邓集威，周凯鹏，贺沅玮，杨启正
（1.武冈市技工学校，湖南邵阳，422400；2.湖南交通工程学院 机电工程学院，湖南衡阳，421001）
0 引言
血压高是临床医学比较常见的慢性型终身性病症，也是脑卒中、心肌梗塞和肾病的首要患病的因素。传统化的高血压病人医院门诊随诊就医方式致使血压监测工作频率低、病人依从无法确保，危险源数据的采集、解析与管控及其病人的意见反馈时常处在互相断离的、不持续的情况，是致使国内高血压病人检出率、治愈率和达标率低的首要缘故。现阶段，国内每一年350 万例心脑血管病去世病人中起码50%与血压高有关系，高血压病人的检出率、治愈率和达标率各是为30.2%、24.7%和6.1%，且总体小于西方发达地区。考虑到国内医疗资源过于集中化于大型的三级甲等医院，导致对血压高等慢病管理系统架构不优。
电子血压计也成了应对高血压病的必备品，但是伴随电子血压计的运用渐渐增多，大家对电子血压计操控的简便性和检测的精确性需求愈来愈高，传统化的水银血压计虽说检测精确，但对操控的需求高，需要先开展专业培训，因此运用场地通常为专业的卫生机构内，无法达到通常用户家庭生活运用的需求。与此同时，水银血压计也是有液态水银外泄、胶垫阻塞、气管漏气现象的安全隐患，及其内部污垢影响到精密度的缺点。可以说传统化的血压计现已无法满足目前的需求。
1 血压计工作原理
血压范围收集运用的是精确度高的血压测量传感器，而且还运用了放大电路来对测量出来的信息进行放大、整型，运用放大电路主要的原因是它比较简便且可靠，可以实现模拟信号的解决工作任务，并将处置结果送去主控器进行数据分析，主控器使用自身带有的A/D 数模转换器将返还的电压值转换成数字信号。
传统水银血压测量仪的测量环节是依靠有没有听见脉搏声来辨别收缩压及舒张压的。打气环节中，从没有声音到有声音过渡点是舒张压，即低压，从有声音到没有声音则是收缩压，即高压。放气环节正好反过来。而有声音的环节牵动着便是血压范围的上下跳动，主控器精妙地使用这一个特征开展血压范围的精确测量。是因为血压范围在打气环节血压范围改变大且不规律，本设计方案则让血压范围先到达一个固定不动的血压范围，使用放气环节血压可靠降低，测量出收缩压和舒张压，并利用屏幕显示出来。
2 系统硬件设计
使用打气囊向血压袖带当中进行充气，当气压达到最高值的后就暂停充气，这个时候就开始缓慢进行放气，在气压降低环节中，会在某个时段首次有气压的小的上升，而这恰好是相匹配的传统式的水银血压计之中第一次听见脉搏声，也就是收缩压。接着放气，气压接着降低，这环节会出现好几回气压的上升，每一次都相匹配着传统式检测流程的脉搏声颤动时段，工作原理如图1 所示，硬件结构如图2 所示。
图1 工作原理
图2 硬件设计框图
■2.1 STC89C52 单片机
52 单片机是常见的嵌入式设计微控制器，由运算器，控制模块，存储芯片，I/O 设备等组成，就好比一个小型的电子计算机。它的最主要优势是体型小，可放置在电子仪表里面，但存储容量小，I/O 端口简易，功能模块较低。如图3 所示。
图3 STC89C52 单片机
■2.2 时钟电路
52 单片机的正常运行必须要时钟源的功能，如果没有时钟电路供应脉冲，这样的话将难以准确平稳的正常运行，51、52 单片机时钟位置的设计构思，使用的是外接11.0596MHz 的有源晶振，它所组合而成的时钟电路为52 单片机供应时钟信号，如图4 所示。
图4 时钟电路
■2.3 复位电路
复位电路和时钟电路有相同的特性，组成比较简单，选用一个四角按钮、电阻、电容所组成，确保控制电路运行可以精确地运转，如果没有复位电路，控制电路的运行有可能会引起不精准，复位电路所供应的电源电压3.3V 之间，如图5 所示。
