基于单片机的电子血压计的设计定稿.docx
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基于单片机的电子血压计的设计定稿
编号:
毕业论文（设计）
题目基于单片机的血压计设计
专业机械设计制造及其自动化
教学单位德州学院机电工程系（盖章）
德州学院毕业论文（设计）开题报告书
院（系）
机电工程系
专业
机械设计制造及其自动化
姓名
学号
论文（设计）题目
基于单片机的血压计设计
一、选题目的和意义
便携式家用血压计，非医护人员也可方便操作。
随着家庭医疗保健的流行，这种血压计的市场得以开发。
在过去，人们测量血压不得不去医院，而如今只要拥有这种血压计，在家里即可随时监测血压，做到早发现早治疗，降低了脑出血.心功能衰竭等猝发疾病的危害。
传统的血压计操作比较复杂，而且受环境的影响较大。
在使用时，需要用一个准确的汞柱血压计一同校核，专业性较强。
为了让每个血压计使用者更方便的使用与维护血压计；我们设计了一台操作便捷，测量精确，无需维护的智能型测量血压的装置，用来帮助人们急早的发现高血压迹象。
二、本选题在国内外的研究现状和发展趋势
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，使医生可以对照原始波形判断数据的真伪，有效查找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。
基于单片机的便携式血压计设计的种种优点，决定它在以后会占有很大市场。
三、课题设计方案
该种血压计是将传感技术与单片机有机结合而成的，它的结构应该保证完成三项基本流程：
1感应血流的压力，并能够将信号转变成压电信号；2、利用单片机技术判断高压与低圧；3在屏幕上显示测量结果。
对于对于传感器的要求是：
高性能低成本的，灵敏度要高，测量范围倒不需要很大。
能根据血压变动及时抓住高、低压体积小。
集成度高。
抗干扰能力强.可靠性高.价格低.程序简单.运用灵活.易于实现产品化的单片机；使用具有显示清晰.亮度高.寿命长等优点的显示器。
四、计划进度安排
1.毕业设计（论文）准备阶段：
2011.10.8----2011.10.24与指导教师双选后，拟定设计（论文）题目：
基于单片机的电子血压计的设计
2011.10.24----2011.10.31经过老师对题目进行可行性论证，讨论、审核最后确定设计（论文）题目为基于单片机的电子血压计的设计，王老师撰写课题说明书。
2011.11.1----2011.11.3王教师与毕业学生见面，下达工作任务。
2.毕业设计（论文）的研究及设计（论文）撰写阶段：
2011.11.3----2011.12.20确定设计（论文）题目及撰写开题报告：
王老师与我对所选择的课题进行调研，完成毕业设计（论文）开题报告。
2011.12.21----2012.3.30查询相关资料、进行课题研究，在已完成研究的基础上，撰写毕业设计（论文），完成设计（论文）初稿。
2012.4.1----2012.4.15系工作领导小组进行毕业设计（论文）中期检查，检查毕业生设计（论文）完成的进度与质量过程，并提交中期检查表。
2012.4.16----2012.4.30王老师审阅论文，提出修改意见。
我根据指导教师的修改意见进行论文修改，并最终定稿。
2012.5.4----2012.5.10 将论文交于评阅教师进行评阅，我根据评阅教师意见，进一步修改设计（论文），准备答辩。
3.毕业设计（论文）答辩阶段：
2012.5.15----2012.5.28毕业论文答辩，推荐优秀设计（论文）。
4.毕业设计（论文）总结与归档阶段：
2012.5.29----2012.6.10 毕业设计（论文）收集、资料整理、上报和归档、总结。
五、主要参考文献
[1]王吉云.高血压患者救诊答疑.人民卫生出版社,2011.8～13
[2]崔桂华,万兆强,金少华.高血压的自我疗法.中国中医药出版社,2003.3～7
[3]胡大一,钟南.高血压知识问答.科学出版社,2008.22～24
[4]朱鼎良.血压和血压测量.人民军医出版社,2010.12～14
[5]铁道部科研编.电阻应变式压力传感器.人民铁道出版社,2006.13～15
[6]王忠诚,孙唯真.电子电路及元器件入门教程.电子工业出版社,2010.12～14
[7]周国祥.微机原理与接口技术.中国科学技术大学出版社,2010.36～38
[8]陆志良.贴片数模转换器件集成电路速查手册.人民邮电出版社2008.4～6
