本文运用低功耗MSP430单片机对人体血压信号进行收集,经过USB操控芯片CH375将这些数据存储到U盘中,能够经过PC机的软件剖析一天中血压的改变。
电子血压计在国外现已很多遍及,而我国才开端运用。水银血压计每次丈量有必要由医师戴上听诊器进行丈量,丈量进程杂乱,并且不同的医师,丈量成果或许不同。而电子血压计弥补了水银血压计的缺乏。
1 硬件规划
1.1芯片介绍
MSP430是近几年盛行的16位单片机,因为它具有超低功耗(在5V电压下运转于12MHz的80C51作业电流到达十几mA;而MSP430在3V时的作业电流为340μA,在2.2V的作业电流为220μA)、很多的片内外设、强壮的数据处理才能、体系作业安稳、便利高效的开发环境等特色,被广泛运用在各种工业外表中。加之笔者对430单片机比较了解,在本规划中选用了其间的一种MSP430F149,因为该规划中对单片机的外设模块只要求有A/D转化模块,所以能够选用MSP430中较廉价的系列。
CH375是南京沁恒有限公司出产的USB总线的通用接口芯片,支撑USB-HOST主
机办法和USB-DEVICE/SLAVE设备办法。CH375具有8位数据总线和读、写、片选操控线以及中止输出,能够便利地挂接到单片机/DSP/MCU/MPU等操控器的体系总线上。在USB主机办法下,CH375还供给了串行通讯办法,经过3根线,即串行输入、串行输出和中止输出与单片机/DSP/MCU/MPU等相衔接。本文用的是从南京沁恒有限公司请求的样片。LCM用的是16×2的HS162-4。自建了自定义字符,完成了简略显现“血压是:XXX.X”。本文中运用HS162-4为的是实验便利,若是用到实践产品中,能够换用其他品种。
挑选Motorola公司压力传感器MPX5050GP,其内部含有信号运放和信号调理功用,能够直接将动脉血液对血管壁的压力转化为0V～4.7V的电信号,其对应的血压值为0kPa～49.875kPa(0mmHg～375mmHg)。传感器收集到的信号送入单片机的AD12模块前要标度改换,即电平平移。
1.2作业原理
血压传感器将用户的血压改换成电压信号,经过滤波器送到149单片机的AD12模块中,再经过单片机处理后在LCM上显现,随时能够看到血压值。并且这些数据能够经过CH375储存在U盘中,在便利时将U盘插到PC机上,能够经过上位机软件进行调查,这样医师能够从全体上了解患者的血压改变状况,然后做出正确的治疗成果。
1.3体系框图
MSP430单片机运用串口办法同CH375相连,将数据写入U盘。图1为其原理框图。
1.4硬件规划中遇到的问题
在混合电压体系中,不同电源电压的逻辑器材彼此接口时会存在以下3个首要问题:一是加到输入和输出引脚上答应的最大电压约束问题;二是两个电源间电流的互串问题;三是有必要满意的输入转化门限电平问题。
器材对加到输入和输出脚的电压通常是有约束的。这些引脚有二极管或别离元件流向电源。例如3V器材的输入端接上5V信号,则5V电源将会向3V电源充电,继续的电流会损坏二极管和电路元件。
在等候或掉电办法时,3V电源降落到0V,大电流将流通到地,这使总线上的高电压被下拉到地,这些状况将引起数据丢失和元件损坏。有必要留意的是:不管是在3V作业状况或是0V的等候状况都不答应电流流向Vcc。
所谓输入转化门限电平问题,即噪声容限问题。衔接在一起的两个逻辑器材要想正常作业,有必要满意高、低噪声容限都为正值。本文中CH375选用5V电源供电,MSP430F149选用3.3V供电。
CH375和MSP430F149的噪声容限值见表1。
MSP430F149驱动CH375时,高噪声容限=2.75V-2V=0.75V;低噪声容限=0.7V-0.25V=0.45V。
CH375驱动MSP430F149时,高噪声容限=4.5V-1.9V=2.7V;低噪声容限=0.9V-0.5V=0.4V。
因为噪容限都为正值,所以MSP430F149和CH375能够直接相连正常作业。
2 软件规划
2.1串行数据格局问题
因为选用串行接口,串行数据格局有必要共同。CH375的串行数据格局为:1个开始位、9个数据位、1个中止位,其间前8个数据位是一个字节数据,最终1个数据位是指令标志位。第9位为0时,前8位的数据被写入CH375芯片中,第9位为1时,前8位被作为指令码写入CH375芯片中。CH375的串行通讯波特率默许是9600b/s,单片机能够随时经过SET_BAUDRATE指令挑选适宜的通讯波特率。MSP430的通用串行通讯模块分异步形式和同步形式。
异步通讯的帧格局:1位开始位、7位或8位数据位、校验位(可奇/可偶/可无)、1位地址位(地址形式时)和1位或2位中止位。异步形式又分闲暇多机形式和地址位多机形式。同步形式下,答应7位或8位数据流移入或移出MSP430单片机。
对照375的串行数据格局,笔者选用异步形式中的地址位多机形式。这种形式下,字符包括一个附加的位作为地址标志。数据块的榜首个字符带有一个置位的地址位,标明该字符是一个地址。结合375的串行数据格局,把430的地址位看作第9位,能够模仿375的串行数据格局。
假如选用没有串行通讯模块的430单片机,也能够选用串行办法,解决办法是用一般的IO口模仿串行通讯的时序,当然要用到定时器TImer。能够用两个函数完成写指令和写数据的功用,程序中要用到位处理指令&,<<,>>等。现给出部分代码程序:
2.2软件滤波程序问题
尽管硬件用了滤波器,在软件中也要编写滤波程序,常用的软件滤波办法有11种,如限幅滤波法、中位值滤波法、算术均匀滤波法、递推均匀滤波法等。文中选用中位值均匀滤波法,即相当于“中位值滤波法”+“算术均匀滤波法”,接连采样N个数据,去掉一个最大值和一个最小值,然后核算N-2个数据的算术均匀值。N值的选取:3～14。其长处是交融了两种滤波法的长处,可消除因为脉冲搅扰所引起的采样值误差;其缺陷是丈量速度较慢,和算术均匀滤波法相同,比较糟蹋RAM。因为血压计对丈量速度要求不高,并且149的RAM有2kb,所以选用该滤波办法。
2.3U盘读写文件格局问题
对U盘的读写分为两类:把U盘当作存储器,依照文件格局读写U盘。前者读写速度快,操作简略,但核算机不能直接读取写入的数据;后者因为依照文件格局,核算机能够直接看到相应的数据。公司子程序库供给U盘文件操作的API,关于一般用户能够直接调用这些API读写U盘,且能够与核算机无缝衔接,但要求有600kb的RAM,若用51单片机则需求外扩RAM。因为笔者了解430单片机且149有2kb的RAM,满意要求,这也正是选用430单片机的一个原因。
3 结语
实验证明,该设备能够将收集到的数据成功地放到U盘中,因而能够运用到实践中去。
