优秀毕业设计精品基于单片机的便携式血压计的设计 精品Word文件下载.docx
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从高血压目前的危害来看,高血压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、冠心病、心肌梗死、心力衰竭、肾衰等疾病的祸首,因此被人们称为“无形杀手”。
高血压对人体的损害是全身性的,也是造成死亡的恶魔,直接威胁着人的生命,所以,对高血压这个无形杀手,不可掉以轻心。
治疗高血压病,首先是要测量准确的血压。
测量血压的仪器称为血压计。
血压计可分为直接式和间接式两种。
两种血压计的工作原理是不相同的,直接式是用压力传感器直接测量压力变化;
间接式的工作原理则是控制从外部施加到被测部位上的压强,并将控制的结果与其相关的柯氏音的产生和消失的信息加以判断。
前者不管对动脉或静脉都可连续测试,而后者只能测量动脉的收缩压和舒张压。
传统的血压计是模拟的血压计。
此类血压计操作比较复杂,测量精度不够,而且受环境影响较大。
且时常需要校准精度,需用一只准确的汞柱血压计或血压表一同校验。
其方法是将听诊器上“Y”形管取下,其两端分别接准确的血压计(血压表)和校验的弹簧表式血压表,第三端接臂带及气阀,这样利用同一压力,观察要校验的血压表与准确的血压计(血压表)的读数是否葙伺,如不同则说明该校验的血压表已不准确,如读数相同,仅零位有偏差时,并不影响实际使用。
如发现血压表指针不能回复零位时,切勿擅自调节螺钉,以免损害表内机芯,此时应将血压表送到生产厂家或指定服务部维修。
因此,此类血压计的使用与维护相对麻烦。
为了让广大血压计使用者更方便的使用与维护血压计,也让更多的人学会使用血压计进行简单的血压测量,我们设计出一台操作便捷,测量精确,无需维护的智能型测量血压的装置,以帮助人们对抗高血压。
本论文也具有比较重要的现实意义。
目前,市场上的使用的血压计大部分仍是水银血压计,也有一些动态血压记录仪。
水银血压计每次测量必须由医生戴上听诊器进行测量,测量过程复杂,只能是每个医生一次对一个人进行测量;
而且对不同的医生,测量结果可能不同:
对同一个人来说,影响血压因素非常多,由于每次测量的时间不可能很长,测得结果在某些情况就不能真实的反映被测对象的血压值。
将脉动波的记录引入动态血压技术,提供24小时内的每次血压测量结果,而且能再现每次测量过程中的波形。
在动态血压检测中干扰和伪差是不可避免的。
目前市场上的大部分动态血压记录仪,只记录每次测量的结果,医生面对的是一批真伪难辩的数字。
本课题研究最终旨在设计出全信息的动态血压记录仪,使每次测量结果完全透明,实时分析结合回顾分析,使医生可以对照原始波形判断数据的真伪,有效甄别出干扰和伪差引起的误检测,恢复真实血压,保证血压报告的有效性和可靠性。
第一章便携式血压计装置总体概述
§
1.1便携式血压计简介
1.1.1便携式血压计的介绍
该产品重量轻,便携,可放入医生护士口袋。
无水银,增强环保性,避免了因水银泄露而造成的污染事故。
操作简单易懂,特别适合家庭使用。
1.1.2便携式血压计功能简介
该血压计以压力传感器测得血压值,再将血压数据通过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,在液晶显示器上把数据显示出来。
1.1.3便携式血压计使用注意事项
1.袖带位置须与心脏高度保持一致,上臂自然下垂,肘和前臂自然地搭在桌子上,手心向上,不要把整个胳膊平伸在高于心脏位置的桌子上,或用垫子将胳膊垫得过高;
2.每天要在固定时间和同样状态下,以相同的姿势测量血压;
3.应该在安静的状态下进行测量,测量前安静休息10~20分钟,深呼吸2~3次;
4.饭后或运动后至少休息一小时再进行测量;
5.不要在浴后、吸烟、饮酒、喝咖啡后测血压;
6.要在没有尿意时测血压。
7.测量时应保持心情舒畅,没有疲劳感,不紧张。
1.2血压计装置设计方案
1.2.1设计总体要求
便携式电子血压计是传感技术和微电脑技术的结合体,它的结构应该能保证完成三项基本任务:
①感应血流的压力;
②判别高压和低压;
③在屏幕上显示测量结果。
感受血流压力离不了传感器,民用电子血压计中所应用的压力传感器必须是高性能低成本的,灵敏度要高,测量范围倒不需要很大。
在各种传感器中有一类是利用压电效应的,还有一种人工合成的被称为PVDF的压电薄膜,它是柔软的塑料。
其次就是能根据血压变动及时抓住高、低压的微处理器。
另外,血压会通过电子血压计的液晶显示屏进行显示。
1.2.2具体设计方案
在这里介绍一下有关血压的基本知识,血压是血液在血管内流动时对血管壁的侧压力。
血压分收缩压和舒张压。
当心室收缩向动脉泵血时,血压升高,其最高值为收缩压。
心室舒张时,血压降低,其最低值为舒张压。
血压通常以上肢肪动脉测得的血压为代表,正常成年人上胶动脉的收缩压为90~140毫米汞柱,舒张压为60~90毫米汞柱。
血压过低或过高都是疾病的征象。
血液在动脉血管中的压力随着心脏的收缩、舒张而不断变化,而人的心脏的收缩频率即心率比较低,一般在30~300bpm,由此血压脉动镶号是相对而言还是属于一种缓慢变化的信号,我的设计是采用外接式的结构,以89C51单片机为核心,由其内部自带的10位8通道A/D转换模块构成的采样模块,,该模块的采样数据由单片机串口经电平转换后送到上位机的串口COMI或COMZ,形成种连续数据采集串行数据传输的方式
本设计是基于89C51单片机的设计,具体装置方案如下图1-1所示:
图1-1便携式血压计设计方案
系统工作示意图:
图1-2血压计系统工作示意图
硬件工作流程图如图1-2所示。
电源开启过后,若有必要修改系统的默认参数,将由键盘输入或PC机对其进行设置。
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转换结果送入上位机。
待采样的时间达1秒钟后将分析数据结果,求出最大值和最小值,将这些数据处理后即为收缩压和舒张压。
将它们送往LED数码管进行显示。
1.3便携式血压计工作原理
1.3.1血压测量的工作原理
血压有两种,一是收缩压:
