便携式数字血压计电路的设计毕业设计.docx

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便携式数字血压计电路的设计毕业设计

四川理工学院毕业设计

便携式数字血压计电路的设计

便携式数字血压计电路的设计

摘要：

现在很多家庭都需要电子血压计测量血压，因此设计出高性价比的电子血压计具有良好的前景。

人们可以自己测量自身的血压值，为预防心血管疾病提供了有效的帮助。

本文将介绍一种通过运用示波法原理，选用MPX5050GP传感器和AT89C51单片机以及1602液晶显示器等元器件设计的便携式数字血压计。

该电子血压计具有体积小、测量快速准确、使用方便等特点。

关键词：

AT89C51；MPX5050GP；示波法；液晶显示

Circuitdesignoftheportabledigitalbloodpressuremeter

ZHONGJie

（SichuanUniversityofScienceandEngineering,Zigong,China,643000）

Abstract：

Nowadaysmanyfamiliesareinneedofelectronicsphygmomanometertomeasuretheirbloodpressure,sothedesignofelectronicsphygmomanometerwithhighperformance-to-priceratiometerhasagoodprospects.Peoplecanmeasuretheirbloodpressurehelpforthepreventionofcardiovasculardisease.Thispaperwillintroduceabyusingtheoscillometricmethod,MPX5050GPsensorandAT89C51SCMandthe1602liquidcrystaldisplaytodesignaelectronicsphygmomanometer.Theeelectronicsphygmomanometerhastheadvantagesofsmallsize,fastandaccuratemeasurement,convenientuseetc..

Keywords：

AT89C51;MPX5050GP;Theoscillometricmethod;Liquid-crystaldisplay

第1章前言

1.1电子血压计设计背景

现代社会人们的生活压力比较大，由此带来了很多的健康隐患，心血管疾病正在逐渐的往低龄化的方向发展。

2010年调查结果显示，我国平均每五个家庭就有两个高血压患者，慢性低血压的患病率增至4.8%，在老年人中更高达11.8%。

高血压容易引发脑血管疾病，引起肾脏病，引起猝死，导致多种病变。

为了做到对自己的身体健康程度有一定的了解，经常测量自己的血压值是一个很好的方法，起到了预防各种心血管疾病的重要作用。

因此，设计一款体积小，携带方便，测量精准、使用方便的电子血压计具有重要的意义。

1.2电子血压计设计目的

电子血压计设计目的在于相对于水银血压计的专业性操作而言方便了个人的使用，利于普遍家庭的推广使用。

给被测者提供次数较多的血压测量值，由此便于医生更准确的诊断病情。

电子血压计体积小，方便携带，其相对于水银血压计更加环保安全。

1.3电子血压计现状

电子血压计从使用原理上经历了听诊法和示波法两个阶段。

目前，只有极少数的公司生产的血压计是基于听诊法的，大多数主流企业都是采用的示波法。

虽然相对于水银血压计来说，示波法电子血压计的可靠性和准确性都有较大的提高。

但受测量系统因素和人体生理因素的影响，示波法电子血压计的准确性，尤其是重复性仍然不尽如人意。

这也是本设计将面临的一大挑战。

电子血压计在普通家庭中具有良好的推广性，为人体血压测量及各种心血管疾病的预防起到了积极作用。

目前国际上发达国家普遍禁止使用水银柱式血压计，而采用精度更高的电子血压计。

当今社会可持续发展的主题是“低碳、环保、健康”，我们国家将于2013年全面禁止使用水银，这也标志着属于传统水银血压计的王朝将要落下帷幕。

因此传统水银血压计将会被电子血压计所取代，可以预见本次设计的便携式数字血压计将会有非常广阔的发展前景。

1.4本章小结

本章通过对血压计的一些发展情况进行了解，并且说明了电子血压计设计目的。

血压很多时候是衡量人体健康与否的标准，因此血压计对于每个人来讲具有重要的作用。

设计出一款经济高效的电子血压计具有重要的意义，由此引出本次关于便携式数字血压计电路的设计。

第2章基本理论及方案论证

2.1血压计简介

2.1.1血压计的特点

电子血压计通过压电传感器和单片机以及液晶显示器等主要电子元器件构成。

利用袖带静态压力与袖带动脉压力波的对应关系，以此测量出人体的平均压、收缩压、舒张压。

[1][2]