[9]许宝发.新编高级电工简明读本.上海科学技术出版社,2006.89～112
[10]胡长胜.单片机原理及应用.高等教育出版社,2005.23～24
[11]靳桅,邬芝权,李骐.基于51系列单片机的LED显示屏开发技术.北京航空航天大学出版社,2011.15～19
[12]张新德,张云坤.图说液晶显示器原理与维修.机械工业出版社,2011.17～18
[13]范红刚,魏学海,任思璟.5单片机自学笔记.北京航空航天大学出版社,2010.56～57
[14]纪宗南.集成A/D转换器应用技术和实用线路.中国电力出版社,2009.33～34
[15]黄子强.工业研究生系列规划教材•液晶显示原理..机械工业出版社,2008.67～68
指导教师意见及建议：
签名：
年月日
教单位领导小组审批意见：
组长签名：
年月日
德州学院毕业论文（设计）中期检查表
院（系）：
机电工程系专业：
机械设计制造及其自动化2012年4月3日
毕业论文（设计）题目：
基于单片机的血压计设计
学生姓名
顾斌
学号
201021703070
指导教师
王芳
职称
讲师
计划完成时间：
2012年4月2日
毕业论文（设计）的进度计划：
1.毕业设计（论文）准备阶段：
2011.10.8----2011.10.24与指导教师双选后，拟定设计（论文）题目：
基于单片机的电子血压计的设计
2011.11.1----2011.11.3王教师与毕业学生见面，下达工作任务。
3.毕业设计（论文）的研究及设计（论文）撰写阶段：
2011.11.3----2011.12.20确定设计（论文）题目及撰写开题报告：
王老师与我对所选择的课题进行调研，完成毕业设计（论文）开题报告。
2011.12.21----2012.3.30查询相关资料、进行课题研究，在已完成研究的基础上，撰写毕业设计（论文），完成设计（论文）初稿。
2011.10.24----2011.10.31经过老师对题目进行可行性论证，讨论、审核最后确定设计（论文）题目为基于单片机的电子血压计的设计，王老师撰写课题说明书。
2012.5.4----2012.5.10 将论文交于评阅教师进行评阅，我根据评阅教师意见，进一步修改设计（论文），准备答辩。
3.毕业设计（论文）答辩阶段：
2012.5.15----2012.5.28毕业论文答辩，推荐优秀设计（论文）。
4.毕业设计（论文）总结与归档阶段：
2012.4.1----2012.4.15系工作领导小组进行毕业设计（论文）中期检查，检查毕业生设计（论文）完成的进度与质量过程，并提交中期检查表。
结
2012.4.16----2012.4.30王老师审阅论文，提出修改意见。
我根据指导教师的修改意见进行论文修改，并最终定稿
2012.5.29----2012.6.10 毕业设计（论文）收集、资料整理、上报和归档、总
完成情况：
本次课题的设计得以让我更深一次的去了解单片机的实际运用。
在单片机开课的时候，对它仅仅是独立知识的学习，将其运用到实际中是有一定困难的。
通过王芳老师的指导与图书馆资料的查询，让我对单片机有了更深一步的认识。
指导教师评议：
签名：
年月日
备注：
基于单片机的电子血压计的设计
顾斌
（德州学院机电系，山东德州253023）
摘要：
随着现代社会的快速发展，人们的生活质量的提高，带来了不健康的饮食与生活规律，导致了越来越多疾病的出现。
其中，“高血压病”被称为人类第一无形杀手，可见它的可怕程度。
便携式家用血压计，非医护人员也可方便操作。
随着家庭医疗保健的流行，这种血压计的市场得以开发。
在过去，人们测量血压不得不去医院，而如今只要拥有这种血压计，在家里即可随时监测血压，做到早发现早治疗，降低了脑出血.心功能衰竭等猝发疾病的危害。
该血压计以NPC1210压力传感器测得血压值，再将血压数据通过ADC0809数模转换器转换成数字信号，传入89C51单片机，然后由单片机控制，经主程序处理数据之后，在LED液晶显示器上把数据显示出来。
关键词：
NPC1210压力传感器;89C51单片机;ADC0809数模转换器;LED液晶显示模块
1引言
现如今人们的生活水平提高了，越来越观注自己的身体健康，血压是身体康的一项重要指标。
血压的高低可直接影响全身各组织器官的血液供给。
若血压过低，可造成组织器官供血不足。
相反，血压过高，增加心脏负担，久而久之，导致心衰，同时血管弹性下降，脆性增加，脑动脉破裂，出现脑出血[1]。
据2012年全国普查显示，我国每三个家庭就会有一个高血压患者；尤其在老年人群中患病可达12%。
