便携式电子血压计设计

1、医学电子仪器原理与设计课程设计报告设计名称：便携式电子血压计设计声明：邓桂江、柳承成、龙世辉、李英专业：08生物医学工程学院医疗信息2011-6-1功能设计的第一部分1.1电子血压计的设计目的今天，人们渴望一套成型的人体生理参数测量系统。血压是人体重要的生理因素，是理解人身体状况的重要指标。测量血压的仪器称为血压计，血压计分为水银血压计、弹簧血压计、电子血压计三种。电子血压计是一种非常广泛的医疗设备，轻便、携带方便、操作简单、清晰，对提高人们的生活质量有重要作用。我们希望通过此设计达到以下目的：1.深化对单片机的理解、理解和掌握、模数转换部分、中断部分和数字显示部分的应用，达到硬件和软件相结合

2、的程度。2.根据对硬件电路的理解和掌握，系统要求，学习设计电路和焊接电路。3.审查相关知识，加深对以前学过的知识点的理解(尤其是软件编程能力)。4.自我发现问题，分析问题，锻炼解决问题的能力，培养团队意识，锻炼分工和协调能力。1.2电子血压计的主要功能我们的血压计基于示波器原理，根据课程实验中的传感器us9116-006n，实现更准确的压力检测，使用8位微控制器atmege16处理信号，在led上显示收缩期血压和舒张期压力值。系统设计的第二部分2.1设计摘要血压是人体重要的生理因素，准确地测量血压对人体健康有很重要的作用。血压计选择传感器us9116-006n进行基于示波器原理的压力检测，使用

3、8位微控制器atmege16处理信号，并将收缩和舒张压力值显示在指示灯上。整体仪表具有携带方便、测量方便的特点。2.2血压测量原理临床上，血压测量技术一般分为直接法和间接法。电子的优点是测量准确，可以持续监视，但是要将导管放入血管，这是划时代的测量方法。这是利用次内压和血液阻塞开通时出现的血流变化之间的关系，从系统中测量相应的压力值。间接测量分为听诊法和示波法。我们用奥西罗。埃皮帕法与柯西一样，具有使用充气袖口阻止上臂动脉血流的测量原理。由于心脏跳动的血流动力学作用，在气牛梅压力下，使重复与心脏跳动同步的压力波动，即脉搏波。袖口压力比收缩压力高得多时，脉搏波消失了。袖口压力下降，脉搏开始出现。

4、袖口压力从收缩期以上的压力下降到收缩压力，脉搏波突然增加。到平均压力为止，振幅达到了最大值。随后随着袖口压力的减少而衰减，小于舒压时动脉壁的舒张期充分延长，管壁的刚度提高，但振幅保持在较小的水平。示波器血压测量通过近脉搏波振幅和气套压力之间的关系估计血压。脉搏波最大值对应的是平均压力、收缩期和舒张期血压分别取决于脉搏波最大振幅的比率。提取的脉搏波信号如下图所示。图1图22.3系统方块图我们设计的电子血压计主要由压力传感器us9116-006n、四重lm324、过滤器、袖带、微控制器atmega16和led显示器组成。此设计的关键部分是特殊压力传感器us9116-006n、信号处理芯片atmeg

5、a16。电子将零售内的压力信号转换为电压信号，控制整个电路的运行，在单片机的最小系统中使用ad转换器处理采样信号，并通过led显示最终结果。系统设计方块图如下：压力传感器袖带放大部分教授正交atmega16暴雪阀门固定led指示灯显示低通滤波器电路放大电路图3总体设计2.4演示计划2.4.1选择微控制器以avrmage16作为控制中心，mage16拥有丰富的资源，如ram、rom空间、短命令周期、快速计算速度、低功耗、低电压、可编程音频处理，以及易于编写和调试。2.4.2选择集成op放大器芯片lm358 lm358内部包括两个独立的高增益、内部频率校正的双运算放大器，适用于具有较宽电源电压的单

