智能血压计.docx

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智能血压计

基于AT89C51的智能电子血压计

毕业论文

[摘要]：

现代社会的迅速发展，导致环境日益恶化，不健康的生活习性与不科学的饮食习惯，导致人类疾病越来越多的出现。

其中，有着人类第一无形杀手称号的高血压病，已逐渐上升到人类疾病危害排行榜的前几名，长期危害着人体健康，让饱受高血压折磨的患者痛不欲生。

如何便捷有效地测量与监控高血压，从而有效预防与治疗高血压，成为人们对抗高血压病的首要问题。

于是，设计一台便捷的测量血压的装置，成为重中之重。

本文将详细介绍我们设计的智能型血压测量装置。

[关键词]：

ASDX001；AT89C51；液晶显示；压力测量。

[Absract]：

Therapiddevelopmentofmodernsociety,leadingtodeterioratingenvironment,unhealthylivinghabitsandunscientificeatinghabits,leadingtotheemergenceofanincreasingnumberofhumandiseases.Whichhasoneinvisiblekillersofthehumanhypertension,andhasgraduallyrisentothetopranksofhumandisease,along-termhazardtohumanhealth,sothatpatientssufferingfromhypertensionpain.Howconvenientandeffectivemeasurementandmonitoringhypertension,andthuseffectivepreventionandtreatmentofhypertension,aconfrontationhypertensionisthemostimportantissue.Therefore,designaconvenientmeasurementofbloodpressuredevices,hasbecomeapriority.Thisarticlewilldetailthedesignofourintelligentbloodpressuremeasuringdevices.

[Keyword]:

ASDX001、AT89C51、liquidcrystalshowthatthemodule、Pressuremeasurements.

中文摘要··········································　1

英文摘要··········································　2

前言··············································1

第1章智能血压计装置概述及方案论证···············　3

1.1：

产品介绍······································3

1.2：

智能血压计装置的方案论证·····················　4

1.3工作原理·····································6

第2章电路设计···································　8

2.1传感器简介及电路设计··························　8

2.2AT89C51单片机的简介及其电路设计···············10

2.3液晶显示模块简介及电路设计·····················　13

2.4其他电路设计···································15

第3章：

软件流程及程序设计·························　19

3.1：

程序流程图····································19

3.2：

说明··········································20

结论···············································21

参考文献···········································22

致谢···············································23

附录参考程序·······································24

附录元件清单·······································30

附录总图···········································31

前言

在现代疾病谱上，高血压的危害无疑高居前几位。

对于上了年纪的人，血压是一个重要的健康信号。

随着生活水平的提高，时下老年人对自己的血压越来越关注。

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，它的危害非常的巨大，据有关统计资料显示，我国现有的高血压患者已达一亿，并且每年新增人数在300万以上。

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”。

（1）高血压可以胀破脑血管，引起脑中风。

世界卫生组织曾宣布，人类因疾病死亡，脑中风占第一位。

高血压病人发生脑血管病的为77.3％。

因为长期的血压升高，可导致脑部已硬化的小动脉形成微动脉瘤，当血压突然升高时，微动脉瘤就会被胀破而出血；也可以由高血压引起脑部小动脉痉挛或血管闭塞，造成部分脑组织缺氧、坏死、点状出血或脑水肿，使血管破裂。

血压越高，危险越大。

高血压患者在情绪激动、发烧，或者屏气排便时，可引起血压突然升高，容易发生脑出血。

因此，预防脑中风就必须预防和治疗高血压。

（2）高血压会发展为高血压心脏病。

如果血压长期升高，就会增加心脏负担，为了克服血管的阻力，左心室要用比正常时大得多的力量把血液压出去，每日每时每刻的加大负荷，心脏就会逐渐增厚肥大。

心脏增厚肥大并非好事，心脏越肥大，缺血越严重，首先危害的是心脏供血不足，最终还可导致心脏收缩无力而发生心力衰竭。

（3）高血压可以造成肾损害。

高血压不但可以促使肾动脉硬化，而且可以使肾发生硬化（肾硬化症）。

高血压还可促成肾缺血，又造成肾素分泌增加，使血压进一步升高，形成恶性循环，容易出现高血压脑痛、视网膜出血或尿毒症。

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。

间接法测量仪器有汞柱血压计、随机零点血压计、弹簧表式血压计、自动电子血压计、间歇式长时间血压测量计、皮肤小动脉血压测定计等。

这些血压计都是根据不同需要而设计的，如随机零点血压计是为克服目测等人为误差而较准确地研究血压变化时应用；间歇式长时间血压测量计则是用来连续24小时监测血压变化的；皮肤小动脉血压测定计是为幼儿、婴儿、新生儿而设计的；由于智能化的发展，电子血压计可自动向充气袖带内充气及显示血压值的读数。