图5 复位电路
■2.4 电源电路
使用12V 的航空模型充电电池，把12V 转化为5V 的工作电压，就可以确保每一个功能模块的正常情况下工作。利用LM7805 芯片设计控制电路，把航模充电电池的12V 转化为给电子元器件配电的5V 开关电源，转化电路原理图如图6 所示。
图6 电源电路
■2.5 XGZP6847 压力传感器
XGZP6847 型压力感应器功能模块使用DIP 封装类型，压力感应器身为敏感元件并集成化了数字化调整处理芯片，PCВ 板的2 面对应装配有SOP 封装的压力感应器与数字信号处理控制电路芯片，对感应器的偏差、精确度、温漂和非线性开展数字化弥补，以配电工作电压为参照，形成一个历经校正、温度补偿后的规范工作电压数据信号，电路原理图如图7 所示。
图7 XGZP6847 电路图
■2.6 TLC2543 模数转换器
TLC2543CN 是一种12 位控制开关电容器型逐次靠近型数模转换器(ADC)，拥有三个操控输入，输入输出时钟和地址输入(DATAINPUT)该电子元器件设计构思用来连接主控板处理器的串口端口处，或外接设备的串口3 态输出.该电子元器件准许与服务器展开快速数据交换，如图8 所示。
图8 TLC2543 电路图
图9 显示电路图
■2.7 LCD1602 液晶屏
LCD 显示屏是一种比较好的同时常常采用的高分子材料组成的屏幕，因其与众不同的物理特性、化学工业、光学特性，广泛采用在轻薄型显示屏幕上面。LCD 显示器这一个液晶显示器的最关键设计原理是凭借其运行时的电流来激起液晶板上面的化学物质来产生许多的点、线、面，同时互相配合后背上的节能灯管来展示出所需的数据信息。
3 系统程序设计
血压测量是整个程序的核心关键所在，如何从数据中得到脉搏波波峰值以及对收缩压和舒张压的计算处理是该部分程序的重点。血压测量流程如图10 所示，在测量模式下，先让气泵自动快速充气，当袖带压力大于等于200mmHg，停止充气，然后再控制气阀使袖带中的气体缓慢释放。在放气过程中，两路AD 都在工作，脉搏波的波峰时就要记录下相应的气袖压力值。在先前的测量原理中介绍过，必须先测出脉搏波的最大波峰值，然后通过经验公式算出收缩压和舒张压的大小。一般取脉搏波增大过程中最大脉搏波波幅的0.6 倍处的脉搏波所对应的袖带压力为收缩压，而取脉搏波减小过程中最大脉搏波波幅的0.75 倍处的脉搏波所对应的袖带压力为舒张压。
图10 血压测量的流程图
血压计的检测形式，它是运用检测操作过程中感应器收集的血压数据信号来判定收缩压与舒张压的，这一部分制定是系统软件设计中最重要的方面，其效果好否也直接地危害到检测结果的准确性，最先是压力传感器收集最大的脉搏波幅，随后发给数模转换器，把模拟信号转化为数字信号，存储数字信号同时发给单片机，单片机内部结构开展数据信息的运算，最终数据统计显示出来。如图11 所示。
图11 主程序流程图
系统软件是针对硬件配置上所获取的数据信号开展A/D转化，进而获得测得的血压值，再按照本设计所运用的血压测量工作原理开展信息处理，以无源蜂鸣器当做检测流程人机互动的功能模块，以便于精确获取准确的收缩压与舒张压，并从液晶屏幕上显示信息出来，如图12 所示。
图12 LCD1602 显示
系统软件是一个可反复的操作系统，即操作系统在检测流程中，不过经过重置或者是重启开关电源来开展下一次检测，而可以反复检测，进而也可使操作系统运用显得愈发人性化管理。在检测流程需要显示信息测的压力值、放气速度；检测完毕后以动态化形式显示信息收缩压、舒张压及脉率；电子血压计校正时候需要显示信息测得压力值、放气速度。LCD1602 液晶屏幕用来显示血压信息，单片机进行内部的处理后发送给LCD1602 屏幕进行显示，然后记录好血压值之后，可以按键对液晶屏幕进行清零，方便下一次血压测量和显示。