传统的水银血压计由于体积较大不利于携带。

其测量血压方法的难度系数较大，不利于普通家庭的推广使用。

尤其是水银血压计里面含有水银，水银是剧毒物质，不利于环保健康的需要，因此更加限制了水银血压计的推广。

电子血压计相对于传统的水银血压计具有体积小，携带方便，测量准确，使用方便，不含水银无毒无害的特点，其不断地被广大的家庭接受认可，具有很好的推广性和发展空间。

2.1.2使用中注意事项

1.电子血压计的设计是面向所有家庭成员的，所以测量的位置是在上臂，在测量的时候，袖带要与心脏保持水平，手心向上，前臂与肘很自然的放在桌上面。

2.测量的环境应该保持安静，时刻保持心情的平静，测量前休息15分钟，深呼吸5次，进行测量。

3.由于人体一天处在不同的时间段，血压值是不一样的，所以测量应该每天在相同的时间，用同样的姿势进行血压的测量。

4.在运动后或者饭后的一个半小时才能进行血压的测量。

5.被测者应该保持平静乐观的心情，不要心慌和过度紧张。

[3]

2.2血压的测量方法

2.2.1血压的定义

当心脏收缩时，从心室摄入的血液对血管壁产生的侧压力，这时血压最大，此时内壁的压力称为收缩压。

正常的收缩压范围95——140mmHg。

当心脏舒张末期，血液暂时停止摄入动脉，而已经流入动脉的血液靠血管壁的弹性和张力的作用，继续流动，对血管壁仍有压力，这时候的血压称为舒张压。

正常的舒张压范围60——90mmHg。

（1mmHg=0.133KPa）[1]

2.2.2血压的测量方法

血压的测量可分为直接测量法和间接测量法两种。

直接测量法是一种有创测量法，通过在血管内放置导管后测得的血压。

在危重病人如心脏手术病人、深度昏迷休克病人和大型手术时，对血压进行实时变化的监测具有很重要的临床价值，这就需要采用有创血压监测技术来实现。

间接测量法又叫无创测量法，也就是不通在血管内放置导管而是通过间接测得的血压。

当今社会医疗都提倡无创检测和无创治疗，因此血压计的发展将会往无创的方向发展。

间接测量法又分为听诊法和示波法。

听诊法又叫柯氏音法，柯氏音法也就是我们通常所见到的医务人员用的水银血压计进行测量血压的方法。

听诊法测量血压所用的血压计由气球、袖带和检压计三部分组成。

现在一般医院使用的是水银血压计，是基于柯氏音听诊法。

医生可以通过用听诊器听动脉血管的不同声音，来判断收缩压和舒张压的值。

但听诊法存在着一些缺点：

一是确定舒张压比较困难；二是此方法凭人的视觉和听觉来进行判别，在判断的过程中人的情绪、反应能力、所处环境的噪声、测量环境的温度等因素都会影响人的主观判断能力，使测量结果存在较大误差。

该方法对医务人员的技术要求比较高，不适宜在广大的家庭中推广使用。

在70～80年代发展起来的一种电子测量血压的方法。

它的基本原理是把人工柯氏音法用电子技术来完成。

判断方法是用计算机代替了人的判断。

这种方法减轻了医生的劳动强度，一致性比较好，但是易受外界干扰，即外界的其他声音振动等都会影响测量准确度。

不同人的脉搏强弱也对测量结果有一定影响。

所以，目前大多数医院使用的无创血压监护设备都采用的示波法原理。

[1][2]

