导言
水银血压计存在一些固有的缺陷：一是放气的快慢对读数有直接影响，国际标准放气速度为每秒3～5mmHg，而不同的医师放气有快有慢，会影响丈量的精确度;二是这种办法以人的视觉、听觉和协调程度为首要依据，很难标准化。为此，本规划从血压的检测办法着手，选用日本松下公司高速、低功耗的MN101EF32D单片机，作为血压计丈量、操控、数据读写、数据显现的中心，可精确地选用示波法(振动法)丈量血压。
作业原理
示波法(振动法)是依据袖带在减压进程中，其压力振动波的振幅改动包络线来断定血压的。现在比较共同的观点是当袖带压力振动波的振幅最大时，袖带的压力便是动脉的均匀压。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。
硬件规划
体系根本作业原理如图1所示。压力传感器输出的电压信号首要通过低通滤波器滤波，之后由运放电路将信号转化为合适单片机的输入信号，终究将模仿的采样信号通过MN101EF32D单片机转化为数字量。程序对收集的数据进行数字滤波后剖析，核算出人体血压的两个要害目标舒张压和收缩压，之后单片机立行将数据存储到外部存储器中，并将这些重要数据显现在LCD上。
传感器介绍及其外围电路的规划
该血压计运用的传感器为MPS-3100-006G压阻式压力传感器，是由四个等值电阻组成的惠式电桥，其输出电压和输入压力成正比，抱负状况下当压力输入时，电阻值就跟着改动，但实际上温度的改动也会影响其阻值输出成果。别的，因为晶体和电路规划制造的差错，加上封装进程等方面的影响，零点偏移不是零。所以有必要由外加元件来进行单个温度补偿电路校对。其重要目标如下：
a、传感器测定规模：5.8~15 PSIG
b、操作温度规模：?40~85 ℃
c、驱动电流：1.5~3mA
d、驱动电压：5~15V
e、零点漂移：?25~25mV
f、电阻温度系数为：0.2%/℃
因为血压信号取自手臂，丈量的信号简略受袖带的方位、手臂的移动而带来的搅扰。依据这些专业特色，要求体系具有高输入阻抗、高增益、高共模抑制比、低噪声以及低漂移等特征。如图2所示，图中的T1即为MPS-3100-006G压阻式压力传感器。整个电路首要将压力信号转化为电压信号，然后进行扩大滤波。图中U1、U2为有源运放LM324，它的输入阻抗很高。压力传感器的信号通过扩大后，并通过调理VR1的巨细来改动运放的闭环增益，以调理为适应于A/D的电压输入规模。U1运放回路用来丈量袖带中的压力，丈量的数据用来供MCU剖析并操控对袖带充气和放气的速度。别的U2运放回路是将通过C11%&&&&&%隔直的沟通信号扩大，此回路丈量的是人体的脉息波。两个回路的收集数据构成了血压计各个目标的重要核算参数。
MN101EF32D是松下(Panasonic)公司于2008年头推出的产品，MN101Exx系列8位单片机复合了多功用的外围功用，具有灵敏而最优化的硬件结构，简练而高效的指令体系，充沛完结经济性和高速性。
MN101E32D型单片机，内置64KB Flash、4KB RAM，具有6个外部中止、20个内部中止(包含NMI)、9个守时器计数器、3个串行接口、8路A/D转化器、32×4段LCD驱动器、监督守时器、单体系的数据主动传送功用、同步输出功用以及蜂鸣器输出等外围功用。最小指令执行时刻可达50ns，封装为64引脚LQFP。本血压计运用MN101EF32D的功用大致如下：
a、10位A/D采样，用于静态压力及脉息波的丈量。
b、LCD显现操控器，直接驱动23*4段的液晶显现器，显现丈量的进程及成果。
c、守时器功用，用于守时A/D采样数据并核算主动关机时刻。
d、选用数字信号处理的技能对A/D采样的信号进行处理，首要有数字低通滤波和相关的核算。
e、电源敞开选用硬件操控的办法，电源封闭选用软件操控的办法，关机时除了稳压模块外，其它芯片处于断电状况，功耗极低。
f、丈量时可以挑选mmHg和Kpa作为主显现办法，丈量精度高，到达静态1mmHg、动态3mmHg的丈量精度。因为选用铁电存储器作为存储前言，数据的保存时刻很长。
MN101EF32D与外部串行铁电存储器的硬件衔接
在挑选外部存储器时，因为考虑到要长时刻重复擦除、写入所设置的作业参数和丈量到的重要信息，并保存很多的历史数据，因而有必要运用容量较大的静态存储器，以便写入尽可能多的数据信息并确保掉电后数据不丢掉。因为EEPROM自身的规划工艺。寿数有限，并且写入的时刻较长，因而不合适用于电池供电的体系。血压计需求保存的数据规划依次为收缩压(2个字节)、舒张压(2个字节)、均匀压(2个字节)、脉息(2个字节)、每次记载的时刻(5个字节)等，每次丈量需求13字节存储数据。假定每天丈量4次，需求13×4=52字节，血压计可以保存7天的数据则需求364字节，故选用铁电的24cL04。当翻开血压计运用的时分，单片机在其PA0口模仿出I%&&&&&%总线的SCL，并输入给外部存储器24cL04的SCL引脚，一同PA1口与24cL04的SDA口进行数据交换，将有用的数据显现在LCD上。
电源处理模块及其相关电路规划