因此，研发便捷家庭使用型血压计具有重要意义。
在疾病排名册上，高血压的危害已居前几位。
对于老年人群，血压血压是一个重要的健康信号。
高血压是最常见的心血管疾病，也是最大的流行病之一。
高血压病不仅是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。
预防高血压病，首先量测量准确的血压。
正常的收缩压为：
90-140mmHg（12.0-18.6kpa）舒张压为：
60-90mmHg（8.0-12.0kpa），正常血压的范围：
正常成人在安静状态时，动脉压为：
30-40mmHg（4.0-5.3kpa）
我们常用血压计测量血压。
测量血压时，是以血压和大气压作为比较的，用血压高于大气压的数值表示血压的高度。
常用血压计有
（1）汞柱式:
玻璃管面标有双刻度；一侧为0~300mmHg,最小分度值为2mmHg；一侧为0~40kPa,最小分度值为0.5kPa；玻璃管上端盖以金属帽与大气相通，下端和汞槽相通,汞槽内有水银；特点：
测得数值准确可靠，但较笨重不易携带，且玻璃管部分易破裂。
（2）表式：
又称弹簧式血压计。
外形似表,呈圆盘状，正面盘上标有刻度及读数，盘中央有一指针,以提示血压数值。
特点携带方便，但准确性不如汞柱式血压计（3）电子血压计袖带内有一换能器，有自动采样单片机控制数字运算，自动放气程序。
数秒钟内可得到收缩压、舒张压、脉搏数值。
特点是操作方便，不用听诊器，省略放气系统，排除听觉不灵敏，噪音干扰等造成的误差，但准确性不如汞柱式血压计[2]。
结构如图1：
图1血压计外观图
传统的血压计操作比较复杂，而且受环境的影响较大。
在使用时，需要用一个准确的汞柱血压计一同校核，专业性较强。
为了让每个血压计使用者更方便的使用与维护血压计；我们设计了一台操作便捷，测量精确，无需维护的智能型测量血压的装置，用来帮助人们急早的发现高血压迹象。
目前生活中使用的血压计大部分是水银式的。
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，影响血圧因素也非常多，，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。
血压随年龄的增加而增高，新生儿血压最低，小儿血压比成人低，中年以前女性血压略低于男性，中年以后差别较小；一般白天血压高于夜间，过度劳累或睡眠不佳时，血压稍增高；在寒冷环境中血压可升高，高温环境中血压可略下降；紧张、恐惧、兴奋及疼痛均可导致血压升高，舒张压一般无变化。
劳动、饮食、吸烟和饮酒也可影响血压值。
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。
本课题研究设计动态血压记录仪，使每次测量结果完全透明，实时分析，使医生可以对照原始波形判断数据的真伪，有效查找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。
2血压计总体概述
2.1血压计简介
2.1.1便携式血压计的简单介绍
该产品体积小，重量轻，可方便携带。
与传统血压计相比，无水银，避免了因水银泄露而造成环境污染的问题。
操作简单易行，适合家庭使用。
2.1.2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。
2.1.3便携式血压计使用注意事项
1.患者取坐位或仰卧位，被测肢体应和心脏处于同一水平，上臂自然下垂，坐位时平第四肋软骨；卧位平腋中线，平整地将袖带置于上臂中部，距肘窝下缘2-3cm
2.需密切观察血压者应做到四定
定时间、定部位、定体位、定血压计，有助于测定血压的准确性和对照的可比性
3.为偏瘫、肢体外伤或手术的患者测血压应测健测肢体
4.排除影响血压的外界因素
袖带过宽、过窄；袖带缠得过紧、过松；肢体位置过高、过低等因素对血压值的影响
5.袖带宽度要合适，
袖带太窄，须加大力量才能阻断动脉血流，测得数值偏高;袖带太宽，大段血管受阻，测得数值偏低
6.肱动脉位置高于心脏水平，测得血压值偏低;低于心脏水平，测得血压值偏高
7.袖带过松，橡胶带呈气球状，有效测量面积变窄，使血压测量值偏高;袖带过紧，使血管在未注气时已受压，使血压测量值偏低
8.发现血压听不清或异常，应重复测量;应将袖带内气体驱尽，稍等片刻再复测，一般连续测2~3次，取其最低值
9.当舒张压的变音和消失音之间有差异时;应记录两个读数，即变音~消失音数值
如180/90~70mmHg