示波法也叫测振法，是90年代发展起来的一种比较先进的电子测量方法。

示波法血压计的测量采用充气袖套来阻断上臂动脉血流，从而进行血压测量。

通过建立收缩压、舒张压、平均压与袖带动脉压力波的关系来判别血压。

与柯氏音法血压计相比较,示波法适用范围广,不依赖于柯氏音,抗环境干扰能力强,并且动脉压力波信号频率较低,适于计算机处理,能测出较准确的血压，还便于采用电子线路加以实现,其测量结果与柯氏音法有着统计上的一致性。

常见的判别法有突变点准则、固定比率计算法。

在突变点准则的方法中由于背景噪音和个体差异，给特征点的确定带来了困难。

固定比率计算法是根据动脉压力波振幅与气袖压力之间的关系来判断血压的。

与动脉压力波最大幅值对应的是平均压,收缩压和舒张压通过对应动脉压力波最大振幅的比例来计算。

[1]

2.3血压测量工作原理

本次设计的便携式数字血压计测量将采用示波法原理。

示波法又叫测振法，是通过建立平均压、收缩压和舒张压与动脉压力波的关系来判别血压。

示波法是通过袖带静态压力与动脉压力波的同时记录来测量血压。

对袖带进行充气时，本次设计对袖带充气到200mmHg，当袖带压力大于收缩压时，动脉关闭，袖带由于近端脉搏的振动冲击，会出现小幅度的震荡波。

随着袖带以3——5mmHg/s的速度进行放气时，当袖带压力小于等于收缩压时，波幅开始增大。

当袖带压力等于平均压的时候，动脉的管壁处于去负荷状态，波幅达到最大。

当袖带压力小于平均压时，波幅逐渐减小。

当袖带压力小于舒张压时，动脉管壁已经充分扩张，管壁刚性增加，波幅又维持在了较小的幅度。

示波法的关键在于找到静态压力与动脉压力波的关系。

[1][16]

关于示波法血压的判定方法主要有两种：

突变点准则、固定比率计算法。

突变点准则的判定方式为根据收缩压与舒张压对应的脉搏包络点的变化陡度较大，而平均压对应的脉搏包络点变化陡度最小的特点，对脉搏包络进行微分，从而分别得到对应的收缩压、舒张压和平均压。

但是由于背景噪声和个体的差异，给特征点的确定带来了困难。

目前设计大多采用固定比率计算法，该方法认为袖带内振动信号幅度达到最大值对应的袖带压力为平均压，目前，该准则基本得到了公认。

本次设计也采用固定比例计算法，判断方法是先找出压力脉搏波信号的最大振幅值Amax,在往前找出振幅值为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，最终通过相应的运算处理在液晶显示器上面显示测量结果。

其中静态压力信号与动脉压力波信号对应关系如图2-1所示：

[1]

图2-1静态压力信号与动脉压力波信号对应关系

2.4方案论证

2.4.1设计总体要求

本设计以压力传感器、单片机、液晶显示器等元器件为主体，通过外围电路的连接，设计构成便携式数字血压计。

其必须满足能够测量出人体的血压信号，能够进行收缩压和舒张压的判别以及进行相应的运算，能够在液晶显示器上显示出所测得的收缩压与舒张压的值。

该电子血压计采用示波法原理，通过置于袖带内的压电传感器将袖带内的静态压力和动脉压力波转化为比较微弱的电信号输出，然后信号分为两路进行放大滤波分别得到静态压力和动脉压力波信号，再通过A/D（模数）转换器分别将信号转为数字信号，最后进入单片机，通过主程序的处理计算，最终在液晶显示器上面显示出收缩压与舒张压的测量值。

[4][5]

本设计要求压力传感器具有较高的灵敏度，性能稳定，满足长期重复使用的条件。

要求模数转换器具有工作稳定，性价比高的特点。

微处理器必须能够将反应袖带压力和动脉压力波的数字信号进行处理运算，得到相应的收缩压和舒张压的值，且工作性能必须稳定，功耗较低。

显示器通