AT89C51单片机的便携式电子血压计的设计流程图.doc

AT89C51单片机的便携式电子血压计的设计+流程图摘要：本设计旨在设计便携式电子血压计，克服传统 水银血压计玻璃管易破裂、水银外泄以及不易携带等 缺点，使之适合家庭使用本设计采用示波法作为测 量血压原理，以单片机AT89C51作为电子血压计的核 心，并利用MPX4115型压力传感器将血液对血管壁的 压力转换为电信号，再将其送入A/D转换器将模拟血 压信号转换为数字信号后在单片机的控制下进行处 理所设计的血压计具有体积小、精度高、操作简便 等特点，适合家庭及户外旅游使用4336关键词：电子血压计；AT89C51;示波法；A/D转换Design of Electronic Sphygmomanometer Based onSingle-chipAbstract: The design of a portable electronic device is designed to overcome theshortcomings of glass cracking, mercury leakage and not easy to carry ofthe traditional mercury sphygmomanometer.making it suitable for home use.For the full study, oscillometric method is the primary method of this design, this article use MCU"AT89C51"as the kernel of electronic sphygmomanometer, and the pressure that the blood against the blood vessel wall is translated to an electrical signal by making use of the MPX4115 type pressure sensor, then the electrical signal is converted into a digital signal. Then the MCU processes these digital signals.Sphygmomanometer is designed with small size, high precision, simple operation and suitable for families and outdoor travel use.Key words: Electronic Sphygmomanometer; AT89C51; Oscillometric Method; A/D Convert摘要1引言11•便携式血压计简介21.1血压计发展的历史与现状21.2血压的几种测量方法21.3电子血压计设计的意义32.总体方案31835年，尤利乌斯•埃里松发明了 一个血压计，它 把脉搏的搏动传递给一个狭窄的水银柱，我们发现水 银会随着脉搏跳动而相应地上下跳动。

1860年，艾蒂安…朱尔•马雷（法国科学家）研制成 了一个当时最好的血压计它能够将脉搏的搏动进行 放大，并将观察到的搏动轨迹记录在卷筒纸上并且 这个血压计还可以随身携带，极其方便如今医生使用的血压计是Riva-Rocci（意大利科学家）在 1896年发明的该血压计附带一个可以充气的袖带， 它起着阻断血液流动的作用医生可以用一个听诊器 来听取脉搏跳动的声音，并在刻度表上读出血压数值1.2血压的几种测量方法血压是指血管内的血液对于单位面积血管壁的侧压 力由于血管分为动脉血管、毛细血管和静脉血管， 相应地，也就有动脉血压、毛细血管压和静脉血压， 而我们大家通常所说的血压是指动脉血压当血液流 动血管扩张的时候，血压会降低；血液流动血管收缩 的时候，血压会上升收缩压：当心室收缩的时候，会出现主动脉压急剧升 高的现象，血压会在收缩期的中期达到最大，则称这 时的动脉血压值为收缩压，也称作是“高压 ”o舒张压：当心室舒张的时候，会主动脉压降低的现象， 血压会在心舒末期达到最低，则称这时的动脉血压值 为舒张压,也称作是“低压&rdquo；o血压的具体测量方法：(1)直接测量(有创法)直接测量法就是在大动脉或心脏处插入一根导管，该 导管连接有压力传感器并且导管内装有某种液体，通 过液柱的变化来观测血压的变化。

这种观测血压的方 法非常的直接，因而测得的血压数据很准确，所以成 为了国际上公认的检测血压的黄金标准，但是因为其 要求的技术比较高，又会对患者造成一定的创伤，所 以一般仅在抢救危重病人或者在大型手中使用压力传感器输出的血压信号包括袖带压力信号和脉搏 波信号，其实这两个信号就是我们所需要的血压直流 和交流信号直流分量用于确认收缩压和舒张压的具 体数值，而交流分量用于确认收缩压和舒张压在直流 曲线中的具体位置找出脉搏波最大振幅值Amax,再 往前找幅值为0.5Amax的瞬态位置，此位置对应的血 压直流分量即为收缩压，往后找幅值为0.7Amax的瞬 态位置，此位置对应的血压直流分量即为舒张压［4］图1示波法检测原理图2.2系统组成部分及框图本文所设计的电子血压计由压力传感器、前置放大电 路、滤波电路、次级放大电路、数模转换电路、显示 电路、按键、报警电路和单片机组成压力传感器是 用来采集血压信号的；运算放大电路及滤波电路用来 对传感器输出的信号进行预处理并得到后面处理所需 要的两路信号；A/D转换电路用来对这两路信号进行 模数转换，即数字化处理；单片机作为电子血压计的 控制核心，完成对信号的存储与计算，并通过控制外 围电路来进行血压数据的显示。