10.不要在浴后、吸烟、饮酒、喝咖啡后测血压[3]。
2.2血压计装置设计方案
2.2.1设计要求
该种血压计是将传感技术与单片机有机结合而成的，它的结构应该保证完成三项基本流程：
1、感应血流的压力，并能够将信号转变成压电信号；2、利用单片机技术判断高压与低圧；3、在屏幕上显示测量结果。
对于传感器的要求是：
高性能低成本的，灵敏度要高，测量范围倒不需要很大。
能根据血压变动及时抓住高、低压，体积小，集成度高，抗干扰能力强，可靠性高，价格低，程序简单，运用灵活，易于实现产品化的单片机，使用具有显示清晰，亮度高.寿命长等优点的显示器，因此我们在此设计中采用了LED显示器。
2.2.2具体设计方案
本设计是基于89C51单片机的设计，具体装置方案如图2所示：
系统工作示意图：
图3系统工作图
接通电源后，我们可以通过键盘对血压计的参数进行设计。
参数设置后，系统将会启动A/D转换，转换结束后将进行数据处理阶段，若未转换完毕将进行程序循环继续转换。
数据处理阶段将会对转换的数据进行采样，分析出最大值和最小值，将最大、最小值按血压原理定为收缩压和舒张压，经由单片机将其送到LED显示器进行显示。
2.3血压计测量与工作原理
2.3.1血压测量的工作原理
血压的测量采用传统的示波法[4]。
当袖带压力振荡波的振幅达到最大时，袖带的压力就是动脉的平均压。
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。
收缩压数值得确定：
通常采用最大的振幅法，气袖在放气过程中脉搏波振幅度包络线的上升阶段中，如果某一个脉搏波的幅度
与Um之比
时，对应的气袖压力便定义为收缩压。
计算公式为：
（1）
舒张压数值的确定：
与收缩压不同的是在脉搏波振幅包络线的下降段中，如果一个脉搏波的幅度
与
之比
时，对应的气袖压力便定义为舒张压。
计算公式为：
（2）
图4血压交直流信号及收缩压和舒张压位置
首先找到最大振幅值Amax处,往前找到幅值为0.5Amax的瞬态位置处，此位置所对应的血压直流分量的值定为收缩压,往后找到幅值为0.8Amax的瞬态位置处，此位置所对应的血压直流分量定为舒张压,将计算出的收缩压和舒张压的值经单片机的控制输出到LED液晶显示。
2.3.2血压计的工作原理
当袖带充气时，袖带内部便会产生一定压力，数字压力传感器NPC-1210感应到该压力时，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NPC-1210压力传感器的要求的工作时序进行读写控制，读入信号后，对数字信号进行运算，然后经LED数码管液晶显示模块进行显示。
3硬件电路的设计
3.1MCS-51单片机的简介及其电路设计
3.1.1单片机的介绍
MCS-51系列单片机是Intel公司生产的产品。
MCS-51系列具有8位处理能力的CPU。
128byte内部数据读写存储器，32位双向输入/输出线，1个全双工的异步串行口，2个16位定时器/计数器，5个中断源2级中断优先级，时钟发生器，可寻址64KB程序存储器和64KB外部数据存储器等部分[9]。
图5MCS-51系列单片机的总体结构
OSC
CPU
ROM
中断控制
1.微处理器的组成及工作原理
微处理器是单片机中实现运算和控制的部件，由运算器和控制器两部分组成。
（一）运算器
运算器主要实现对操作数的运算、逻辑运算和位运算。
运算器通常由算术逻辑运算部件、累加器、暂存器、程序状态字、十进制调整电路和布尔处理器等组成。
（1）算数逻辑运算部件（简称ALU），主要完成加、减、乘、除、加1（增量）、减1（减量）、十进制调整等算数运算，也能完成位置、复位、取反等位操作，还能完成与、或、非等逻辑运算，同时完成数据传送的操作。
（2）累加器（简称ACC），用于存放算术逻辑运算部件需要运算的操作数，或者用于存放算数逻辑运算部件运算操作的结果。
（3）暂存器（简称TMP），用于暂存算数逻辑运算部件需要运算的操作数，使进入算数逻辑运算部件的两个操作数能够被同步地送到ALU的两个入口进行运算。
（4）程序状态字（简称PSW），用于存储程序运行中的各种状态信息。
程序状态字中每一位都可以用来代表某一种状态，由运算器的过程或结果对其进行设置和改变。
P奇偶标志位（D0）--表示累加器中的运算结果中1的个数是奇数还是偶数，结果中1的个数为奇数时置1，否则为0.
OV溢出标志位（D2）--表示运算结果是否溢出，即是否超出累加器可表示的带符号数范围（-128--+127）,有溢出时OV置1，否则置0.
