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1、济南大学毕业设计1 前言为了更好的预防高血压疾病，设计出适合大众使用的血压计成为迫切需求。尽管目前市场上血压计的测量方法很多，但依然存在缺陷。因此，设计出具有测量方便、可靠性高、价格便宜的血压计具有重要的意义和广泛市场。1.1 高血压情形与危害在现代疾病病谱上，高血压带来的危害无疑是高居前几位，高血压是世界最常见的心血管疾病，也是最大的流行病之一。据有关统计资料显示，我国现有的高血压患者已达一亿，并且每年新增加的高血压人数在300万以上。从高血压目前的危害来看，高血压疾病已成为人类的头号隐形杀手病。高血压病不但是长期危害人体健康的一种慢性病，而且它还是脑中风、心肌梗死、冠心病、肾衰、心力衰竭等
2、疾病的祸首，因此被人们形象称为“无形杀手”。因此，血压是一个非常重要的健康指标，如果人们能经常测量自己的血压，就能做到对自己的健康状况心里有数，早期发现问题，早期解决，就能取得较好的治疗效果。1.2 血压测量方法目前血压测量的方法很多，最常用的无创血压测量方法是柯氏音法和示波法。一般医院使用的水银血压计就是基于柯氏音法。专业医生使用听诊器听到动脉血管的不同声音，来判别收缩压与舒张压的值。但是，柯氏音法存在一些固有的缺点：首先是放气的快慢对读数有直接的影响，国际标准放气速度为35mmHg，而不同的医生放气有快有慢，会影响测量的准确度；其次是此法凭人的视觉和听觉来判断，带有主观因素，除非是专业医生
3、，一般人很难测出准确的血压。以前也出现了很多种柯氏音法电子血压计，试图实现血压的自动检测，但是很快发现这类血压计未能克服柯氏音法的固有缺点，测量精度不高，重复性差，误差大，使用不方便。所以目前国外大多数无损自动血压自动检测仪器都是使用示波法原理来测量血压1。在利用示波法进行测量时，其原理与柯氏音法类似，上臂动脉血流的阻断都是通过充气袖套来完成。由于心搏的血液动力学作用，在气袖压力上将重叠与心搏同步的压力波动，即为脉搏波。脉搏波消失出现在气袖压力远高于收缩压时，当匀速放气，袖套内的压力开始降低，开始显现脉搏。当袖套内的压力降到收缩压以下时，脉搏波的幅值就会增大，脉搏波的最大值出现在袖套压力的平均
4、压。此后随着袖套压力下降，脉搏波幅值不断衰减。通过气袖内的压力与脉搏波振幅之间的联系来估计血压值，这就是示波法的血压测量。其中，脉搏波最大值对应于血压的平均压，通过确定脉搏波最大幅值的比例来获得舒张压和收缩压 2。1.3 研究便携式家用医疗血压计的意义血压是指血液在血管内流动时对血管壁所施加的侧压力，是人体的重要生理参数，它反映心脏和血管的功能状况，在疾病诊断、治疗效果观察和进行预后判断等方面都有重要的意义。因此，为了方便人们测量出自己的血压，时刻关注自己的身体健康，这就需要有使用方便、操作简单、测量精确、体积轻巧便于携带的血压计。本课题研究是采用示波法的原理来设计一个便携式数字电子血压计，最
5、终旨在设计出方便快捷、测量精度高的血压，保证每次测量结果完全透明，实时分析与回顾分析相结合，医生可以对照原始波形来判断数据的真伪，能够有效的甄别出干扰和伪差引起的误检测，恢复真实的血压，从而保证血压报告的有效性和可靠性，其低成本、小型化、自动化程度高等优点，倍受人们青睐。2 便携式血压计装置总体概述本章不仅介绍了便携式家用医疗血压计的基本知识和使用注意事项，而且阐述了血压测量原理以及血压计工作原理，同时说明了本课题的设计方案和要求，加强了对血压计的了解。2.1便携式家用医疗血压计简介2.1.1便携式家用医疗血压计介绍该产品不仅重量轻而且便携，可以轻松地放入医生护士口袋。该血压计不使用水银，增强