1)信号采集模块 信号采集模块主要包括一个压力传感器、前置放大器、 带通滤波器与低通滤波器，主要完成袖带压力及脉搏 信号采集、检测和提取滤波器将这两个信号分开并 提取，最后分别送入A/D转换器的两个不同通道，供 MCU分析处理2) 模数转换模块该部分由多路A/D转换器组成，转换内容为袖带压力 信号和脉搏波信号在本设计中A/D转换器是单片机 的外设3) 中央处理单元中央处理单元的主要组成部分为单片机AT89C51,其 主要完成的主要工作有:通过串口接收单片机给出的 系统参数设置命令以及相关控制命令，并向单片机传 输测量得到的数据，其中包括计算收缩压、舒张压、 平均压等数据，以及对气泵和模数转换进行控制、处 理测量过程中的各种算法微控制器对气泵充气与排 气进行控制，同时控制报警电路脉搏传感器输出的电压信号一般都比较弱，都是在毫 伏级，我们需要对其进行放大处理以便进行后续处理 所以，设计前置放大电路，将脉搏传感器输出的信号 进行放大，然后再通过次级放大电路和滤波电路，使 之成为幅值频率适当的信号，便于后续电路的处理MPX4115型压电式脉搏传感器的输出电压大约在 -10mv〜40mv之间，在后续电路中需要将其通过次级 放大电路，将信号放大，使幅值合适，再送入A/D转 换器。

3.2前置放大器MPX4115型压电式脉搏传感器输出电压大约在 -10mv〜40mv之间，而且生物信号的幅度小、频率低， 测量过程存在的比较強的背景噪声和干扰以及初级放 大电路应具有很高的共模抑制比、高增益、低噪声和 高输入阻抗，并且需要有合适的通频带宽和动态范围 等特点生理信号的这些特性对初级放大器的要求很 高，为了满足这些要求，我选择三运放前置放大器［7］图4三运放前置放大原理图求得输出电压为：Vo=-(ViI-Vi2)-2(ViI-Vi2)Rf/Rg (1)放大倍数为：A=-Vo/(Vil-Vi2)=l +2Rf/Rg(2)由于采集的血压信号放大到所需的电压范围为0〜6V， 还需要再加次级放大Ad=Adl.Ad2=(l+) =15 (3)电路连接如图7所示：图7两级带通滤波器第一级带通滤波器: 低截止频率：（7）高截止频率：（8）放大倍数为：（9）第二级带通滤波器：低截止频率：（10）高截止频率：（11）放大倍数：（12）综上，脉搏信号的总体放大倍数为 A=15&timcs;12&timus;3.3二594,因为从传感器输出的信 号为0〜则此放大倍数满足ADC0809对输入信 号幅值（0-5v）的要求。

3.5信号预处理总体电路图图8预处理电路图 从传感器输出的压力信号经过预电路进行预处理后才 能送入单片机进行处理和显示预处理电路由三个部 分组成：差分放大电路、分离袖带压力信号的低通滤 波器、分离脉搏波信号的带通滤波器3.6数模转换模块ADC0809由美国国家半导体公司生产该芯片内部有 一个8通道的多路开关，它的作用是根据地址码锁存 译码后的信号，仅仅会选通8路模拟输入信号中的一 个来进行A/D转换该芯片是在国内使用最广泛的8 位通用A/D芯片[10]o⑸A/D转换完成后数据的传送 图中用到ADC0809芯片的两路模拟转换通道，即通道 0和通道1，通道0接袖带压力信号，通道1接脉搏波 信号，ADC0809分别对这两路模拟信号进行转换转 换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理，而数 据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成将 ADC0809的EOC引脚直接接到单片机P3.7 口，转换 结束后，EOC=1为高电平，此时P3.7 口接受此高电 平并向单片机发出转换结束的提醒，以便单片机读取 转换结果图9数模转化电路的仿真电路图3.7显示模块图10数据的显示电路由于系统要显示的是收缩压和舒张压，内容较简单， 显示量不多，所以显示模块选用数码管既方便又经济。

为了节省端口及降低功耗，本设计采用动态扫描显示 方式把所有LED的各段码对应连接起来，并把它们 接到单片机数据输出口上，每个数码管的COM端还 要受到位选信号的控制,位选信号可以接到另外一个 输出口上，在某一时刻只让其中的一个COM出现低 电平或高电平而只选通一位LED[12]O显示用一片8位LED,最左边一位用来显示舒张压与收 缩压的代码，用数字1来代表收缩压，用数字2来代 表舒张压，右边三位则用来显示压力值LED的位码 由单片机的P3.0、P3.1、P3.2 口控制，因为一片八位 LED有四个位码，所以我用一个三八译码器来实现位 选这一功能，即可以用74LS138的YO、Yl、Y2、Y3 来控制，图中的按键2用来切换舒张压与收缩压的显 示O3.8气泵控制和报警电路图11气泵控制和血压报警电路51系列单片机没有PWM输出功能［13］,因此我采用单 片机控制直流电机来进行气泵的充气和放气当下图 中P2.4 口输出高电平时电机立即工作，输出低电平时 充气立即停止工作4.2血压信号的数字化图14A/D转换流程图气泵充气和A/D转换是同时开始的，单片机采用查询 P3.7 口的状态来判断转换是否结束。

具体的方法是一 旦数模转化结束后，P3.7就会接收到高电平，系统检 测到该高电平后就会开始从ADC0809芯片读入转换 完成的数据［9］4.3计算收缩压与舒张压当ADC0809的信道0测到的血压直流分量小于1V时， 意味着气袖气压已经低于50mmHg T ,这也就标志着 单次测量结束从传感器输出的信号先经过预处理模 块的处理，同时系统就会得到被测者的脉搏波信号和 气袖中的袖带压力信号这两个信号经过数模转换后 得到的数字信号供收缩压、舒张压、平均压和心率的 计算在测量过程中，单片机就已经将各个脉搏波的 峰值以及每个脉搏波的间隔时间存储起来图15计算收缩压与舒张压的流程图5.系统调试与。