電子血壓計(jì)論文(51單片機(jī)版)(共21頁)

1、 一、選題(xun t)內(nèi)容 31.1 課題(kt)名稱 31.2 設(shè)計(jì)(shj)任務(wù) 31.3 設(shè)計(jì)要求 3二、總體方案 32.1 血壓測量原理 32.2 總體方案概述 32.2.1 系統(tǒng)組成部分 32.2.2 總體框圖 4三、硬件設(shè)計(jì) 43.1 壓力傳感器BP01 43.2 信號預(yù)處理電路設(shè)計(jì) 53.2.1 三運(yùn)放前置放大器 53.2.2 袖帶壓力信號處理 63.2.3 脈搏波信號的處理 63.2.4 預(yù)處理總電路圖 73.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 73.3.1 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片ADC0808 73.3.2 ADC0808與單片機(jī)的連接 83.4 數(shù)據(jù)顯示部分 8四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 9五、系統(tǒng)調(diào)試與

2、仿真 10六、PCB布線結(jié)果 12七、心得體會 14八、參考文獻(xiàn) 14九、附錄(fl) 14選題(xun t)內(nèi)容1.1 課題(kt)名稱血壓信號采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一種測量人體動脈血壓的信號采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠用于動脈信號的采集和血壓的顯示等功能。1.3 設(shè)計(jì)要求利用壓力傳感器、單片機(jī)或ARM獲得血壓信號，并對信號進(jìn)行濾波；具有計(jì)算血壓信號的收縮壓、舒張壓、脈壓的功能；具備顯示波形和收縮壓、舒張壓、脈壓的功能；給出系統(tǒng)整機(jī)電路圖（利用PROTEL軟件做出原理圖SCH文件和PCB文件）。總體方案2.1 血壓測量原理 本設(shè)計(jì)采用示波法來測量血壓，其實(shí)質(zhì)就是用電子設(shè)備來測量脈博，分析脈

3、博，從而得出臨床所需要的各種科學(xué)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。示波法是根據(jù)在袖帶內(nèi)壓力下脈搏波幅度變化的特征，來識別動脈收縮壓、平均壓及舒張壓。采用示波法測量血壓不能從某一脈搏波信息中獲得血壓數(shù)值，而必須根據(jù)放氣過程中脈搏波隨袖帶壓變化的趨勢圖來判斷血壓值。2.2 總體方案概述2.2.1 系統(tǒng)組成部分電子血壓計(jì)由壓力傳感器、初級運(yùn)算放大電路、濾波(lb)電路、次級放大電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、顯示電路、按鍵和單片機(jī)組成。壓力傳感器完成對血壓信號的采集，運(yùn)算放大電路及濾波電路對采集來的信號進(jìn)行預(yù)處理得到兩路所需信號，A/D轉(zhuǎn)換電路對這兩路信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，單片機(jī)作為電子血壓計(jì)的控制核心，完成對信號的存儲與計(jì)算，并通過計(jì)

4、算所得數(shù)據(jù)來控制外圍電路，進(jìn)行血壓數(shù)據(jù)的顯示與報(bào)警。整個(gè)系統(tǒng)(xtng)總體上主要由以下幾個(gè)部分組成：（1）信號采集(cij)部分信號采集部分主要包括一個(gè)壓力傳感器、前置放大器、帶通濾波器與低通濾波器主要完成袖帶壓力及脈搏信號檢測。（2）數(shù)模轉(zhuǎn)換部分該部分由多路A/D轉(zhuǎn)換器組成，轉(zhuǎn)換內(nèi)容為袖帶壓力和袖帶壓力脈動波。在本設(shè)計(jì)中A/D轉(zhuǎn)換器為單片機(jī)的外設(shè)。（3）中央處理單元中央處理單元的主要組成部分為單片機(jī)AT89C52,其主要完成的工作有:通過串口接收單片機(jī)給出的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置及控制命令，并向單片機(jī)傳送測量數(shù)據(jù)，其中包括計(jì)算收縮壓、舒張壓、平均壓數(shù)據(jù)、對氣泵及模數(shù)轉(zhuǎn)換的控制、測量過程中的各種算法實(shí)