6、环保性，避免了因水银泄露而造成的污染事故。同时操作简单易懂，是一台使用操作非常简单的仪器，真正的做到了老少皆会，它非常适合家庭使用。该血压计以US9111型压力传感器测得血压信号，经过信号放大电路测出血压信号的直流分量，确定出收缩压与舒张压的值；再经过滤波电路得出血压信号的交流分量，确定出收缩压与舒张压的位置。再将血压模拟信号通过A/D转换器转换成数字信号，传入单片机，然后由控制核心单片机控制，经主程序处理数据之后，在液晶显示器1602A上把数据显示出来。2.1.2便携式家用医疗血压计使用注意事项2（1）袖带位置必须要与心脏的高度保持一致，肘和前臂自然地搭在桌子上，上臂自然下垂，手心朝上，整个
7、胳膊不要平伸在高于心脏位置的桌子上，或用垫子把胳膊垫得过高，否则都会影响测量结果的准确性，得不出可靠性的血压值；（2）每天要在同样状态下和固定时间，并以相同的姿势测量血压；（3）血压测量应该在安静的状态下进行，血压测量前要安静休息1020分钟，深呼吸23次；（4）饭后或运动后，必须要休息一小时以上，再进行血压测量；（5）不要在浴后、饮酒、吸烟、喝咖啡后进行测量；（6）要在没有尿意时测血压，这样有益于提高血压测量的准确性；（7）测量时应保持心情舒畅、身体放松，没有疲劳感，不紧张；（8）不应使本产品受到强烈冲击。如碰撞、跌落等；（9）要避免在高温和直射阳光下存放；（10）长时间不用，应将电池取出。
8、2.2便携式家用医疗血压计装置设计方案2.2.1设计总体要求便携式电子血压计是微电脑技术和传感技术的结合体，它的结构应该能保证完成三项基本任务：一是感应血流的压力；二是判别出高压和低压；三是在屏幕上显示出血压测量结果。感受血流压力离不了压力传感器，民用的便携式血压计中所用到的压力传感器必须满足高性能、低成本，灵敏度高，测量范围合适的要求，在各种传感器中有一类是人工合成的被称为PVDF的压电薄膜，它是柔软的塑料；还有一种就是利用压电效应的压阻式压力传感器，根据压力的变化转换成电压的变化。其次就是能根据血压变动，能及时抓住高、低压的微处理器，例如单片机。另外，血压值通过血压计的液晶显示屏进行显示。
9、2.2.2具体设计方案首先，我们对血压是如何产生的，应该有基本的了解。血液流动时对血管壁的造成的侧压力我们称为血压，它有收缩压与舒张压之分。当心脏收缩向动脉送血时，血压升高，其最高值我们称为收缩压；心脏舒张时，血压降低，其最低值我们称为舒张压。一般以上肢肪动脉测量出的血压值为代表，正常成年人收缩压范围在90140mmHg，舒张压范围在6090mmHg。血压过高或过低都会是疾病的征兆。 本设计采用示波法测量血压。首先，单片机PWM 输出控制气泵充气至200mmHg 高，慢慢以每秒约下降（35）mmHg的速度放气。在放气过程中，利用BP01型压力传感器将用户的血压变换成电压信号，它是为监测血压而专
10、门设计的。其转换过程为：心脏射血产生压力作用于臂带传感器内压力发生变化硅杯压阻器件阻值变化电压或电流输出。输出的信号，经过由LM324构成差动输入，单输出的放大电路，采样袖带内气压直流分量以便取得收缩压和舒张压，这种放大电路能够有效的抑制温漂，从而保证输出的稳定性。血压信号再经过由LM324组成滤波放大电路，采样袖带内气压交流分量，经分析计算后确定收缩压和舒张压的瞬态时间位置。这两种信号都得经过模数转换器ADC0809变换成数字量后，再送入AT89C51单片机进行处理。通过软件将计算出的收缩压和舒张压结果输出至LCD 1602A显示。其设计方案框图如图2.1所示。压力传感器信号处理电路单片机A