是当心脏收缩把血液打到血管所测得的血压,二是舒张压:
是心脏在不收缩所得的压力。
当袖带的压力等于血压时,血液开始可以流通而产生所谓的袖带声,这时候也就是收缩压,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。
根据气袖在减压过程中,其压力振荡波的振幅变化包络线来判定血压的。
目前比较一致的看法是当气袖压力振荡波的振幅最大的时候,气袖的压力是动脉的平均压。
动脉的收缩压对应于振幅包络线的第一个拐点,舒张压对应于包络线的第二个拐点。
收缩压判断的确定:
通常采用最大的振幅法,即在放气过程中脉搏波振幅度包络线的上升段,当某一个脉搏波的幅度
与
Um之比
时,就认为此时对应的气袖压力为收缩压。
(1-1)
舒张压判断的确定:
也是用最大的振幅法来判定,不过是在脉搏波振幅包络线的下降段,当某一个脉搏波的幅度
之比
时,就认为此时对应的气袖压力为舒张压。
(1-2)
血压信号以及收缩舒张压的位置如图1-3所示
图1-3血压交直流信号及收缩压和舒张压位置
先找出最大振幅值Amax,在往前找幅值为0.5Amax的瞬态位置对应血压直流分量即为收缩压,往后找幅值为0.8Amax的瞬态位置对应血压直流分量即为舒张压,将计算出的收缩压和舒张压结果输出至液晶驱动器显示
1.3.2便携式血压计的工作原理
马达在充气时,袖带内部产生压力,数字压力传感器ASDX001感应到该压力值,经过放大以及滤波电路后,由单片机89C51的第1脚读入,并进行A/D转换。
单片机在程序的控制下,严格按照ASDX001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DM-162液晶显示模块进行显示。
第二章硬件电路的设计
2.1传感器简介以及电路设计
2.1.1传感器简介
ASDX001属于微型结构压力传感器ASDXDO系列。
ASDX系列是Sensym公司检定合格的ICT代表产品的一种增强型品种。
也是工业水平领先的一种SDX系列传感器增强型。
ASDX001传感器的外形尺寸要比SDX稍大,能提供高电平(4.0V测量范围)的输出电压,价格便宜。
ASDX001压力传感器内置专用集成电路(ASIC)经全面CI校准并有温度补偿。
ASDX001压力传感器采用标准DIP封装,可对传感器偏置、灵敏度、温度系数和非线性度进行数字校正。
ASDX001采用了IC兼容性协议,无需额外的元件或电子电路,就可容易地连接最常用的微控制器和微处理器。
所有ASDXDO压力传感器的精度在满量程范围内为。
具有可用单一5
供电电压土作的特性。
传感器的设计和制造均遵循ISO9001标准。
此系列传感器可用于非腐蚀性、非电离的工作流体,如空气和干燥气体。
传感器的输出是一个16进制格式的己校正的压力值,其分辨率为12位。
该压力传感器可用于测量绝对压、差力压和表力压。
范围从1PSI到100PSI,绝压型传感器有一个内部真空参比值(基准值),因此可直接输出一个与绝对压成比例的信号。
差压型装置允许在传感膜片的任一侧施加压力,可用于压力差的测量。
数字压力传感器ASDX001的结构
(1)外部结构:
图2-1ASDX001外部结构图
(2)内部结构
ASDX001的内部结构主要包括4部分:
1多路分配器;
②模/数转换器;
③微控控制;
④模/数转换器。
如图2-2所示:
图2-2ASDX00内部结构图
2.1.2传感器电路设计
ASDX001的外围引脚共有8个,其中5个为空脚。
工作电压为正5负。
由
脚引入正5负电压,
为数据输出脚,将所测量得到的数字电压信号传送到单片机的P1.0脚,ASDX001的地脚为GND脚,接地。
因此,这个电路连接十分简单,只需要将传感器的输出脚Vout连接到AT89C51单片机的1脚上即可。
如图2-3所示:
图2-3ASDX001与单片机的连接电路原理图
2.2AT89C51单片机的简介及其电路设计
2.2.1AT89C51简介
AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含4kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元,功能强大的AT89C51单片机能应用许多高性价比的场合,可灵活应用于各种控制领域。
AT89C51的封装如图2-4所示:
图2-4AT89C51封装图
2.2.2主要性能参数
(1)主要特性:
·
4K字节可编程闪烁存储器;
寿命:
1000写/擦循环;
数据保留时间:
10年
全静态工作:
0Hz-24Hz
三级程序存储器锁定
128*8位内部RAM
32可编程I/O线
两个16位定时器/计数器
5个中断源
可编程串行通道
低功耗的闲置和掉电模式
片内振荡器和时钟电路
(2)管脚说明:
VCC:
供电电压。
GND:
接地。
P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。
P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。
P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。
并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。
作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下所示:
口管脚(备选功能)
P3.0RXD(串行输入口)
P3.1TXD(串行输出口)
P3.2/INT0(外部中断0)
P3.3/INT1(外部中断1)
P3.4T0(记时器0外部输入)
P3.5T1(记时器1外部输入)
P3.6/WR(外部数据存储器写选通)
P3.7/RD(外部数据存储器读选通)
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST:
复位输入。
当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG:
当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。