5、現(xiàn)。微控制器對氣泵充氣與排氣進(jìn)行控制，同時(shí)控制報(bào)警。（4）顯示模塊 采用LCD1602顯示人體的收縮壓、舒張壓、脈搏。2.2.2 總體框圖系統(tǒng)的工作過程：壓力傳感器采集到信號后，送入運(yùn)算放大電路。由于本 文選用的是幅值系數(shù)法，需要分離出袖帶壓信號和脈搏波信號，根據(jù)袖帶壓信號和脈搏波信號的頻率特征，其中一路信號由低通濾波器分離出袖帶壓信號，另一路由帶通濾波器分離出脈搏波信號，一并送入A/D轉(zhuǎn)換器。袖帶氣壓和脈搏波經(jīng)數(shù)字信號處理后可得到收縮壓、舒張壓以及平均壓。將計(jì)算所得結(jié)果輸出至LCD1602顯示。當(dāng)舒張壓或收縮壓的值超出其正常值時(shí)，顯示報(bào)警標(biāo)識符“！”。氣泵的充氣以及排氣也是由微處理器控制的。

6、系統(tǒng)組成框圖如下：手臂壓力傳感器差分放大器低通濾波器帶通濾波器基本放大器帶通濾波器AD轉(zhuǎn)換按鍵AT89C52氣泵LCD顯示報(bào)警硬件(yn jin)設(shè)計(jì)3.1 壓力(yl)傳感器BP01 本系統(tǒng)(xtng)采用了德利康公司的BP01型壓力傳感器來采集血壓信號，BP01型壓力傳感器是為監(jiān)測血壓而專門設(shè)計(jì)的,主要用于便攜式電子血壓計(jì)。具有高線性、低噪聲和外界應(yīng)力小的特點(diǎn),采用內(nèi)部標(biāo)定和溫度補(bǔ)償方式,從而提高了測量的精度、穩(wěn)定性以及可重復(fù)性,在全量程范圍內(nèi),精度為1,零點(diǎn)失調(diào)不大于300V。本系統(tǒng)內(nèi)部集成運(yùn)放LM324的輸入正端為可設(shè)定的直流偏置電壓Vref，LM324的輸出端和輸入正端提供了壓力傳感

7、器電橋偏置的回路。偏置電壓： BP01的電路連接如下圖： 3.2 信號預(yù)處理電路設(shè)計(jì) 3.2.1 前置放大電路 從傳感器BP01輸出的信號為015mV的差分信號，動脈血壓的參數(shù)范圍為10400mmHg。由于生理信號具有幅度小，頻率底，內(nèi)阻高等特點(diǎn)，且存在較強(qiáng)的背景噪聲和干擾，無法進(jìn)行直接記錄與顯示，針對此類生物信號的特殊性，初級放大電路應(yīng)具有很高的共模抑制比，以及高增益、低噪聲和高輸入阻抗、有合適的通頻帶寬和動態(tài)范圍等等特點(diǎn)。生理信號的這些特性對測量放大器的要求很高，為了滿足這些要求，我們選擇前置放大器。 前置(qin zh)放大電路原理圖如下圖所示： UIB,UIC接成同相輸入形式，主要(z

8、hyo)用來提高輸入阻抗，提供電壓緩沖，UID組成(z chn)差動放大器，用以抑制UIB,UIC傳遞過來的共模電壓，并提供一定的差模增益，以提高共摸抑制比。3.2.2 袖帶壓力信號處理 從壓力傳感器中獲得的血壓信號包含袖帶內(nèi)壓力信號，該信號是緩慢變化的（低頻），要想提高袖帶壓力信號需采用低通濾波器。故本設(shè)計(jì)采用二階有源低通濾波器，如下圖所示： 3.2.3 脈搏波信號的處理 傳感器BP01輸出的血壓信號包括袖帶壓力信號和脈搏波信號，但其中還夾雜著來自外界的高頻干擾和直流或低頻分量。一般來說，脈搏波信號的頻率范圍為0.66.4Hz。為此本文設(shè)計(jì)的帶通濾波器：通過頻率為0.46.6HZ以獲取脈搏波

9、信號。帶通濾波器為兩級帶通濾波器的級聯(lián)，因?yàn)榧壜?lián)后的帶通濾波器將提供出更高的增益，并且級聯(lián)后的濾波器的頻率響應(yīng)比一級帶通濾波器的頻率響應(yīng)會更尖銳。兩帶通濾波器的級聯(lián)如下圖所示：第一級帶通濾波器：低截止頻率： 高截止頻率： 第二級帶通濾波器：低截止頻率： 高截止頻率： 3.2.4 預(yù)處理總電路圖3.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)3.3.1 ADC0808數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片(xn pin)本實(shí)驗(yàn)(shyn)的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片采用的是ADC0808，如右圖所示：ADC0808由一個(gè)(y )8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。各引腳功能如下：IN0-IN7: 8位模擬量輸入引腳.