11、T89C51LCD驱动气泵图2.1设计方案框图血压计的系统工作示意图如图2.2所示。否是否是接通电源键盘输入设置参数启动A/D转换转换结束否显示结果数据处理结束否结束图2.2系统工作示意图电源开启后，系统的默认参数若有必要修改，将由键盘输入对其进行设置。经过了这个阶段以后，系统将对某些参数和硬件内部的一些寄存器进行初始化工作。初始化完成之后，将启动A/D转换，等待直至A/D转换结束。然后将A/D转换结果送入单片机。待采样的时间达1秒钟后，分析数据结果，求出其最大值与最小值，将这些数据处理后的结果，即为收缩压和舒张压。将它们送往LCD液晶显示器进行显示。2.3系统工作原理2.3.1血压测量原理血
12、液每时每刻都受到心脏对其施加的压力，随着血液的流动，这个压力会传递到血管壁。当心室收缩，血液受到的压力达到最大值，叫做收缩压（高压），心室舒张，当血液流回心室时，血液受到的压力为最小值，叫做舒张压（低压）。血压测量原理：给袖带冲气迫使测量部位的血流产生阻断，随着袖带中的气体不断排放，血液重新流动，然后在放气过程中检测袖带内的气体压力并提取微弱的脉搏波。血液重新流动时，血压值则根据血流声音及振动的变化来判定。本设计采用示波法（振荡法）来测量血压，袖带内的压力与血压相等时，血液开始可以流通而产生所谓的袖带声，这时也就是收缩压，必须开始从这里做记录，直到最后当袖带声没有的时候，此点即为舒张压。当袖带
13、压力P远远高于收缩压时，没有出现脉搏波，当袖带压力不断下降，开始出现脉搏波。当袖带内压力下降，直到收缩压Ps以下时，脉搏波幅度就会突然加大，在平均压Pm时，脉搏波幅值出现最大。随后脉搏波幅值随着袖带内的压力降低而不断的衰减。居于示波法的血压测量，是依据袖带压力与脉搏波之间的联系来计算血压的。脉搏波幅值最大值的位置对应的就是平均压，收缩压Ps与舒张压Pd确定，是按脉搏波最大幅值的一定比例来获得。其对应关系如图2.3所示。3图2.3脉搏波的波幅与袖带内的压力对应关系利用示波法原理来确定收缩压与舒张压的方法比较多，主要分为两种：波形特征法和幅度系数法。波形特征法基本原理是利用脉搏波包络线的拐点来测量
14、血压，上升时拐点对应的静压力为收缩压，下降时拐点对应的静压力为舒张压。这种方法测量精度不稳定，测量的个体适应性较差，逐渐被幅度系数法所替代。幅度系数法又称“归一法”。它是将脉搏波振动信号的幅值与信号的最大幅值相比进行归一化处理,通过确定收缩压和舒张压的归一化系数来识别收缩压与舒张压5。如图2.4所示。图2.4归一化值曲线收缩压对应的脉搏波幅度为As，平均压对应的脉搏波幅度为Am，舒张压对应的脉搏波幅度为Ad。As/Am的值C1为收缩压的归一化值，Ad/Am的值C2为舒张压的归一化值。取C1为0.5，C2为0.8。血压信号以及收缩舒张压的位置如图2.5所示。图2.5 血压交直流信号及收缩压与舒张
15、压位置通过软件设计，找到0.5Amax和0.8Amax脉搏波幅度（血压交流分量）位置，与其所对应的静压力（血压直流分量）位置即为收缩压与舒张压，然后将计算出的收缩压和舒张压结果输出到液晶驱动器显示7。2.3.2血压计工作原理马达在充气时，袖带内部产生压力，US9111型压力传感器将感应到的压力值，经过放大滤波电路后，经过A/D 转换后，进入单片机。其中，一路AD采样袖带内气压直流分量以便取得收缩压和舒张压；一路AD采样袖带内气压交流分量经分析计算后确定收缩压和舒张压的瞬态时间位置。单片机在程序的控制下，严格按照压力传感器的要求的工作时序进行读写控制，读入信号后，对数字信号进运算，然后经1602A液晶显示模块进行显示。 血压计的工作原理示意图如图2.6所示。 单片机压力传感器放大电路滤波放大电路A/DA/D液晶显示按键启动加压泵臂带、人体信号源排气阀泵驱动电路阀门开关电路直流量交流量图2.6血压计的工作原理示意图3 硬件电路设计 在硬件电路设计部分，主要介绍了元器件的