在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是:
每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。
另外,该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。
/PSEN:
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP:
当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;
当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。
XTAL1:
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2:
来自反向振荡器的输出。
(3)振荡器特性:
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器可以配置为片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件,XTAL2应不接。
有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器,因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求,但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
(4)芯片擦除
整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合,并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。
在芯片擦操作中,代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前,该操作必须被执行。
此外,AT89C51设有稳态逻辑,可以在低到零频率的条件下静态逻辑,支持两种软件可选的掉电模式。
在闲置模式下,CPU停止工作。
但RAM,定时器,计数器,串口和中断系统仍在工作。
在掉电模式下,保存RAM的内容并且冻结振荡器,禁止所用其他芯片功能,直到下一个硬件复位为止。
2.3单片机电路设计
2.3.1AT89C51的复位电路:
同时在第9脚引出一个22uF的电容和一个2K的电阻接+5V的电源组成一个复位电路。
如图2-5所示:
图2-5AT89C51复位电路原理图
2.3.2AT89C51的时钟电路:
AT89C51的+5V电源由39脚引入,第19脚接地,第17脚和第18脚间由12MHz的晶振及两个20pF的无极性电路组成一个时钟振荡电路。
如图2-6所示:
图2-6AT89C51时钟电路原理图
2.3.3AT89C51与液晶显示模块的电路连接
液晶显示模块所要的数字信号从AT89C51的P0.0-P0.7口引出,分别对应的接DM-162的D0-D7端口,完成数据传输,液晶显示模块的控制引脚RS、PR、E分别接到89C51的P3.5、P3.6、P3.7口,以实现微处理器对液晶显示模块的控制。
如图2-7所示:
图2-7AT89C51与显示模块电路接线原理图
2.4液晶显示模块简介及电路设计
2.4.1液晶显示模块DM-1602简介
液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点,在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。
这里介绍的字符型液晶模块是一种用5x7点阵图形来显示字符的液晶显示器,根据显示的容量可以分为1行16个字、2行16个字、2行20个字等等
实物图片如图2-8:
图2-8DM-162实物图
1602采用标准的14脚接口,其中:
第1脚:
VSS为地电源
第2脚:
VDD接5V正电源
第3脚:
V0为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地电源时对比度最高,对比度过高时会产生“鬼影”,使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度
第4脚:
RS为寄存器选择,高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。
第5脚:
RW为读写信号线,高电平时进行读操作,低电平时进行写操作。
当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址,当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号,当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。
第6脚:
E端为使能端,当E端由高电平跳变成低电平时,液晶模块执行命令。
第7~14脚:
D0~D7为8位双向数据线。
第15~16脚:
空脚
1602液晶模块内部的字符发生存储器(CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形,如表2-1所示,这些字符有:
阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等,每一个字符都有一个固定的代码,比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B(41H),显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来,我们就能看到字母“A”
表2-1CGRM和CGRAM中字符代码与字符图形对应关系
高位
地位
0000
0010
0011
0100
0101
0111
×
CGRAM
(1)
1
è
Q
p
0001
(2)
!
2
A
R
q