10、OUT1-OUT8: 8位數(shù)字量輸出引腳。A、B、C：地址輸入線,用于選通IN0-IN7上的一路模擬量輸入。 START：A/D轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端，當(dāng)START上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。ALE：地址鎖存允許信號輸入端，當(dāng)ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時(shí)為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高電平。3.3.2 ADC0808與單片機(jī)的連接AD轉(zhuǎn)換電路電路圖如下：3.4 數(shù)據(jù)(shj)顯示部分本設(shè)計(jì)(shj)用的

11、是LCD1602做顯示(xinsh)，如下圖：四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的流程圖如下所示：氣泵放氣開始初始化按鍵是否按下？ 氣泵開始充氣，AD轉(zhuǎn)換開始直流量4v？計(jì)算袖帶壓力信號與脈搏波信號直流量4V時(shí)，氣泵開始均勻放氣并開始測量交流信號，當(dāng)直流量1V時(shí)，測量結(jié)束并顯示測量值。若測量(cling)血壓數(shù)據(jù)正常，仿真結(jié)果如下圖所示：若測量血壓數(shù)據(jù)偏高，仿真結(jié)果如下圖所示：若測量(cling)血壓數(shù)據(jù)偏低，仿真(fn zhn)結(jié)果如下圖所示：六、PCB布線(b xin)結(jié)果PCB底層布線圖PCB頂層(dn cn)布線圖PCB標(biāo)識(biozh)層布線圖PCB總布線圖七、心得體會此次(c c)關(guān)于“

12、血壓信號采集(cij)系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的課程設(shè)計(jì)，我們從任務(wù)分配、查閱資料、最初的方案設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理到最后的畫圖、仿真。在這為期3周的過程中，我們每個(gè)組員都收獲很多。對于血壓計(jì)的原理有了更加深入的了解，更好地熟悉(shx)并掌握了Protel DXP的操作。針對每個(gè)過程、每個(gè)細(xì)節(jié)都有了更深入的體會。當(dāng)然也讓我們更加清楚地看到其中出現(xiàn)的不足之處。在畫圖仿真過程中出現(xiàn)了些細(xì)節(jié)上的小問題，但是通過大家不厭其煩地多次修改、調(diào)試，最終達(dá)到了實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。八、參考文獻(xiàn)1 吳詠春主審.可編程控制器原理與程序設(shè)計(jì).大連理工出版社.2009； 2 郭冀珍.電子血壓計(jì)可不可靠.高血壓雜志J.2005 3 席德勛.現(xiàn)代電子技

13、術(shù),高等教育出版社,1999 4 趙小安.MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用.天津大學(xué)出版社.2001九、附錄 總電路圖仿真(fn zhn)總圖程序(chngx)編碼#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define ad0_7 P0 /AD數(shù)據(jù)(shj)口sbit A=P20;sbit start=P23; /下降沿啟動(qdng)AD轉(zhuǎn)換，上升沿寄存器清零，轉(zhuǎn)換過程為低電平sbit clock=P24;sbit EOC=P25; /AD轉(zhuǎn)換(zhunhun)結(jié)束輸出高電平sbit ALE=P26; /地址(dzh

14、)鎖存允許地址輸入端，高電平有效sbit OE=P27; /讀數(shù)據(jù)控制，高電平有效sbit rs=P30; /定義液晶顯示器控制端口sbit rw=P31;sbit en=P32;sbit key=P33;sbit MT=P34;uchar code table17= H=128 L=82 ;uchar code table117= Sum=75 ;uchar code table213=0123456789 ! ;uchar code table317= testing. ;uchar data buf9; /用于數(shù)字顯示uint i;int data_H,data_L,Sum,max;vo

15、id start_ad(); /啟動AD轉(zhuǎn)換子程序void delay(uchar time);void write_com(uchar com); /寫指令函數(shù)void write_data(uchar dat); /寫數(shù)據(jù)函數(shù)void match();/數(shù)據(jù)分析子程序void display(); /顯示子程序void display1();void main() TMOD=0X22; /定時(shí)器設(shè)置 TH0=0XFF; /定時(shí)器0置初值 1us 500KHz TL0=0XFF; EA=1; /開總中斷 ET0=1; /定時(shí)器0中斷開啟 TR0=1; /啟動定時(shí)0 MT=1; while(1