6、个电源，也适用于双电源操作模式，在建议的操作条件下，电源电流与电源电压无关。其使用范围包括感应放大器、直流增益模块和所有其他可用的单电源运算放大器。针脚图图4:图4图5但是我们设计的放大电路需要三个运算放大器。考虑到芯片的数量越多，出现的问题就越多，所以没有选择此芯片。lm324 lm324是具有4个运算放大器的集成芯片，每个放大器都是差分输入。工作时的最低电压为3v，最高可达32v。这是因为电压范围更大，可以更好地与其他外部电路的电压匹配。针脚图图5。我们终于根据我们的需要选择了这个芯片。2.4.3选择传感器压力传感器us 9116-006n是对硅材料进行精细加工的传感器，是6脚双列直插式封

7、装传感器。理想的组件，具有低延迟、高可靠性和高可靠性，没有补偿。将检测到的压力信号转换为相应的电压信号，并线性匹配。us 9116-006n的主要参数指标是300mmhg的压力感觉范围。零点漂移为20mv是；输出电压范围为100 30mv。电源电压为5vdc是。环境温度范围为-20 100，如下所示：图6传感器外观图7传感器电路原理(由于在线找不到使用的传感器类型，因此用bp300代替)2.4.4提供传感器偏移的恒流源op放大器lm324同相端是可设置的直流偏置电压，其逆端和输出端提供压力传感器恒流偏置电路，如下图所示。电路电流大小可以调整为r1、r2和r3。图8恒流源电源2.4.5一级放大电

8、路设计方案1:我们需要提取的信号很弱，传感器和电路中的设备经常发生噪声，为了提高模拟输入信号的信噪比，增加所需信号，可以使用放大滤波电路放大输入信号，减少噪音，从而提取特定频段的信号。首先，我们根据模拟图书的知识设计了放大滤波电路：图9电路的参数如下：au=1 r2/r1。r2100 r1；r4=30r3c=0.5uf经过实际实验，我们发现这个电路对我们的信号几乎没有效果，我们放弃了这个电路。情景2:在我们的测量系统中，测试的物理量通过传感器转换为电信号，传感器获得的信号往往是微分模式小信号，包含大的共同模式部分，其值远远大于微分模式信号。因此，放大电路必须具有抑制共同模式信号的强大能力。我们

9、使用了仪表放大器的放大电路，即3 op放大器放大电路，电路图为：差动放大单端输出图10 3 op放大器差动放大后的输出电压为：vout=-r6/r5 (v-v-)此电路的优点包括：a、高共模抑制比；b、三云制结构；c、双端差分输入，单端输出；经过实验的调试，得到了我们预期的放大比例。2.4.6滤波器电路设计传感器输出地面信号实际上是将癌症内压力信号和脉搏波信号叠加起来。事实上，我们必须分离这两个信号。而且，要从信号中去除离合器。因此，需要过滤。脉搏的频率低到0.130hz左右，所以我们创建了4个方案，并分别进行了测试，最终选择了方案d。方案a:使用手动一阶低通滤波器。电路图如下：图10一次低通

10、滤波器电路参数设置：f0=12rc电路的特点是设计简单，易于实施，但频带衰减太慢，选择性下降。方案b:使用电压控制电压源二次带通滤波器。电路图如下：电路的参数如下：auf=1 rfre c1=c2 r1=r2=r rfr=1第一次应用程序是基于过滤低于0.1hz的频率和高于30hz的频率，以达到所需的频率范围为基础，但是基于最小频率很低，设置为0.4hz，最大频率设置为1hz，通过频带太窄，波形几乎与直线相同，经过多次测试，无法获得理想的实验结果，只能放弃方案b。方案c:具有由低通滤波器和高通滤波器级联组成的带通滤波器，电路图如下：无限增益低通滤波器无限增益高通滤波器电路特性：低通滤波器和高通

