电子血压计工作原理和设计2008-07-17 17:26:05 来源: 作者: 【大中小】浏览:1253次评论:3条系统框图如图1所示。
系统由恒流源、压力传感器、放大电路、带通滤波、二次放大、血压脉冲触发、液晶驱动器、键盘语音电路和单片机组成。
图1 电子血压计原理图单片机主要原理为：PWM输出控制气泵充气漏气调整袖带内气压；一路ADC 采样袖带内气压直流分量以便取得收缩压和舒张压；一路ADC采样袖带内气压交流分量经分析计算后确定收缩压和舒张压的瞬态时间位置；接收血压脉冲信号触发ADC工作；将计算出的收缩压和舒张压结果输出至LCD显示并进行数值的语音提示。
硬件设计1 MSP430FF449D单片机主控电路本系统主控电路如图2所示，主要由MSP430F449芯片、JTAG接口电路、时钟发生电路、时钟输出电路、复位电路、PWM波输出电路、供电电路等组成。
其中JTAG用于下载和调试程序，PWM波输出电路用于控制气泵。
当测量血压时，先充气至200mmHg高，再慢慢以每秒约下降5mmHg的速度放气。
实现自动测量血压。
图2 电子血压计主控电路2 血压传感电路如图3所示，本电路采用BP01型压力传感器和运放MAX4472。
BP01型压力传感器是为检测血压而专门设计的，主要用于便携式电子血压计。
它采用精密厚膜陶瓷芯片和尼龙塑料封装，具有高线性、低噪声和外界应力小的特点；采用内部标定和温度补偿方式，提高了测量精度、稳定性和重复性，在全量程范围内，精度为±1%、零点失调不大于±300μV。
MAX4472是MAXIM公司的一款集成了四个运算放大器的低功耗放大芯片。
本系统中内部集成运放A接恒流源，为压力传感器提供恒定的电流，运放B和运放C，运放D组成差分输入、单端输出放大电路，直接输入ADC0监视血压直流分量。
图3 血压传感电路3 滤波和放大电路如图4所示，电路由滤波和放大两部分组成。
其中MAX267是MAXIM公司出产的一个集成滤波器，可以构成低通、带通、高通、等多种方式，使用灵活，性能远远优于采用集成运放组成的滤波电路。
图4 滤波和放大电路MAX4471是MAXIM公司的一款低功耗的放大器。
MAX9028是MAXIM公司的一个低功耗的比较器。
滤波电路采用MAX267构成带通滤波器（允许0.8～38Hz的信号通过），滤掉信号中的直流成分和电源以及皮肤与袖带摩擦的高频噪声和工频干扰，然后经过MAX4471进行进一步放大，得到单片机匹配的电压信号，进入ADC2，监视血压的交流分量。
同时该信号通过低功耗比较器MAX9028转换成脉冲信号，触发ADC1工作。
4 日历时钟和存储电路如图5所示，由EEPROM24C256和日历时钟芯片PCF8563组成。
24C256是一款低电压、串行接口，容量为256K的存储器，用于存储测量的血压值。
PCF8563是PHILIPS公司推出的一款工业级内含I2C总线的具有极低功耗的多功能时钟/日历芯片。
用于提供测量血压时的时间和日期，以便于以后进行查询使用。
方便于使用者对自己一段时间的血压有个清晰的记忆。
实用性强，克服了一些电子血压计的不足。
图5 日历时钟和存储电路原理图5 键盘和显示电路如图6所示，由键盘电路和液晶显示电路两部分组成。
液晶显示电路采用ZJM12864BSBD，这是一款低功耗的点阵图形式LCD，显示格式为128点(列)×64点(行)，具有多功能指令，很容易与MPU相连。
其中键盘电路采用独立式按键，有7个按键，分别为测量、mmHg/kPa转换、记忆、设置、上翻、下翻、删除。
可以进行日历时钟的设置，进行报警参数的设置，进行血压的测量值的存取和删除等功能。
LCD可以显示收缩压，舒张压，当前的时间和日历；在查询状态时可以实现以往测量血压的日期、时间、测量值，同时可以通过软件编程实现历史数据的图形化显示（例如画出血压波动曲线），方便直观。
图6 键盘和显示电路6 语音报压和报警电路本电路如图7所示，主要由集成语音芯片ISD2560组成。
ISD2560是Winbond 公司生产的一款具有较强功能的语音录放芯片，是一种永久记忆型语音录放电路，录音时间为60s，可重复录放10万次。
该芯片采用多电平直接模拟量存储专利技术，能够非常真实、自然地再现语音。
通过事先录制好的声音，实现血压测量值的自动声音提示，如果血压高出正常血压的上下限值，还会发挥报警，提醒使用者就医。
图7 语音报血压，报警电路4 结语电子血压计具有小型化、低功耗、智能化程度高的优点，在使用上有便携和易操作的特点，从而呈现出家用化的趋势。
本文给出了完整的携带式电子血压计硬件设计方案，并基于MSP430F449为控制核心辅以压力传感器和外围的模拟电路以及LCD 驱动芯片实现了电子血压计的设计。
此设计用的芯片大部分都是低功耗的芯片，便于使用电池供电。
同时设计实现了人性化，智能化的要求，就像一个家庭护士，对与高血压患者以及中老年人来说十分方便，可以转化为实际产品，故有较高的实用价值。
BP01型压力传感器及其在便携式电子血压计中的应用介绍了德利康公司的BP01型压力传感器的主要性能和参数给出了一个用BP01作传感器组成的便携式电子血压计的实际电路,并对该应用电路的工作原理进行了说明,同时给出了该便携式电子血压计电路的设计和调试方法。
