感器。MPXM2053GS為硅材料壓阻式壓力傳感器，該芯片提供一個高精度的線性差分輸出電壓，該電壓與施加于其上的壓力大小成正比關(guān)系，除此之外該芯片還具有激光微調(diào)精確跨度調(diào)節(jié)，失調(diào)校準和溫度補償?shù)裙δ?，是一款為無創(chuàng)血壓測量量身打造的壓力傳感器芯片。其壓力測量范圍為OkPa到50kPa即OmmHg到375mmHg，其靈敏度為0.8mV/kPa。該芯片最大供電壓為16V，在1V供電時具有最佳線性度。
[0048]圖7中，一階低通濾波器的上限截止頻率為f = 1/4jtR2(C7+C12/2) =33Hz，放大倍數(shù)A= (5+R1/200K) = 6，將差分血壓信號變?yōu)閱味诵盘枴?br>[0049]血壓信號經(jīng)儀表放大器進行差分放大之后變?yōu)閱味诵盘?，由于此時交直流信號中夾雜的噪聲仍然較多，而且信號幅值仍然非常小而不利于AD采集，故需要對其進一步進行濾波和放大。圖8中，放大倍數(shù)為A = -R12/R4//R = -20，其低通濾波電路上限截止頻率為f = 1/2 R12*C13 = 4.83Hz。經(jīng)過放大之后，此時得到的輸出信號幅值較為適中，故此時將信號送入AD轉(zhuǎn)換器通道I進行采集，AD轉(zhuǎn)換后經(jīng)過數(shù)據(jù)換算(壓力傳感器差分輸出Imv電壓變化對應9.375mmHg血壓壓力變化)可得到袖帶內(nèi)的實時靜壓力。
[0050]獲得袖帶內(nèi)靜壓力只是第一步，更為重要的是要獲得袖帶放氣過程中人體血壓從被阻斷到恢復血流的過程中血管的壓力波形。圖9中的輸入信號中既有直流信號又有交流信號，故此時需加高通濾波器將直流信號濾除。該一階高通濾波器截止頻率為f =1/2 JT *R6*C8 = 0.78Hz。U2實際上為電壓跟隨器，目的是為了增大后級運放的輸入阻抗，減小后級交流放大電路對前級放大電路的影響。
[0051]圖10中，Voutl進來之后再次經(jīng)過0.78Hz低通濾波器，進一步凈化交流信號。Pulse_ADC輸出的為純模擬信號，實驗過程中測得如果直接將其連接到AD轉(zhuǎn)換器會對AD原來的信號產(chǎn)生很嚴重的干擾，因此需在其輸出端加一個RC電路進行濾波，圖中加了一個1k的電阻和104的電容進行濾波。
[0052]STM32系列處理器基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用專門設計的ARM Cortex-M3內(nèi)核，為32位處理器。按性能分成兩個不同的系列:STM32F103“增強型”系列和STM32F101 “基本型”系列。增強型系列時鐘頻率達到72MHz，是同類產(chǎn)品中性能最高的產(chǎn)品；本發(fā)明中使用到的64腳STM32F103RBT6內(nèi)部資源非常豐富，其時鐘主頻為72MHz，具有128K字節(jié)Flash, 20K字節(jié)SRAM，2個自帶12位精度具有16通道的AD轉(zhuǎn)換器，3個通用定時器，I個高級定時器，3個UART 口，2個SPI接口，2個I2C接口，I個USB接口和一個CAN無線控制局域網(wǎng)接口。其功能十分強大，性價比相當高。更為重要的是，STM32下載程序十分方便，他支持串口，SWD、JTAG多種程序下載方式，無需購買昂貴的編程器，即可輕松進行開發(fā)。
[0053]如圖15至圖17所示，如上所述的一種高精度臂式電子血壓計的檢測方法，包括如下步驟:
[0054]S1:將人體袖帶裹在人體的上臂，氣栗對人體袖帶進行充氣，此時通過壓力傳感器獲取被測者的血壓信號；
[0055]S2:將步驟SI中得到的血壓信號依次經(jīng)低通濾波電路、儀表放大器電路、高通濾波電路和運算放大器電路，得到輸出信號；
[0056]S3:將輸出信號通過AD通道輸入到單片機模塊，單片機模塊經(jīng)過計算處理得出血壓值；
[0057]S4:將該血壓值傳輸給液晶顯示模塊，通過液晶顯示模塊顯示出準確的血壓值。
[0058]本發(fā)明軟件設計主要分為兩個方面:第一、硬件接口驅(qū)動程序，主要包括串口通信、LCD驅(qū)動、氣栗及氣閥驅(qū)動等部分的設計；第二、血壓ADC數(shù)據(jù)及分析處理程序，包括充/放氣速度的識別與控制、血壓及脈搏信號的采集及處理、收縮壓、舒張壓、平均壓及心率的計算等。
[0059]如圖15所示，具體軟件設計如下:
[0060]1、快速充氣過程。當啟動血壓測量功能時，軟件驅(qū)動氣栗對人體袖帶進行充氣，人體袖帶壓力不斷增大，并慢慢阻斷血流，當壓力到達軟件設定值后，氣栗停止充氣，隨后轉(zhuǎn)入緩慢放氣階段。
[0061]2、血壓信號獲取過程。軟件啟動氣閥開始緩慢放氣，放氣速度由微控制器進行檢測控制，在放氣過程中，人體袖帶壓力緩慢減小，傳感器對血壓及脈搏波信號進行拾取。
[0062]3、快速放氣階段。當放氣到達一定程度，脈搏波消失，此時恢復血流，人體袖帶對血管沒有壓力，氣閥轉(zhuǎn)入快速放氣階段。到此階段，血壓及脈搏信號已獲取完畢。
[0063]4、A/D轉(zhuǎn)換過程。經(jīng)放大后的信號仍為模擬信號，不能送微控制器直接進行處理，須經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并送微處理器進行分析處理。
