基于MN101EF32D電子血壓計電路設計

引言

血壓是極為重要的健康指標，血壓測量的準確與否直接關(guān)系到人們的健康。國家把血壓計列為強制檢定計量器具。一般醫院使用的水銀血壓計基于人工柯氏音法，這種方法存在一些固有的缺點(diǎn)：一是放氣的快慢對讀數有直接影響，國際標準放氣速度為每秒3～5mmHg，而不同的醫生放氣有快有慢，會(huì )影響測量的準確度；二是這種方法以人的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和協(xié)調程度為主要依據，很難標準化。為此，本設計從血壓的檢測方法著(zhù)手，采用日本松下公司高速、低功耗的MN101EF32D單片機，作為血壓計測量、控制、數據讀寫(xiě)、數據顯示的核心，可準確地采用示波法（振蕩法）測量血壓。

工作原理

示波法（振蕩法）是根據袖帶在減壓過(guò)程中，其壓力振蕩波的振幅變化包絡(luò )線(xiàn)來(lái)判定血壓的。目前比較一致的看法是當袖帶壓力振蕩波的振幅最大時(shí)，袖帶的壓力就是動(dòng)脈的平均壓。動(dòng)脈的收縮壓對應于振幅包絡(luò )線(xiàn)的第一個(gè)拐點(diǎn)，舒張壓對應于包絡(luò )線(xiàn)的第二個(gè)拐點(diǎn)。

硬件設計

系統基本工作原理如圖1所示。壓力傳感器輸出的電壓信號首先通過(guò)低通濾波器濾波，之后由運放電路將信號轉化為適合單片機的輸入信號，最后將模擬的采樣信號經(jīng)過(guò)MN101EF32D單片機轉化為數字量。程序對采集的數據進(jìn)行數字濾波后分析，計算出人體血壓的兩個(gè)關(guān)鍵指標舒張壓和收縮壓，之后單片機立即將數據存儲到外部存儲器中，并將這些重要數據顯示在LCD上。

傳感器介紹及其外圍電路的設計

該血壓計使用的傳感器為MPS-3100-006G壓阻式壓力傳感器，是由四個(gè)等值電阻組成的惠式電橋，其輸出電壓和輸入壓力成正比，理想狀態(tài)下當壓力輸入時(shí)，電阻值就跟著(zhù)改變，但實(shí)際上溫度的改變也會(huì )影響其阻值輸出結果。另外，由于晶體和電路設計制作的誤差，加上封裝過(guò)程等方面的影響，零點(diǎn)偏移不是零。所以必須由外加元件來(lái)進(jìn)行個(gè)別溫度補償電路校正。其重要指標如下：

a、傳感器測定范圍：5.8~15 PSIG

b、操作溫度范圍：-40℃~85 ℃

c、驅動(dòng)電流：1.5~3mA

d、驅動(dòng)電壓：5~15V

e、零點(diǎn)漂移：?25~25mV

f、電阻溫度系數為：0.2％/℃

因為血壓信號取自手臂，測量的信號容易受袖帶的位置、手臂的挪動(dòng)而帶來(lái)的干擾。根據這些專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，要求系統具備高輸入阻抗、高增益、高共模抑制比、低噪聲以及低漂移等特征。如圖2所示，圖中的T1即為MPS-3100-006G壓阻式壓力傳感器。整個(gè)電路首先將壓力信號轉換為電壓信號，然后進(jìn)行放大濾波。圖中U1、U2為有源運放LM324，它的輸入阻抗很高。壓力傳感器的信號通過(guò)放大后，并通過(guò)調節VR1的大小來(lái)改變運放的閉環(huán)增益，以調節為適應于A(yíng)/D的電壓輸入范圍。U1運放回路用來(lái)測量袖帶中的壓力，測量的數據用來(lái)供MCU分析并控制對袖帶充氣和放氣的速度。另外U2運放回路是將通過(guò)C11電容隔直的交流信號放大，此回路測量的是人體的脈搏波。兩個(gè)回路的采集數據構成了血壓計各個(gè)指標的重要計算參數。