关键词：压力传感器;便携式电子血压计;BP011概述BP01 型压力传感器是为监测血压而专门设计的,主要用于便携式电子血压计。
它采用精密厚膜陶瓷芯片和尼龙塑料封装,具有高线性、低噪声和外界应力小的特点;采用内部标定和温度补偿方式,从而提高了测量的精度、稳定性以及可重复性,在全量程范围内,精度为±1％,零点失调不大于±300μV。
2 BP01的主要性能参数BP01的内部等效电路和外形封装如图1所示;表1所列为BP01在电源电压为25℃时的主要性能参数。
Vs为5．0V、环境温度TABP01的极限参数如下：●最大工作电压：20VDC;●最大耐压：1500 mmHg;●工作温度范围：0～70℃;●引脚焊接温度（最大值）：250℃（2～4秒）。
3基于BP01的电子血压计3．1工作原理用BP01构成的便携式电子血压计的原理电路如图2所示,它由偏置电源电路（A1、A2）、前置处理电路（A3～A6）、显示电路（A7）和压力传感器（BP01）组成,该血压计的血压测量范围为0～200mmHg,分辨率为0．1mmHg,工作电源为一节9V迭层电池。
现将血压计中各主要电路的工作原理分述如下：a．偏置电源电路电源电路由带有内置参考电压的双运放LM10组成,A1构成同相放大器,A2构成跟随器,它们的作用是将内置的参考电压放大后用作压力传感器BP01的偏置电压Vs,其Vs的值由下式决定：Vs＝Vref（1＋R2／R3）式中：Vref为LM10的内置参考电压。
其值为200mV,将此值连同电路中的R2和R3的值代入上式即可求得偏置电压Vs的值为5V。
b．前置处理电路前置处理电路由A3～A6四个运算放大器组成,其中A3构成失调偏置电路以对电路失调进行补偿;A5构成跟随器,用于对压力传感器BP01的输出信号进行隔离缓冲;A4、A6构成放大电路,其增益AV由下式决定：A V ＝1＋（R1／RT）若忽略失调,前置处理电路的输出电压Vout为：Vout＝2（1＋R1／RT）VIN式中：VIN为压力传感器BP01的输出电压。
c．显示电路显示电路选用三位半的显示驱动器。
工作时,压力传感器BP01的输出经前置处理电路放大后,由显示驱动电路来驱动LCD,以读出测量的血压值。
3．2调试方法a．零压输出调整在零压输出时,调整失调电位器RP1,在血压计的显示值为000．0时,即可认为完成了零压输出调整。
b．前置电路增益的调整压力传感器BP01的满量程输出与偏置电压有一定的关系,当5V偏置时,在200mmHg压力下的输出为10mV,其对应的显示驱动电路的输入为200mV,因此前置电路的增益AV为200mV／10mV,这样,利用前面Av的计算公式即可反推出增益电阻RT的值。
若选取电阻R1为10kΩ,则增益电阻RT应为1．1kΩ。
调试时可先用电位器调整输出值,再用万用表测出该电位器的阻值,最后再换成固定电阻。
c．满量程调整满量程调整时,先在显示电路的输入端加上200mV电压,然后调整电位器RP2,使其读数为199．9mmHg即可。
上调整完成之后,一般应多重复几次,以使显示值可靠地符合精度要求。
3．3元器件的选择为保证测量精度,上述电路的外围元器件的选择也是一个不容忽视的重要环节。
一般情况下,电位器RP1、RP2应选用1％精度的金属膜多圈电位器;电阻应选用1％精度的金属膜电阻器;电容一般选用聚脂薄膜或者云母电容。
4 结束语在使用压力传感器BP01和其它器件设计便携式电子血压计时,应注意的是：对于不同的偏置电压,其输出也不同,因而前置处理电路的增益应做相应的调整,以满足满量程的不同要求。
LM324资料：LM324为四运放集成电路，采用14脚双列直插塑料封装。
，内部有四个运算放大器，有相位补偿电路。
电路功耗很小，lm324工作电压范围宽，可用正电源3～30V，或正负双电源±1．5V～±15V工作。
它的输入电压可低到地电位，而输出电压范围为O～Vcc。
它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互单独。
每一组运算放大器可用如图所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“V o”为输出端。
两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo 的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。
LM324引脚排列见图1。
2。
lm124、lm224和lm324引脚功能及内部电路完全一致。
lm124是军品；lm224为工业品；而lm324为民品。
由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等特点，因此他被非常广泛的应用在各种电路中。
《lm324引脚图》《lm324管脚图》《lm324原理图》《lm324工作电压》《lm324无线话筒应用电路》。