铜柱将其连接在一起。图中的黄色是网版，可以将各元件的图形图形都放到上面。蓝线为铜包线，导线宽度为20毫米，导线最短距离为10毫米。此图片为一种镀铜的设计，因此尽量多地在一块板子上行走，以便减少线条。红线是红线，如图表所示，线条越短越好。最小系统调试图5-1无电容图5-1加电容通过对系统进行的测试，可以看出，在上了电源或重置后，系统无法正常工作。用示波器对回位和上电的电压进行了测试，其中，红色是MCU电源插针，而蓝色是MCU的重置插针。如附图6-1所示，单片机的电源和重置的电源是同步的，一般情况下，单片机都是要为自己提供电源，将硬件进行初步的改造，然后重置，但如果电源中断，那么就不一定能够重置了。再将10uF电容器加入到重置回路中，得到了图6-2所示的波形，由上电500ms左右开始重置，使MCU恢复到高水平，从而使MCU能够正常工作。通过多次试验，所有的微处理器均能通电并能工作。LCD显示调试图5-3该系统以LCD1602为主要监视器。在调试之初，就采取了一种以模组为基础的方式进行的调试，比如在这个方案中，首先要对屏幕进行调整，所以还没有对采集到的资料进行调整。在“0123456789:;=?”的画面中，如下所示。这是测试结果，能顺利地完成，就代表这个模块已经调试完毕。当采集数据模块结束时，可以将资料在液晶屏幕上进行展示。最小系统调试图STYLEREF1\s5-4图5-5图5-4及5-5分别是从侧面及前面的实体图表。从侧视图可以看出，它分成两层，上面是一层电路板，所有的元器件都被焊在PCB上，然后根据电路板的线路将元件按电路图中的规律相结合而构成一条电路。图5-5是一个能清楚地看见单个元件的前视图。为了合理地利用，例如：不能将键固定在面板的边沿上，将连接端部均匀地放置于面板的右边，将压力感应器放置于左侧等处。LCD为初始化所示，有温度和按下按钮的指示。按要求进行血压及温度的测定。

设计总结该设计有体积小，质量轻，易于携带和使用简单的特点。无水银不会遭成水银泄漏而污染环境，适合于家居和医疗使用。设计思路首先要明确目标。针对目标进行相关调研、剖析，并在此基础上绘出中体结构的总体规划，具有一定的指导意义和思想。然后按照整个流程来选取适当的元件，例如STC89C51单片机，可靠的气压传感器，以及DS18B20的防水温度计。再建立物理模型，进行试验，要注意到具体的操作，并进行详细的分析和纪录。在编写软件时，首先要把程序弄清楚，使思想更加清楚。实验调试设计中使用AltiumDesigner绘图印刷电路板是在镀铜版面上进行刻蚀的。PCB的布线不宜太细，不然会很容易断裂，而且印刷之前要尽量把印刷电路板的线条涂成深色，这样可以使镀膜表面的钛粉末越多越好，转移到镀膜上就越好，而且不会被氧化的水蚀。对元件进行焊接时，应留意元件的正、负、方位等。不宜在焊接中停留太久，否则会造成元件的损伤或镀铜的掉落。在焊装配件时，应采用圆锥形式，以免造成虚焊。在软件的调试中，主管的设置，计时器的结构都是按照外面使用的时钟来进行的。使用注意（1）在测压时，将袖子置于手肘，导管置于手部，袖子与心室的水平相同，手肘与前臂的位置也是一样的。手臂不能超过你的胸口，也不能用枕头托住你的手臂。（2）每天的量测时，要保证所测的姿势与所测的臂处于同一水平。（3）测量前应静置10分钟，保持身体状态处于相对稳定。（4）测量时应保持心情舒畅，没有疲劳感，不紧张。

参考文献[1]王明亮.关于中国学术期刊标准化数