16、) match();void delay(uchar time) /延時(shí) uint j; for(;time0;time-) for(j=0;j125;j+); void write_com(uchar com) /寫指令(zhlng)函數(shù) en=0; rs=0; P1=com; en=1; en=0;void write_data(uchar dat) /寫數(shù)據(jù)(shj)函數(shù) en=0; rs=1; P1=dat; en=1; en=0;void time0(void) interrupt 1 using 1 /定時(shí)(dn sh)中斷子程序TH0=0XFF;/重賦初值TL0=0XFF;TR0

17、=1;/重新啟動定時(shí)器clock=!clock;void start_ad() /啟動AD轉(zhuǎn)換子程序 /通道0A=0;ALE=1; /允許地址輸入start=0;delay(1);start=1; /上升沿?cái)?shù)據(jù)清零delay(1);start=0; /下降沿開始轉(zhuǎn)換while(!EOC)/轉(zhuǎn)換結(jié)束關(guān)閉地址輸入端ALE=0;/讀數(shù)據(jù)OE=1; /允許讀delay(1);data_H=ad0_7; /把數(shù)據(jù)存到data_H中OE=0; /停止AD讀取/通道1A=1;ALE=1; /允許(ynx)地址輸入start=0;delay(1);start=1; /上升沿?cái)?shù)據(jù)(shj)清零delay(1);

18、start=0; /下降(xijing)沿開始轉(zhuǎn)換while(!EOC)/轉(zhuǎn)換結(jié)束關(guān)閉地址輸入端ALE=0;/讀數(shù)據(jù)OE=1; /允許讀delay(1);data_L=ad0_7; /把數(shù)據(jù)存到data_H中OE=0; /停止AD讀取void display() /顯示子程序 buf0=data_H/100; /高壓顯示百位buf1=(data_H-buf0*100)/10; /高壓顯示十位buf2=(data_H-buf0*100)%10; /高壓顯示個(gè)位 buf3=data_L/100; /低壓顯示百位buf4=(data_L-buf3*100)/10; /低壓顯示十位buf5=(data

19、_L-buf3*100)%10; /低壓顯示個(gè)位 buf6=Sum/100; /脈搏顯示百位buf7=(Sum-buf3*100)/10; /脈搏顯示十位buf8=(Sum-buf3*100)%10; /脈搏顯示個(gè)位 if(buf0=0) buf0=10; if(buf3=0) buf3=10; if(buf6=0) buf6=10;/初始化 en=0; rw=0; write_com(0 x38);/設(shè)置16X2顯示,5X7點(diǎn)陣,8位數(shù)據(jù)接口 write_com(0 x0c);/設(shè)置開顯示，不顯示光標(biāo) write_com(0 x06);/寫一個(gè)字符后地址指針加1 write_com(0 x0

20、1);/顯示清零，數(shù)據(jù)指針清零 write_com(0 x80+i);/第一行寫 write_data(table0);write_data(table1);write_data(table2);/顯示(xinsh)高壓值（收縮壓）write_data(table2buf0);write_data(table2buf1);write_data(table2buf2);write_data(table6);write_data(table7);write_data(table8);write_data(table9);write_data(table10);write_data(table11)

21、;write_data(table12);/顯示(xinsh)低壓值（舒張壓）write_data(table2buf3);write_data(table2buf4);write_data(table2buf5); write_com(0 x80+0 x40+i);/第二行寫 write_data(table10);write_data(table11);write_data(table12);write_data(table13);write_data(table14);/顯示脈搏(mib)次數(shù)write_data(table2buf6);write_data(table2buf7);wr

22、ite_data(table2buf8);write_data(table18);write_data(table19);write_data(table110);write_data(table111);write_data(table112);/顯示報(bào)警標(biāo)志“！“ if(buf0=10&buf13)|(data_L90)/高壓低于90高于140報(bào)警，低壓低于60高于90報(bào)警write_data(table211); write_data(table211); write_data(table211);void display1()buf3=data_L/100; /低壓(dy)顯示百位bu

23、f4=(data_L-buf3*100)/10; /低壓(dy)顯示十位buf5=(data_L-buf3*100)%10; /低壓(dy)顯示個(gè)位 if(buf3=0) buf3=10; en=0; rw=0; write_com(0 x38);/設(shè)置16X2顯示,5X7點(diǎn)陣,8位數(shù)據(jù)接口 write_com(0 x0c);/設(shè)置開顯示，不顯示光標(biāo) write_com(0 x06);/寫一個(gè)字符后地址指針加1 write_com(0 x01);/顯示清零，數(shù)據(jù)指針清零 write_com(0 x80+i);/第一行寫 write_data(table30);write_data(table31);write_data(table32);write_data(table33);write_data(table34);write_data(table3