指套式电子血压计只需将一个指套戴在手指上，就可自动测量血压，更为方便。

需要注意的是，这些自动电子血压计测得的血压值可能与汞柱式血压计测得的血压值有一定差数，应预先进行校验，并记住这一差数。

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。

第1章智能血压计装置设计概述

1.1产品介绍

1.1.1智能血压计测量装置的介绍：

本产品重量轻，便携，可放入医生、护士口袋中。

无水银，增强环保意识，避免医院水银污染事故。

而且是一台使用操作非常简单的仪器，真正做到老少皆会。

1.1.2智能血压计装置的功能简介：

该智能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，传入单片机第六脚，然后由控制核心单片机控制，在液晶显示器上把数据显示出来。

1.1.3智能血压计测量装置的使用方法：

在使用本产品时应掌握正确的测量方法。

首先，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；其次，每天要在固定时间和同样状态下，以相同的姿势测量血压；第三，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；第四，饭后或运动后至少休息一小时再进行测量；第五，不要在浴后、吸烟、饮酒、喝咖啡后测血压；第六，要在没有尿意时测血压。

第七，测量时应保持心情舒畅，没有疲劳感，不紧张。

1.1.4智能血压计测量装置的使用注意事项：

　　1．不应使本产品受到强烈冲击。

如碰撞、跌落等；

　　2．要避免在高温和直射阳光下存放；

　　3．绑带和计量器要避免沾水或受潮；

　　4．长时间不用，应将电池取出；

　　5．冬季温度低于5°C时不要使用，由室外进入室内要过一会儿再开机。

1.2智能血压计装置的方案论证

1.2.1市场产品的技术分析：

目前电子血压计主要有手动式数字电子血压计和全自动电子数学血压计。

所谓手动式数字电子血压计是指要自己往气袋中打气，测量过程则是自动的，因此这种血压计也称半自动电子血压计。

另一类是全自动电子数字血压计，它无需捏橡胶球充气加压，只需要按动开关键，一切就都可以自动完成。

它又分为臂式、腕式和指式三种。

由于指式自动血压计的准确性还需继续加强，所以目前市场上出售的主要是前两种产品。

1.2.2设计的总体要求：

该智能型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。

1.2.3具体的设计方案：

我们此次设计的智能型数字血压计，共设计了两套方案。

下面，就分别是两种方案的概述：

方案一：

以通用单片机为控制核心，实现血压的智能测量。

该智能血压测量系统以数字压力传感器ASDX001为测量器件、以DM-162液晶显示模块为显示器件，以通用单片机AT89C51微处理器为控制核心，构成了血压测量装置，系统框图如图1.1所示。

图1.1智能血压测量系统方案一

方案二：

以专用单片机为控制核心，实现血压的智能测量。

该智能血压测量系统以数字压力传感器ASDX001为测量器件、以DM-162液晶显示模块为显示器件，以专用单片机AT89C51微处理器为控制核心，构成了血压测量装置，系统框图如图1.2所示。

图1.2智能血压测量系统方案二

1.2.4方案论证：

（1）可行性分析：

总的来说，两种方案都是可行的。

在压力测量气囊的帮助下，我们的压力传感器可以准确的感应到压力值，然后将这个物理量转换成电压的讯号，将这个电压讯号传入控制核心单片机，最后，在单片机的控制下，系统将血压值准确的显示在液晶显示模块上。

整个过程，从理论上来讲，是完全正确的；从现有条件上来讲，也是完全可以做到的。

因此，这两种方案都是完全可行的。

但是具体选用哪一个好呢？

我进行了更深入的分析。

下面，就是两种方案的比较。

（2）两种方案利弊分析：

两方案的原理基本一致，只是在具体装置上面，一个采用的是通用单片机，一个采用的是专用单片机。

两者差别不大，但是控制核心却有显著的不同。

对此，我翻阅了大量的资料，发现以我们现有的条件，采用通用的单片机比较有利。

原因如下：

①.我们所开设的课程，主要是通用的51系列单片机，相对于专用的单片机而言，我们对通用的单片机更为了解。

②.查阅大量的资料后，发现专用单片机的资料非常少，而通用的单片机却有大量的资料可查，对于我们的设计更为有利。

（2）结论：

通过分析，我决定采用通用的单片机来完成本次设计。

第1.3节工作原理

1.3.1血压测量的原理：

是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，气袖的压力微是动脉的平均压。

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Ui与Um之比<=Kd时，就认为此时对应的气袖压力为收缩压。