11、滤波器级联构成的带通滤波器通过带电压源二次带通滤波器电路理想，但焊接更复杂，需要两个op放大器。场景d:无限增益多反馈二次低通滤波器，电路图11图11无限增益多反馈二次低通滤波器电路电路参数设定：aup=-rf r1=r2=r rf=r3c1=0.47uf，c2=0.15uf在这第二次电路之前，我们将mbrunce(2 uf)电容串联起来，过滤静压信号，以便ui作为脉搏波信号输入。在电路频率范围低于10hz的情况下，测试结果表明，电路允许的频率与计算值相匹配，并且示波器上显示的波形非常适合所需的尺寸，所以选择此方案作为我们的过滤电路。2.4.7二次放大器设计脉搏信号弱，放大一次也达不到我们的要

12、求，所以要经过脱轨和过滤，再次放大脉搏信号。脉搏信号只是低频交流信号，所以我们使用了可以调节以下放大幅度的放大电路。收益如下：a=-r1/rn图12 . 2辅助放大器2.4.8显示模块场景1:液晶屏液晶屏特别适合选择显示屏以显示字符等。但是价格更贵。场景2:在整个学习和设计过程中，led显示屏led最常见。我们要展示的内容只是数字，因此请选择价格相对低廉的led。接脚连接对如下图所示。2.4.9复位电路设计本设计使用外部重置在键reset外部设置击键电路，其目的是在按重置键后在较低级别期间(1.5us)重置cpu。此过程在没有按下键的情况下reset是较高的级别，没有重置效果。按下键后，电容将

13、通过闭合环路快速放电，因此重置时间比1.5us长，然后反弹，从而实现外部重置。2.4.10单片机pin电路设计pa0: 3v稳定器管将外部干扰信号中的3v以上信号调节为3v，以防止插针或内部电路损坏。0.01uf电容的作用是过滤高频干扰。此设计使用内部参考电压(2.56v)，因此aref脚连接0.1uf的电容器，可以提高电源稳定性。avcc通过低通滤波器和电源vcc连接，agnd连接到电压信号。2.4.11晶体触发电路2.5整体电路线路图avr单片机(atmega16)在本装置中的作用主要是ad转换，它处理示例结果，最终输出显示数据。在这里，马达直接操作袖口外壳，注入空气。完整的图片如下：av

14、r单片机外围电路2.6软件设计在软件方面，主要利用avr微控制器atmega16的ad转换功能存储边缘获取数据侧存储有用数据，最后使用算法进行信号处理。pa0和pa1端口负责接收静态压力信号和脉冲信号作为模拟信号的输入。在外套筒气压逐渐下降的同时，间歇循环将静压信号转换通道(pa0)和脉搏波信号通道(pa1)转换为ad，将模拟信号转换为数字信号。ad转换完成中断确定脉搏波ad转换的结果，如果收集的值是脉冲信号的最大值，则将其存储在定义的结果体阵列变量中。同时，将相应的静压信号转换结果存储在核心阵列中。mega16不能同时将两个信号转换为ad，因此两个信号不能正确响应是错误的主要原因。用于t/c

15、0比较匹配中断的ad转换触发信号使用62.5khz，因为脉冲信号的频率约为1hz，最大频率f1约为3hz，采样频率为f1的4至10倍，因此f2为20hz，f2*13=260hz，小于50khz(我们芯片的时钟频率大于1mhz，最高频率为50khz数据收集完成后，必须在主函数中处理数据。首先查找最大值，记录在结构体中的下标k，从小于k的下标中查找第一个脉搏波信号大于最大值0.7倍的下标，然后记录为c。在大于k的下标上，查找第一个脉搏波信号小于最大值0.8倍的下标。以d记录。然后减去与c，d相对应的静压值，将其转换为气压值，并通过7段数码管循环显示收缩期和舒张期压力。具体流程图如下：开始参数、函数定义和端口初始化岩洞膨胀停止后，通电，开始通风，ad转换开始时间到了，或者数据充足数据收集麦帕是否是最大值脉搏波信号及其静压信号的值存储在结构变量中在结构中找到脉搏波的最大值，并记下它的值和下标k在结构中找到脉搏波的最大值，并记下它的值和下标k查找下标大于k的脉搏波信号中第一个值的下标，该值比最大值小0.8倍。写为d找到c，d对应的静压信号的值，并将其转换为血压值。分别对应于收缩压和