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1、北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第 页 本人声明 我声明，本论文及其研究工作是由本人在导师指导下独立完成的，在 完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 作者：刘桂良 签字： 时间：2008 年 6 月 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第 I 页 基于 S12 单片机的血压计的实现 学 生：刘 桂 良 指导老师：张军香 董韶鹏 摘要 人体血压是人重要的生命参数之一，目前人体血压的测量多采用间接测量，测量 方法主要有示波法、柯氏音法等。其中示波法因其测量方便、抗干扰能力强等优点被 当前主流的自动电子血压计所采用。本文主要研究使用 S12 单片机实现人体血压的测 量，测量方法为示波
2、法。 本论文研究的主要内容有：对人体血压的测量系统进行详细的分析，对血压测量 实验系统进行改进，统一实验箱与单片机的接口；编写单片机程序，完成对人体血压 测量的控制与血压值的计算；实现单片机与上位机的通信，上位机软件对血压数据进 行图形显示，编写软件计算血压值。 同时，本论文开发的实验系统为压力测量与算法的学生实验提供了一个良好的实 验平台。在血压测量算法的研究和实现测量系统的基础上，设计实验，编写实验指导 书，学生可以根据实验指导书，完成对人体血压的测量，学习并掌握 Freescale 单片机 的原理及应用方法，培养学生的学习和动手的能力。 关键词：单片机，示波法，LabVIEW 北京航空航
3、天大学毕业设计(论文 ) 第 II 页 Blood Pressure Monitor Based on S12 MCU Author: Liu Guiliang Tutor: Zhang Junxiang, Dong Shaopeng Abstract Human blood pressure is one of persons most important life parameters, its measuring technique varies and mainly indirectly, among which Oscillometric and Keshi-Law included
4、. This article mainly deals with the oscillometric method which is generally used in the automatic blood pressure monitor designs for its convenience and strong anti-disturbance capacity. The paper carries on the detailed analysis to the human body blood pressures measurement system, the improvement
5、 to the original experiment system and the unified monolithic integrated circuit series experiments connection. It researches more on the control of the measurement system and the calculation of blood pressure. Also in this paper, a software is used to finish the communication between the measuremen
6、t system and the computer on which the measure data is displayed graphically and the blood pressure is calculated too. The development of the S12 MCU blood pressure measurement system provides a nice experiments platform for students. Using the experiment guide book, students can accomplish the huma
7、n blood pressure measurement, master the application method of the Freescale microcontrollers. The experiment can foster their ability to study and work. Key words: Microcontrollers, Oscillometric, LabVIEW 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第 III 页 目 录 1 绪论1 1.1 论文选题意义.1 1.2 国内外研究现状分析.1 1.2.1 血压及血压测量方法1 1.2.2 示波法血压测
8、量基本原理.3 1.3 最新成果和发展动态.4 1.4 论文构成及研究方案.4 1.4.1 研究目标4 1.4.2 研究内容5 1.4.3 研究方法.5 2 系统总体设计7 2.1 血压测量系统.7 2.1.1 系统组成.7 2.1.2 工作原理.7 2.2 血压测量算法研究.8 2.2.1 提取脉搏波包络曲线8 2.2.2 血压值计算.10 本章小结.11 3 硬件设计12 3.1 硬件设计概述12 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第 IV 页 3.1.1 血压测量实验箱.12 3.1.2 单片机系统.13 3.2 血压测量电路模块分析13 3.2.1 气阀、气泵控制电路13 3.2.2