Ps=P|Ui=Ks*Um

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Ui与Um之比<=Kd时，就认为此时对应的气袖压力为舒张压。

Pd=P|Ui=Kd*Um

1.3.2智能血压测量装置的工作原理：

马达在充气时，产生压力，数字压力传感器ASDX001感应到该压力值，并将该值通过A/D转换装置转换成数字电信号，在单片机的控制下以串行数字形式经单片机的AT89C51的第1脚读入。

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。

原理方框图：

图1.3智能血压测量系统方框图

第2章电路设计

2.1传感器简介及电路设计

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

。

具有可用单一5Vdc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压、差压和表压。

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，可用于表压和差压的测量。

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。

图2.2ASDX001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+Vs脚引入正5负电压，Vout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1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。

主要性能参数:

·与MCS-51产品指令系统完全兼容

·4k字节可重擦写FLASH闪速存储器

·1000次擦写弓周期

·全静态操作:

OHz-24MHz

·三级加密程序存储器

·128×8字节内部RAM

·32个可编程I/U口线

·2个16位定时/计数器

·6个中断源

·可编程串行以UART通适

·低功耗空闲和掉电模式

功能特性概述:

AT89C51提供以下标准功能:

4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM,32个I/O口线，两个16位定时/计数器，

一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。

同时，AT89C51可降至OHz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。

空闲时停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。

掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。

2.2.2AT89C51电路设计：

（1）AT89C51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。

如图所示：

图2.4单片机复位电路

（2）AT89C51的时钟电路：

AT89C51的+5V电源由40脚引入，第20脚接地，第18脚和第19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。

如图所示：

图2.5单片机时钟电路

（3）AT89C51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。

如图所示：

图2.6单片机与显示屏的电路连接原理图

2.3液晶显示模块简介及电路设计：

2.3.1液晶显示模块DM-162简介：

本次设计采用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模块DM-162，共有16个引脚。

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

2.3.2液晶显示模块DM-162电路设计：

VSS为地电源，VDD接5V正电源，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。

PS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。

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PS和PR共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当PS为低电平PR为高电平时可以读忙信号，当PPS为高电平PR为低电平时可以写入数据。

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。

如图所示：

图2.7液晶显示模块DM-162外围电路原理图

2.4其他电路设计：

2.4.1电源电路：

电源由AAA电池两颗提供。

电源透过L1、D1、U3形成PFM升压电路，R33与C9做为升压后电压滤波作用。

实测中，加上R33可降低50%之电源离讯。

Q4为VCC电源控制电晶体。

R13与R14分压值做为电压侦测位准。

具体工作方式：

当3V电压从L1流过给升压IC后，经升压从第3脚输出为5V，Q4为开关管，在关机状态下，Q4不导通，C9，C11为滤波电容。

当POWER键按下时Q4导通，输出一个5V的电压给Vcc，供电给其他设备。

如图所示：

图2.8电源电路

2.4.2线性阀PWM控制电路：

泄气速率以PWM（PulseWidthModulation脉宽调变）方式控制，MCU将依据压力值之泄气变化调整泄气速率在规格范围内。

C11与C12做为稳定电源与滤波作用，减少PWM控制避免电源变动造成电压不稳。

具体工作方式：

当充气到200KPA时，开始漏气，由IC发出一个信号给第3脚，经R12流过到Q2使Q2导通，输出一个2.7V的电压给V1，使V1开始工作，D2保护Q2和V1的正常工作而设计。

如图所示：

图2.9线性阀PWM控制电路

2.4.3充气PUMP控制电路：

PUMPcontrol讯号控制PUMP动作，R27为限流电阻。

具体工作方式：

由IC的4脚输出一个低电平约（0.6V）信号给R27，经Q1导通，VBT为Q1提供3V的电压，Q1导通输出一个3.2V的电压经PUMP，使PUMP导通。

D3为保护二极管，使PUMP能稳定工作。

如图所示：

图2.10充气PUMP控制电路

2.4.4按键电路：

开关连接单片机的27脚，构成整个系统的开关电源。

按下POWER键，则系统导通，开始工作。

如图所示：

图2.11按键电路

第三章：

软件流程及程序设计

3.1程序流程图

3.1.1主程序流程

3.2说明：

主程序依此调用5个模块：

（1）处理模块

判断键盘的当前状态（是否开/关电源），执行相应