4 调试
本设计使用示波法设计的数字血压计，通过测出平均血压压力值进而转换成为收缩压和舒张压。在本设计的设计过程中，结合参考了目前该领域的最新研究成果。此外，在电路设计部分广泛使用国内外比较成熟的芯片和集成电路，这为系统的稳定和价格的实惠奠定了基础，如使用AT89C51单片机、LCD1602、ADC0809、仪用放大电路等，这些芯片都是大家耳熟能详的，而且性能稳定。通过这些器件的使用大大降低了生产成本。不仅如此，设计的性能也不错，该设计与其他一些电子血压计进行比较，系统测量的准确性比较高。而且重复测量的一致性也比较高。此外本设计也从节能环保的角度出发考虑，对电路进行精简细化，去除一些繁杂电路。本设计的初始目的就是使设计出的电子血压计具有可靠性高、携带性好、操作简便老少皆宜的电子血压计。通过努力基本达到目的，但是，本血压计的测量结果会存在一些偏差，导致这些偏差存在的原因可能为：（1）传感器的零点漂移影响初始输出值，使其不为零；（2）使用间接法测量血压，得到的是血压平均值，而通过血压平均值转换到收缩压和舒张压是通过经验公式转换而来，这之间存在着误差。
调试内容：
（1）对单片机MC-51 最小系统的调试。
（2）对A/D 转换电路ADC0809 的调试。
（3）对压力传感器的调试。
（4）对气泵系统的调试。
（5）对整个系统的电路调试。
调试步骤如下：
（1）首先在电路板上展开焊接工作。
（2）当上述步骤结束时，检查电路图连接是否正常。同时，为了确认焊缝间的导通是否良好，使用万用表，特别注意电源的正负连接是否正确。如果连接正常，则开启电源，检测各模块的电源电压是否正常。同时，为了确认芯片是否处于加热等异常状态，请轻轻触碰各模块。发生异常时，为了发现故障的原因并除去，必须在第一时间切断电源。
（3）当第二步继续正常工作时，开启电源，启动电路的各模块，逐个检查各模块，确认是否正常工作，最后测试整个电路。
（4）程序调试：软件调试是检查并修改程序在实际运行之前，主要是语法错误和逻辑错误，这样防止结果与实际情况不符合，影响整个设计的进程，这也是确保计算机信息系统正确性的不可或缺的关键点。在测试的过程中可能会发现错误，并进行追根刨底，查出漏洞的根本原因进而解决各个问题点。在这里，首先要了解硬件接口以及功能，以便于配置I/O 端口；第二，按照本次设计的需求，编写出相应的单片机程序；第三，把程序烧录到单片机中，然后对单片机进行仿真操作；第四，倘若发现问题，首先分析的问题是与逻辑有关还是与硬件有关，方便更好地解决问题；最后，将已经编好了的软件写入单片机 的flash中，进行加密处理。在整个过程中需要不断地进行修改与完善。在Keil 软件编写好程序代码。下载到单片机中测试整个系统运行。经调试后LCD 屏幕显示的正确结果如图13 所示。
图13 实物图
5 结论
本次设计是以单片机为核心芯片构建的能进行血压与脉搏的测量的系统，有着测量准确、方便携带、功能多样、造价便宜，使用方便快捷、易上手等优点。对有着上述优点的数字式血压仪进行了了解和设计，利用各类软件进行编程，最终基本上实现了本次设计的数字血压仪的各项基本功能和性能要求。
在该设计中，还理解了单芯片微计算机的操作模式和硬件结构。可以理解，在所有类型的单芯片微计算机的优点和缺点以及不同的设计需求中需要什幺MCU 来设计系统。对MCU 的使用有很大的了解，包括学习软件编程方法。同时，一些其他装置如传感器、LCD 屏幕、键盘按键等。