9、 气袖压力测量电路.14 3.2.3 脉搏波提取电路.15 3.2.4 电源及整流电路.17 3.3 实验箱接口标准化17 本章小结.18 4 软件设计19 4.1 单片机软件设计.19 4.1.1 软件流程.19 4.1.2 模块设计.21 4.2 上位机软件设计37 4.2.1 串口通信.37 4.2.2 数据处理38 本章小结.46 5 实验设计47 5.1 实验目的47 5.2 实验内容.47 5.3 实验要求.47 5.4 实验说明.47 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第 V 页 本章小结.48 结论.49 致谢.50 参考文献.51 附 录.52 附录 A 单片机血压测量 C
10、 语言程序.52 附录 B 压力测量与算法实验指导书63 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第 1 页 1 绪论 1.1 论文选题意义 Motorola 单片机是国际上应用非常广泛的单片机1。它具有功能全、品种多、性 价比高、功耗低、应用方便、速度高等优点，使其在家电、通信、智能化测控系统、 仪器仪表、汽车电子等领域获得广泛应用。Freescale （飞思卡尔半导体公司）一直是 Motorola 公司的半导体分支，2004 年 7 月从 Motorola 分离出来成为独立企业， Motorola 单片机半导体业务就由飞思卡尔接管负责，改为 Freescale 单片机。 为了使实验者熟练掌握
11、Freescale 单片机的原理、使用方法，开设了一系列的 Freescale 单片机实验，并在此基础上开发了针对不同对象的实验箱，以配合实验者进 行测量、控制及算法实现等实验。实验中使用 Freescale 单片机 S12 系列中的 MC9S12DG128 实验系统，MC9S12DG128 是 Freescale 公司推出的 S12 系列单片机中 的一款增强型 16 位微控制器。其集成度高，片内资源丰富，接口模块包括 SPI、SCI、I2C、A/D、PWM 等，能很好地满足学生实验的需要。 Freescale 单片机系列实验包括四种：温度测量与控制、电机转速测量与控制、血 压测量与算法、电子
12、秤实验。基于 S12 单片机的血压计的实现是为其中的压力测量与 算法实验开发的一个实验平台，通过该实验可掌握气体压力传感器的原理及使用方法， 学习人体血压测量方法。 1.2 国内外研究现状分析 1.2.1 血压及血压测量方法 血压是指血液在血管内流动时，对血管壁产生的单位面积侧压2。通常说的血压 是指动脉血压，用血压计在臂动脉上测得的数值来表示，以mmHg或kPa为单位，包括 收缩压和舒张压。当心脏收缩时，动脉内的压力最高，此时压力称为收缩压；心脏舒 张时，血液从动脉弹性回缩产生的压力称为舒张压。工程上把相对于真空所测得的压 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第 2 页 力称为绝对压力，把相
13、对于大气压所测得的压力称为标准压力。人体血压值是相对于 大气压而言的，为血压的标准压力值。 对健康成人，在心血管系统中不同部位的正常血压值不同，以臂动脉为例，收缩 压一般在 95140mmHg（12.6718.67kPa）范围内，平均值为 110120mmHg（14.6716kPa） ；正常舒张压为 6090mmHg（812kPa） ，平均值为 80mmHg（10.67kPa） 。动脉血压一般以分数形式表示，如 120/80mmHg，分子代表收 缩压，分母代表舒张压。 人体血压测量分为直接（有创）测量和间接（无创）测量两大类3。直接测量一 般采用导管法来测定血管或心脏内的压力，压力传感器可放置
14、在导管的顶端直接将压 力转换成电量，也可通过充满液体的导管将压力传递到体外的压力传感器转换成电量。 间接测量则是在体外用各种转换方法及信号处理技术测量血压，其测量方法很多，比 较典型的有柯氏音法和示波法。 柯氏音法的操作方法为：给袖带充气，使动脉血流完全堵断，此时用听诊器听血 管的波动声是没有的；然后慢慢放气至听到脉搏音，这时的压力为高压即收缩压；继 续放气通过听诊器能听到强而有力的脉搏音，且慢慢变轻，直至听到很平稳较正常脉 搏音，此时血管完全未受挤压，对应的压力为低压，即舒张压。柯氏通过对袖带加压 和听脉搏音来测量血压实现了人体血压的间接测量，对人类医学的贡献很大，人们为 了纪念柯氏，称此法
15、为柯氏音法。柯氏音法存在一些固有的缺点：一是确定舒张压比 较困难；二是此法凭人的视觉和听觉，带有主观因素，除非专业医生，一般人很难测 准血压。曾经也出现了多种柯氏音法电子血压计，试图实现血压的自动检测，但很快 发现这类血压计未能克服柯氏音法的固有缺点，误差大，重复性差。 示波法的测量过程与柯氏音法类似，仍采用气袖来阻断上臂动脉血流，由于心搏 血液动力学作用，在气袖压力上将重叠与心搏同步的压力波动，即脉搏波。当气袖压 力远高于收缩压时，脉搏波消失。随着袖套压力下降，脉搏开始出现。当袖套压力从 高于收缩压降到收缩压以下时，脉搏波会突然增大，当气袖压力降至平均压时达到最 大值。然后又随袖套压力下降而
16、衰减。示波法血压测量就是根据脉搏波振幅与气袖压 北京航空航天大学毕业设计(论文 ) 第 3 页 力之间的关系来计算血压的。示波法具有较好的抗干扰能力，能比较可靠地判断血压、 实现血压的自动检测，因而成为测量血压的主流方法。本论文中的血压计也采用这种 方法。 1.2.2 示波法血压测量基本原理 示波法是临床上各类监护仪、电子血压计广泛采用的血压测量技术。将血压计气 袖加压至阻断臂动脉血流，然后缓慢放气，人们发现气袖中的压力除随放气而下降之 外还存在一个振荡，并称其为脉搏波，其波形如图 1.1。 图 1.1 脉搏波 图 1.1 中波形幅度最大处对应的气袖压力称动脉血管平均压，收缩压和舒张压可由 各种算法计算得到。脉搏波信号相对气袖压力下降信号为高频信号，在气袖缓慢放气 的过程中对气袖压力信号进行滤波即可得到脉搏波信号。 示波法测量的关键技术是：1）放气过程中对气袖压力和脉搏波信号的准确采集； 2）收缩