本血压计选用2节7号电池作为电源的输入。为了到达较好的供电质量，在此电路中挑选了DC/DC升压芯片RN5RK331A，将2节串联的1.5伏7号电池构成的3V左右的电压升到3.3V，供应体系中的模仿电路电源，也作为数字电路的正电源供应MCU(如图3所示)。考虑到气泵、气阀假如与模仿电路、数字电路直接共用一个电源，会引进比较大的搅扰，然后影响压力传感器、运放以及MCU的正常作业，所以规划成气泵、气阀不与其它器材接在一同，直接由电池供电。
别的，血压计的重要收集数据通过运放扩大的袖带气压和隔直后的脉息波，因为它们都是通过细小的信号扩大后得到的，所以A/D转化的规划也极为重要。体系选用智能充气丈量、主动降压，在降压的进程中进行丈量。因为在气阀作业降压的时分，电源遭到动摇，假如用体系电源直接拿来作为A/D的参阅电压基准，必定会给丈量带来差错。选用National Semiconductor的LM385作为A/D转化的电压基准衔接到芯片的VREF+引脚，确保收集的数据转化精确。
LCD显现模块的规划
如图4、5所示，为了运用户更为便利、简略地运用本体系，选用LCD显现。
松下的MN101EF32D芯片内置了LCD驱动模块，可以直接驱动LCD。先初始化LCD办法操控寄存器1(LCDMD)，它是8位寄存器，用来指定LCD时钟、LCD显现的ON/OFF、显现占空比等。
软件的首要流程如下：
上电后，首要完结体系的初始化作业。单片机开端给气泵供电，让袖带敏捷充气至被测者收缩压以上约30mmHg左右。之后单片机通过1路A/D开端收集袖带的气压，并依据袖带内气压下降的速度来操控排气阀排气，使袖带内匀速降压(3~5mmHg /s)。与此一同，别的1路A/D开端收集通过隔直的脉息波。当脉息波的振幅最大时，袖带的压力便是动脉的均匀压。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。
软件首要细分为以下3个重要模块：
一)匀速降压操控模块
虽然气阀有主动缓慢放气的特色，但为了使袖带敏捷充气至被测者收缩压以上30mmHg左右后匀速降压(3~5mmHg /s)，而不能用一般的处理办法，因为整个丈量进程中简略遭到外界轰动的影响，如人为的轰动袖带、气管的轰动、人的身体运动等，别的气管的刚性度也会影响到袖带内气压弱小的改动。所以袖带内的压力下降的速度与气阀开关的频率为非线形联系。
本规划选用了PID算法来操控气阀的开关时刻来确保袖带以3~5mmHg /s的速度匀速降压。遭到单片机的处理速度和RAM资源的约束，这儿不选用浮点数运算，而将一切参数悉数用整数，终究再除以2N(相当于移位)，作相似定点数运算，可大大提高运算速度。终究赋值给守时器，来操控气阀的敞开时刻，然后确保降压的速度稳定。
在PID算法中三个根本的参数Kp、Ki、Kd的设定与调整是比较难的部分，依据这些参数的效果原理，总结调整办法大致如下：
1、压力很快就降到目标值，但压力降的太多：
a)份额系数太大;
b)微分系数过小;
2、压力下降达不到目标值：
a)份额系数过小;
b)积分系数过小;
3、根本上可以操控在目标上，但上下差错较大，且常常动摇
a)微分系数过小;
b)积分系数过大;
二)信号处理模块
本血压计丈量信号为2路，MPS-3100-006G压力传感器的信号首要进行低通滤波处理，扫除因外界搅扰形成的信号读数的差错，之后扩大送AD1，作为静态血压信号;隔直后经再次扩大送AD2，作为脉息波信号。因为MN101EF32D的A/D为10位，因而最高精度可达1/1024。为了最大极限地使用A/D转化的采样速度，用中止来完结A/D转化后的数据处理。当A/D转化结束，在中止程序中，用防脉冲搅扰移动均匀值法来完结简略有用的数字滤波，使丈量愈加精确。详细做法为在一次守时中止内接连进行5次A/D转化，去掉最大值和最小值，剩下3个数据求算术均匀值，该算术均匀值作为此次的A/D转化成果。
三)核算血压模块
袖带气压和脉息波经信号处理模块的处理后，得出如图6所示的数据。图中的下方为被测者的脉息波，上方为血压计升压和压降进程中的袖带压力。在此基础上剖析信号，供收缩压、舒张压、均匀压和心率的核算。单片机在丈量进程中现已存储各个脉息波的峰值，以及每个脉息波的间隔时刻。
收缩压判据的确认选用最大振幅法，即在放气进程中脉息波起伏包络线的上升段，当某一个脉息波的起伏Ui与最大起伏Um(均匀压)之比刚刚大于Ks时，就以为此刻对应的气袖压力为收缩压。
Ps=P/Ui=Ks*Um
舒张压判据的确认也是用最大振幅法来断定的，不过是在脉息波起伏包络线的下降段，当某一个脉息波的起伏Ui与最大起伏Um(均匀压)之比刚刚小于Kd时，就以为此刻对应的气袖压力为舒张压。
Pd=P/Ui=Kd*Um
先用经历参数Ks = 0.54和Kd = 0.72来核算，经测验后再进行批改。
心率即为脉息波的周期，详细也为算术均匀值做法。
定论
根据MN101EF32D单片机的血压计，充沛使用了该芯片自身的功用，具有电路简略、功耗低、电源要求单一、精度高以及实用性强等特色，有着宽广的市场前景。
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