基于MSP430F149單片機的電子血壓計設計

　　1 引言

　　測量血壓的傳統儀器是機械式水銀血壓計，電子血壓計近幾年才在市場(chǎng)上出現。電子血壓計與傳統血壓計相比，雖然操作簡(jiǎn)單、使用方便，但準確性、穩定性往往不太理想。本設計力求準確、穩定，以適用于老年人或病人隨時(shí)監測自己血壓情況及臨床醫學(xué)檢測。

　　2 系統的硬件設計

　　本設計采用Motorola公司的MPX53GC硅壓式傳感器和TI公司MSP430F149單片機為主要器件， 構成電子血壓計，系統構成如圖1。系統由MCU、 傳感器、LCD液晶顯示器、操作面板、充放氣控制 電路、氣泵和氣閥、蜂鳴器、存貯器、電源等部分 構成。

　　2.1 微處理器的選擇

　　單片機是整個(gè)系統的大腦，它不僅要對系統進(jìn) 行監控、對數據進(jìn)行運算處理，而月.要通過(guò)對測量 結果的判定調整硬件的參數;使系統能夠自動(dòng)調節 在最佳的工作狀態(tài)，具有一定的智能性。根據系統 的設計要求，選用TI公司的MSP430F1 49單片機 。

　　MSP430內嵌ADC12，它是12位的A/D模數轉 換器，具有高速、通用的特點(diǎn)。ADC12可對8個(gè)外 部模擬信號之一或4個(gè)內部電壓之一作轉換。 ADC12具有通用的采樣/保持電路，給用戶(hù)提供了 采樣時(shí)序的各種選擇。MSP430F149單片機則能很 好滿(mǎn)足系統設計的要求。

　　2.2 傳感器電路設計

　　MPX53GC是Motorola X型傳感器，該類(lèi)傳感器價(jià)格低廉、線(xiàn)性?xún)?yōu)良、噪聲小、響應迅速，并且在 恒流源供電的情況下具有溫度白補償掙陛。傳感器電路的組成如圖2所示，壓力傳感器的輸出信號先 經(jīng)過(guò)濾波電路，然后進(jìn)行放大，同時(shí)單片機 MSP430F149將產(chǎn)生1：10脈寬控制鋸齒波發(fā)生器， 產(chǎn)生鋸齒波與經(jīng)過(guò)處理的壓力信號相比較，將電平 信號轉換為脈寬信號。單片機MSP430F149測量脈寬，然后經(jīng)過(guò)相應的運算處理轉換為收縮壓(SP)、舒張壓(DP)、平均壓(MP) 。

　　2.3 濾波電路設計

　　在血壓測量過(guò)程中，由于傳感器MPX53GC輸 出的信號極其微弱，而且混有高頻噪聲，如果電路 設計不合理，微弱的信號就會(huì )被噪聲淹沒(méi)。因此在 每一級放大電路中，都應有相應的噪聲濾除或抑制 電路 ，此外要盡量的消除分布電容與分布電感的 耦合，在必要處進(jìn)行屏蔽。如圖3所示，采用有源低通濾波器，有效地削弱高頻噪聲，并適當放大信 號。其頻率函數可表示為：

　　2.4 充放氣控制電路設計

　　充放氣電路也是影響測量準確度的一個(gè)重要因素。因此，怎樣控制充氣閥和放氣閥，才能得到最好的測量結果是關(guān)鍵。在測量過(guò)程中，我們采用 單片機MSP430F149控制充放氣速率，根據壓力大小進(jìn)行控制充氣閥和放氣閥的動(dòng)作，這樣不但能夠 準確控制充放氣的速率，而且能很好的監測整個(gè)系 統的運行情況，此外，還可以避免一些意外的人體傷害。

　　其控制過(guò)程見(jiàn)圖4充氣電路如圖5所示。在充氣過(guò)程中.可以稍 微快點(diǎn)充氣，并估計收縮壓和舒張壓，以便計算放 氣速率。當達到最大值后停止充氣，開(kāi)始慢慢的均 速放氣。放氣過(guò)程中，采用PWM脈寬調制進(jìn)行控 制，并時(shí)刻察覺(jué)血壓袖套CUFF的壓力情況，保持 勻速放氣。最后當壓力小于20mmHg時(shí)，立即把放 氣閥全部打開(kāi)。

　　2.5 LCD液晶顯示模塊設計

　　本系統采用LCD驅動(dòng)器HT1621，它為128(32 ×4)段LCD驅動(dòng)器，可驅動(dòng)多個(gè)LCD液晶屏。它 與單片機接口如圖6所示，接口只須四根線(xiàn)。 線(xiàn) 用以初始化串行接口電路并終止MSP430F149與 HT1621的通信。數據的瀆/寫(xiě)及命令的寫(xiě)入通過(guò)數 據線(xiàn)傳輸。RD讀信號，RAM 內的數據在RD信號 的下降沿送至數據線(xiàn)上，使MSP430F 149在而信 號的上升沿及下一個(gè)下降沿之間讀入正確的數據。

　　一WR為寫(xiě)信號，數據線(xiàn)上的數據、地址及命令可在 一WR信號上升沿寫(xiě)入HT1621。IRQ為可選擇控制。

　　2.6電源模塊設計

　　本系統電源采用兩節1.BY 的電池供電，經(jīng)過(guò) XC6382芯片升壓至3.5V直接為系統提供電源。

　　3 軟件設計

　　軟件部分是整個(gè)系統有效工作的核心，系統只 有在軟件和硬件有機結合，才能正常工作。

　　3.1 采集與控制程序模塊

　　它完成采集資料(壓力傳感器信號，按鍵信號 等)，控制充放氣等功能。其程序流程如圖7所示。

　　3.2 數據處理和顯示模塊

　　數據處理和顯示模塊完成對壓力傳感器數據 進(jìn)行數字濾波，計算出收縮壓、舒張壓、平均壓及 脈搏，然后把相應數據儲存到EEPROM(24C256)并 顯示到液晶屏(HT1621).程序流程圖如圖8所示。

　　4 系統標定

　　測量系統需要標定，電子血壓計也不例外。在 軟件系統中專(zhuān)門(mén)有一個(gè)壓力標定程序，該程序的作 用是幫助調試者進(jìn)行調試。調試過(guò)程如下：給系統 零壓力(即：讓傳感器與大氣連通)，經(jīng)過(guò)一段時(shí) 間穩定后，系統自動(dòng)記錄零點(diǎn)的脈寬;然后提示調 試者，給系統300mmHg的壓力，此時(shí)調試者應將 顯示的數值調整到16268±100以?xún)?，系統即標定完畢。

　　5 結論

　　通過(guò)一系列的分析、研究和改進(jìn)，系統的設計較好的達到我們測試的要求。在測量的過(guò)程中，被 測者應做到保持不動(dòng)，否則可能因為被測者的動(dòng)作 形成一個(gè)假脈沖信號，同時(shí)可能改變CP信號。為 了進(jìn)一步提高準確性和可靠性，傳感器線(xiàn)性、PCB 板布線(xiàn)、氣泵和氣閥選擇等等都需要進(jìn)一步研究改進(jìn)。