RS1.RS2工作寄存器区选择标志位（D4.D3）--两位组合用于指定4个工作寄存区之一，00表示1区，01表示2区，10表示3区，11表示区。
F0用户标志位（D5）--用于用户自定义的状态标志。
AC辅助进位标志（D6）--进行8进位数加减运算时，若低4位向高4位有进位或借位时，该位置1，否则置0。
CY进位标志（D7）--进位算数运算时，最高位有进位或借位，该位置1，否则置0。
（5）十进制调整电路，用于对采用BCD码表示的操作数在进行了二进制运算后的结果进行调整，使其运算的结果仍然保持为BCD码的形式。
（6）布尔处理器，用于实现位操作和逻辑运算。
位操作和逻辑运算都是以位为单位进行运算的，通过布尔处理器可以进行二进制位的置位（置1）、复位（置0）、取反、二进制数的与（逻辑乘）、或（逻辑加）、非（逻辑反）运算。
2.控制器
（1）程序计数器PC，用于存放下一条要读取的指令的程序存储地址。
读取指令时，PC将其保存的地址输出到程序存储器，在选通信号的控制下，将指定地址单元的内容读出。
同时对程序计数器PC自动加1，生成下一个程序存储器地址。
（2）指令寄器IR，用于存放从程序存储器中读出并将该指令送到指令译码。
（3）指令译码器ID，用于对指令寄存器中的指令进行译码，产生各种控制信号，控制单片机的各个部件正常工作。
（4）数据指针DPTR，用于存放片外数据存储器地址或I/O端口地址。
数据指针DPTR是16位的地址寄存器，用于指出片外数据存储器或I/O端口的地址，并且用户可以直接访问，可以作为两个8位寄存器被访问，其中DPL是DPTR的低8位，DPH是DPTR的高8位。
（5）堆栈指针SP，用于存放堆栈存储区的当前单元地址。
能够在堆栈操作时自动进行加1和减1的操作，以改变栈顶单元的地址，保证进出栈操作的正常进行。
栈是按后进先出的原则进行操作的存区，用于保存一些特殊的信息。
堆栈存区设置在数据存储区，栈顶位置由堆栈指针SP中存放的8位地址指出。
进栈时SP内容自动加1，出栈时SP内容自动减1.系统复位后，SP的值为07H。
（6）时钟发生器、定时控制逻辑、复位电路，用于产生微处理器工作所需要的时序信号，并通过时序信号的同步，产生系统控制所需要的各类控制信号，以保证系统有序地运行。
3.存储器
（1）程序存储器
程序存储器的地址通过16位的程序计数器PC提供，寻址空间为64KB。
在使用片外程序存储器时，程序计数器PC提供的地址经P0和P2两个8位端口送出，供片外程序存储器使用。
处理器通过EA引脚输入的电平来确定使用片外程序存储器还是片内程序存储器。
当EA引脚输入的电平为高电平时，系统默认使用片内程序存储器，只有当使用的地址超出片内程序存储器地址范围时，才会转向片外程序存储器。
而当EA引脚输入的电平为低电平时，无论是否有片内程序存储器，系统都将只使用片外程序存储器。
数据存储器
（2）包括片内数据存储器和片外数据存储器，采用各自独立的编址方式。
片外数据存储器的地址通过数据指针DPTR或寄存器R0、R1，以间接寻址的方式提供16位地址，经P0、P2端口送出，实现64KB的寻址空间。
片内数据存储器的存储空间为256B，采用8位地址编码，通过相应的指令直接访问。
片内数据存储器可以分为工作寄存区、位寻址区、数据区、特殊功能寄存区等部分。
4、输入输出控制
（1）P0口
P0口是8位的三态I/O口，具有两种工作方式:
一般输入/输出端口方式和地址/数据端口方式，在单片机无外部地址需求的情况下，P0口可作为一般输入/输出端口使用。
通过控制信号为0使多路电子开关MUX接通内部锁存器，锁存器中的数据被输出到端口的引脚。
输入时，端口引脚的数据直接被读入内部数据总线，为保证输入数据的可靠，内部锁存器必须置1.在这种工作方式下，端口的引脚必须外接5—10千欧的上拉电阻，以保证1的正常输出。
（2）P1口
P1口是准双向I/O口，它的每一位都可以被定义为输入或输出。
输出时将数据写入锁存器，锁存器的内容被直接送出引脚。
输入时，必须先将锁存器的值置1，使场效应管截止，引脚的数据直接被读入内部数据总线。
P1端口的位结构如下图所示：
（3）P2口
P2口是准双向I//O，具有两种功能。
既可以作为一般的输入输出口使用，也可以作为外部存储器的地址输出端口使用。
P2口的位结构如下图所示：
（4）P3口
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