[练习]电子血压计工作原理和设计

[练习]电子血压计工作原理和设计 电子血压计工作原理和设计 2008-07-17 17:26:05 来源: 作者: 【大 中 小】 浏览:1253次 评论:3条 系统框图如图1所示。系统由恒流源、压力传感器、放大电路、带通滤波、二次放大、血压脉冲触发、液晶驱动器、键盘语音电路和单片机组成。 图1 电子血压计原理图 单片机主要原理为:输出控制气泵充气漏气调整袖带内气压;一路ADC采样袖带内气压直流分量以便取得收缩压和舒张压;一路ADC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【得到具体血压数值】;接收血压脉冲信号触发ADC工作;将计算出的收缩压和舒张压结果输出至LCD显示并进行数值的语音提示。 硬件设计 1 MSP430FF449D单片机主控电路 本系统主控电路如图2所示，主要由MSP430F449芯片、JTAG接口电路、时钟发生电路、时钟输出电路、复位电路、PWM波输出电路、供电电路等组成。其中JTAG用于下载和调试程序【不懂】，PWM波输出电路用于控制气泵【控制袖带内气压】。当测量血压时，先充气至200mmHg高，再慢慢以每秒约下降5mmHg的速度放气。实现自动测量血压。【每二十分钟重复一次，二十四小时全程监控】 图2 电子血压计主控电路 2 血压传感电路 如图3所示，本电路采用BP01型压力传感器和运放MAX4472。BP01型压力传感器是为检测血压而专门设计的，主要用于便携式电子血压计。它采用精密厚膜陶瓷芯片和尼龙塑料封装，具有高线性、低噪声和外界应力小的特点;采用内部标定和温度补偿方式，提高了测量精度、稳定性和重复性，在全量程范围内，精度为?1%、零点失调不大于?300μV。MAX4472是MAXIM公司的一款集成了四个运算放大器的低功耗放大芯片。本系统中内部集成运放A接恒流源，为压力传感器提供恒定的电流，运放B和运放C，运放D组成差分输入、单端输出放大电路，直接输入ADC0监视血压直流分量。 图3 血压传感电路 3 滤波和放大电路【不太懂】 【现在想自制一种滤波装置，利用术上的电路应该是运放滤波器】 图4 滤波和放大电路【根据我们的想法自己制作一种放大电路和滤波电路】 滤波器过滤掉电路中的直流成分和电源以及皮肤与袖带摩擦造成的高频噪声和干扰扰，得到叫纯净的电路信号，然后经放大器进行放大， 4 日历时钟和存储电路【日历时钟的具体作用要和普通的手表一致，显示具体时间，存储的话类似于手机SIM 卡式的存储方式】 图5 日历时钟和存储电路原理图 5 键盘和显示电路 如图6所示，由键盘电路和液晶显示电路两部分组成。液晶显示电路采用ZJM12864BSBD，这是一款低功耗的点阵图形式LCD，显示格式为128点(列)×64点(行)，具有多功能指令，很容易与MPU相连。其中键盘电路采用独立式按键，有7个按键，分别为【十个数字键】、mmHg/kPa转换、显示【在一般状态下，并不显示出数据曲线，按键后在特定区域显示所得数据】、设置、上翻、下翻、删除【只限于对日期的改变】。可以进行【时间日期】的设置，进行报警参数的设 置，【但是单对于装置本身而言无法进行对数据的删除工作，该工作只能在电脑上完成】。LCD可以显示收缩压，舒张压，当前的时间和日历;在查询状态时可以实现以往测量血压的日期、时间、测量值，同时可以通过软件编程实现历史数据的图形化显示(例如画出血压波动曲线)，方便直观。【非常好】 图6 键盘和显示电路 6 语音报压和报警电路 本电路如图7所示，主要由集成语音芯片ISD2560组成。ISD2560是Winbond公司生产的一款具有较强功能的语音录放芯片，是一种永久记忆型语音录放电路，录音时间为60s，可重复录放10万次。该芯片采用多电平直接模拟量存储专利技术，能够非常真实、自然地再现语音。通过事先录制好的声音，实现血压测量值的自动声音提示，如果血压高出正常血压的上下限值，还会发挥报警，提醒使用 者就医。【具体做法:经过一段时间(大概为正常人的一个月)的精确测量，在电脑上处理数据，得到血压的正常范围，将其上下限设置为报警范围，时时监控佩戴者的血压值，如果血压超出正常范围，则开始计时，将日期时间等数据都要记录下来，如果超出正常范围的时间超出五分钟，则开始报警提醒，提示内容为:尊敬的用户您好，此时您的血压偏高【低】，建议您立即进行电压测量，并服用相应的药物～】 图7 语音报血压，报警电路 4 结语 【在整个过程使用到了多种传感器，具体作用描述:将手表装测量装置佩戴在正常人的手腕部，首先对于本人的血压进行初测量，时间大概一个月，在电脑 上处理数据，得到血压的正常范围，将其上下限设置为报警范围，时时监控佩戴者的血压值，如果血压超出正常范围，则开始计时，将日期时间等数据都要记录下来，如果超出正常范围的时间超出五分钟，则开始报警提醒，报警法一:语音提示，提示内容为:尊敬的用户您好，此时您的血压偏高【低】，建议您立即进行电压测量，并服用相应的药物～法二，与本人手机相连，当手机接受到来自装置的无线信号后，想自己发送一条短信，内容为:尊敬的用户您好，此时您的血压偏高【低】，建议您立即进行电压测量，并服用相应的药物～】 BP01型压力传感器及其在便携式电子血压计中的应用 介绍了德利康公司的BP01型压力传感器的主要性能和参数给出了一个用BP01作传感器组成的便携式电子血压计的实际电路,并对该应用电路的工作原理进行了说明,同时给出了该便携式电子血压计电路的设计和调试方法。 