[0064]5、分析處理過程。此階段主要完成血壓及脈搏信號的分析及處理，并獲得最終確切的血壓及心率的值。
[0065]6、顯示過程。經(jīng)軟件分析處理的結(jié)果由TFTIXD進行顯示，并可以選擇是否進行結(jié)果的存儲。
[0066]如圖16所示，血壓信號ADC數(shù)據(jù)處理模塊的脈搏信號采集時間間隔是由定時器設置，程序里面設置采樣頻率為333Hz，而脈搏波周期約為800ms，所以這樣的采樣頻率完全能夠滿足本發(fā)明要求。
[0067]如圖17所示，人體的收縮壓、舒張壓及心率確定模塊。
[0068]如圖18所示，血壓測量過程中人體脈搏波型，從圖中可以看出，此時人體袖帶壓降到70mmHg，此時出現(xiàn)了最大的脈搏幅值，這個最大的脈搏波幅值對應的靜壓力即為平均壓。
[0069]如圖19所示，一次測量過程中得到的人體血壓和脈搏值，其中收縮壓為113mmHg，舒張壓為77mmHg，心率為73，IXD中顯示的波形為袖帶內(nèi)壓力變化波形。
[0070]本發(fā)明通過氣栗、壓力傳感器來實現(xiàn)血壓信號的采集，采集的信號通過檢測控制裝置進行數(shù)據(jù)處理分析、顯示、儲存，實現(xiàn)一鍵式血壓測量。本發(fā)明在實際使用時，用戶通過對按鍵的操作來控制氣栗充氣或者是停止充氣，壓力傳感器采集到的信號被單片機讀取，然后在程序的控制作用下，來處理血壓信號，進行計算并通過TFTIXD來顯示血壓值。
[0071]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
【主權(quán)項】
1.一種高精度臂式電子血壓計，其特征在于，包括人體袖帶和檢測控制裝置，所述人體袖帶上設有壓力傳感器，人體袖帶和檢測控制裝置通過氣管相連接；所述檢測控制裝置包括氣栗、單片機模塊、電源模塊、液晶顯示模塊、低通濾波模塊、放大器模塊和高通濾波模塊，所述壓力傳感器采集的信號依次經(jīng)低通濾波模塊、放大器模塊一、高通濾波模塊、放大器模塊二處理后，通過AD通道輸入給單片機模塊處理，并通過液晶顯示模塊顯示，所述氣栗通過放氣電池閥連接單片機模塊，所述電源模塊給整個裝置供電。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度臂式電子血壓計，其特征在于，所述單片機模塊包括STM32F103RBT6單片機最小系統(tǒng)、上電復位電路和晶振電路。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度臂式電子血壓計，其特征在于，所述壓力傳感器采用MPXM2053GS型壓力傳感器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度臂式電子血壓計，其特征在于，所述放大器模塊一為儀表放大器INA122，放大器模塊二為運算放大器0PA333。5.一種高精度臂式電子血壓計的檢測方法，其特征在于，包括如下步驟: 51:將人體袖帶裹在人體的上臂，氣栗對人體袖帶進行充氣，此時通過壓力傳感器獲取被測者的血壓信號； 52:將步驟SI中得到的血壓信號依次經(jīng)低通濾波電路、儀表放大器電路、高通濾波電路和運算放大器電路，得到輸出信號； 53:將輸出信號通過AD通道輸入到單片機模塊，單片機模塊經(jīng)過計算處理得出血壓值； 54:將該血壓值傳輸給液晶顯示模塊，通過液晶顯示模塊顯示出準確的血壓值。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高精度臂式電子血壓計，其特征在于，所述單片機模塊包括STM32F103RBT6單片機最小系統(tǒng)、上電復位電路和晶振電路。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高精度臂式電子血壓計，其特征在于，所述壓力傳感器采用MPXM2053GS型壓力傳感器。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高精度臂式電子血壓計，其特征在于，所述放大器模塊一為儀表放大器INA122，放大器模塊二為運算放大器0PA333。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高精度臂式電子血壓計及其檢測方法，包括人體袖帶和檢測控制裝置，所述人體袖帶上設有壓力傳感器，人體袖帶和檢測控制裝置通過氣管相連接；所述檢測控制裝置包括氣泵、單片機模塊、電源模塊、液晶顯示模塊、低通濾波模塊、放大器模塊和高通濾波模塊，所述壓力傳感器采集的信號依次經(jīng)低通濾波模塊、放大器模塊、高通濾波模塊、放大器模塊處理后，通過AD通道輸入給單片機模塊處理，并通過液晶顯示模塊顯示，所述氣泵通過放氣電池閥連接單片機模塊，所述電源模塊給整個裝置供電。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對人體生理血壓進行一鍵式電子測量，方便快捷，同時采用雙放大器、兩級濾波器以及改進的收縮壓與舒張壓檢測算法，減少了干擾信號，提高了檢測精度。
【IPC分類】A61B5/0225
【公開號】CN105193401
【申請?zhí)枴緾N201510706421
【發(fā)明人】葉華山, 鄭敏, 龔惠紅, 王邦輝
【申請人】湖北科技學院
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年10月27日