关键词:压力传感器;便携式电子血压计;BP01 1概述 BP01 型压力传感器是为监测血压而专门设计的,主要用于便携式电子血压计。它采用精密厚膜陶瓷芯片和尼龙塑料封装,具有高线性、低噪声和外界应力小的特点;采用内部标定和温度补偿方式,从而提高了测量的精度、稳定性以及可重复性,在全量程范围内,精度为?1,,零点失调不大于?300μV。 2 BP01的主要性能参数 BP01的内部等效电路和外形封装如图1所示;表1所列为BP01在电源电压Vs为5(0V、环境温度T为25?时的主要性能参数。 A BP01的极限参数如下: ?最大工作电压:20VDC; ?最 大耐压:1500 mmHg; ?工 作温度范围:0,70?; ?引 脚焊接温度(最大值):250?(2,4秒)。 3 基于BP01的电子血压计 3(1工作原理 用BP01构成的便携式电子血压计的原理电路如图2所示,它由偏置电源电路(A1、A2)、前置处理电路(A3,A6)、显示电路(A7)和压力传感器(BP01)组成,该血压计的血压测量范围为0,200mmHg,分辨率为0(1mmHg,工作电源为一节9V迭层电池。现将血压计中各主要电路的工作原理分述如下: a(偏置电源电路 电源电路由带有内置参考电压的双运放LM10组成,A1构成同相放大器,A2构成跟随器,它们的作用是将内置的参考电压放大后用作压力传感器BP01的偏置电压Vs,其Vs的值由下式决定: Vs,Vref(1，R,R) 23 式中:Vref为LM10的内置参考电压。其值为200mV,将此值连同电路中的R和2R的值代入上式即可求得偏置电压Vs的值为5V。 3 b(前置处理电路 前置处理电路由A3,A6四个运算放大器组成,其中A3构成失调偏置电路以对电路失调进行补偿;A5构成跟随器,用于对压力传感器BP01的输出信号进行隔离缓冲;A4、A6构成放大电路,其增益A由下式决定: V A,1，(R,R) V1T 若忽略失调,前置处理电路的输出电压Vout为: Vout,2(1，R,R)V 1TIN 式中:V为压力传感器BP01的输出电压。 IN c(显示电路 显示电路选用三位半的显示驱动器。工作时,压力传感器BP01的输出经前置处理电路放大后,由显示驱动电路来驱动LCD,以读出测量的血压值。 3(2调试方法 a(零压输出调整 在零压输出时,调整失调电位器RP1,在血压计的显示值为000(0时,即可认为完成了零压输出调整。 b(前置电路增益的调整 压力传感器BP01的满量程输出与偏置电压有一定的关系,当5V偏置时,在200mmHg压力下的输出为10mV,其对应的显示驱动电路的输入为200mV,因此前置电路的增益A为200mV,10mV,这样,利用前面Av的计算公式即可反推出增益电V 阻R的值。 T 若选取电阻R为10kΩ,则增益电阻R应为1(1kΩ。调试时可先用电位器1T 调整输出值,再用万用表测出该电位器的阻值,最后再换成固定电阻。 c(满量程调整 满量程调整时,先在显示电路的输入端加上200mV电压,然后调整电位器RP2,使其读数为199(9mmHg即可。 上调整完成之后,一般应多重复几次,以使显示值可靠地符合精度要求。 3(3元器件的选择 为保证测量精度,上述电路的外围元器件的选择也是一个不容忽视的重要环节。一般情况下,电位器RP1、RP2应选用1,精度的金属膜多圈电位器;电阻应选用1,精度的金属膜电阻器;电容一般选用聚脂薄膜或者云母电容。 4 结束语 在使用压力传感器BP01和其它器件设计便携式电子血压计时,应注意的是:对于不同的偏置电压,其输出也不同,因而前置处理电路的增益应做相应的调整,以满足满量程的不同要求。 LM324资料: LM324为四运放集成电路，采用14脚双列直插塑料封装。，内部有四个运算放大器，有相位补偿电路。电路功耗很小，lm324工作电压范围宽，可用正电源3,30V，或正负双电源?1(5V,?15V工作。它的输入电压可低到地电位，而输出电压范围为O,Vcc。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互单独。每一组运算放大器可用如图所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-(-)为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反;Vi+(+)为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。 LM324引脚排列见图1。2。 lm124、lm224和lm324引脚功能及内部电路完全一致。lm124是军品;lm224为工业品;而lm324为民品。由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等特点，因此他被非常广泛的应用在各种电路中。 《lm324引脚图》 《lm324管脚图》 《lm324原理图》 《lm324工作电压》 《lm324无线话筒应用电路》