大三上的設(shè)計，分享給大家
設(shè)計采用的是拐點法測量，藍(lán)牙模塊可以刪去，有按鈕測量開關(guān)
1.1 基于單片機(jī)的電子血壓計簡介
1.1.1 基于單片機(jī)的電子血壓計的介紹 該產(chǎn)品重量輕，便攜，可放入醫(yī)生護(hù)士口袋。無水銀，增強(qiáng)環(huán)保性，避免了 因水銀泄露而造成的污染事故。操作簡單易懂，特別適合家庭使用。
1.1.2 基于單片機(jī)的電子血壓計功能簡介 該血壓計以壓力傳感器測得血壓值，傳入單片機(jī)，再將血壓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字 信號，然后由控制核心單片機(jī)控制，經(jīng)主程序處理數(shù)據(jù)之后，在液晶顯示器上把 數(shù)據(jù)顯示出來,并通過藍(lán)牙串口發(fā)送給上位機(jī)。
1.2 血壓計裝置設(shè)計方案
1.2.1 設(shè)計總體要求 基于單片機(jī)的電子血壓計是傳感技術(shù)和微電腦技術(shù)的結(jié)合體，它的結(jié)構(gòu)應(yīng)該能保 證完成四項基本任務(wù)： 測量高壓和低壓 測量脈搏 顯示血壓和脈搏 在上位機(jī)顯示血壓脈搏
1.2.2 具體設(shè)計方案 在這里介紹一下有關(guān)血壓的基本知識，血壓是血液在血管內(nèi)流動時對血管壁 的側(cè)壓力。血壓分收縮壓和舒張壓。當(dāng)心室收縮向動脈泵血時，血壓升高，其最 高值為收縮壓。心室舒張時，血壓降低，其最低值為舒張壓。血壓通常以上肢肪 動脈測得的血壓為代表，正常成年人上肢動脈的收縮壓為 90~140 毫米汞柱，舒 張壓為 60~90 毫米汞柱。血壓過低或過高都是疾病的征象。
2 .血液在動脈血管中的壓力隨著心臟的收縮、舒張而不斷變化，而人的心臟的 收縮頻率即心率比較低，一般在 30~300bpm，由此血壓脈動信號相對而言還是屬 于一種緩慢變化的信號，我的設(shè)計是采用外接式的結(jié)構(gòu)，以 STC89RC52 單片機(jī) 為核心，形成種連續(xù)數(shù)據(jù)采集串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞健?藍(lán)牙模塊采用 HC-05 發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)有顯示血壓，脈搏的功能。 本設(shè)計是基于 80C51 單片機(jī)的設(shè)計，具體裝置方案如下圖 1.1 所示：
硬件工作流程圖如圖 1.2 所示。 電源開啟過后，若有必要修改系統(tǒng)的默認(rèn)參數(shù)、經(jīng)過了這個階段以后，系統(tǒng) 將對某些參數(shù)和硬件內(nèi)部的一些寄存器進(jìn)行初始化工作。初始化完成之后，將讀 取血壓力值，等待讀取轉(zhuǎn)換結(jié)束。待采樣的時間達(dá) 1 秒鐘后將分析數(shù)據(jù)結(jié)果，求 出最大值和最小值，將這些數(shù)據(jù)處理后即為收縮壓和舒張壓。將它們送往 LCD1602 液晶屏進(jìn)行顯示。 1.3 基于單片機(jī)的電子血壓計工作原理 1.3.1 血壓測量的工作原理 心臟一張一縮，使血液在循環(huán)器官內(nèi)川流不息。血液在血管內(nèi)流動時，無論 心臟收縮或舒張，都對血管壁產(chǎn)生 一定的壓力。當(dāng)心臟收縮時，大動脈里的壓 力最高，這時的血液稱為“高壓”；左心室舒張時，大動脈里的壓力最低，故稱 為“低壓” 。平時我們所說的“血壓”實際上是指上臂肱動脈，即胳膊窩血管 的血壓測定，是大動脈血壓的間接測定。通常我們測血壓右側(cè)與左側(cè)的血壓不一 樣，最高可相差 10 毫米汞柱，最低相差不到 5 毫米汞柱。 一般醫(yī)學(xué)測量，是根據(jù)氣袖在減壓過程中，其壓力振蕩波的振幅變化包絡(luò)線 來判定血壓的。目前比較一致的看法是當(dāng)氣袖壓力振蕩波的振幅最大的時候，氣 袖的壓力是動脈的平均壓。動脈的收縮壓對應(yīng)于振幅包絡(luò)線的第一個拐點，舒張 壓對應(yīng)于包絡(luò)線的第二個拐點。 如圖 1.3.-1 所示
示波法又稱為壓力振蕩法,其工作過程是先將袖帶充氣以阻斷動脈血流,然后 在放氣過程中檢測袖帶內(nèi)的氣體壓力并提取微弱的脈搏波。如圖所示,當(dāng)袖帶壓 力 P 遠(yuǎn)高于收縮壓時,脈搏波消失,隨著袖帶壓力下降到收縮壓 Ps 時,脈搏開始出 現(xiàn)。當(dāng)袖帶壓力從高于收縮壓降到收縮壓 Ps 以下時,脈搏波會突然增大,在平均壓 Pm 時幅值達(dá)到最大。然后脈搏波又隨袖帶壓力下降而衰減。示波法血壓測量就 是根據(jù)脈搏波幅度與袖帶壓力之間的關(guān)系來估計血壓的。脈搏波最大值對應(yīng)的是 平均壓,收縮壓 Ps 和舒張壓 Pd 分別由對應(yīng)脈搏波最大幅值的比例來確定。通過 查閱文獻(xiàn)與結(jié)合一些醫(yī)生的臨床測量得出的結(jié)果：收縮壓一般為峰值前 Ks=0.5 峰值左右的波動點，而舒張壓一般為峰值后 Kd=0.8 峰值左右的波動點。 血壓信號以及收縮舒張壓的位置如圖 1.3-2 所示
先找出最大振幅值 Amax,在往前找幅值為 0.5Amax 的瞬態(tài)位置對應(yīng)血壓直 流分量即為收縮壓,往后找幅值為 0.8Amax 的瞬態(tài)位置對應(yīng)血壓直流分量即為舒 張壓,將計算出的收縮壓和舒張壓結(jié)果輸出至液晶驅(qū)動器顯示。
1.3.2 基于單片機(jī)的電子血壓計的工作原理 氣泵在充氣時，袖帶內(nèi)部產(chǎn)生壓力，與袖帶相連接的壓力傳感器 XGZP684 會根據(jù)這個壓力值輸出對應(yīng)的電壓值，因為單片機(jī)是不能直接處理模擬信號的， 所以經(jīng)過一個高精度 12 位 AD 芯片 TLC2543 將電壓值轉(zhuǎn)化數(shù)字信號，由單片機(jī) STC89C52 進(jìn)行讀取。單片機(jī)在程序的控制下，讀入信號后，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與運 算，得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)，然后經(jīng) LCD1602 液晶顯示模塊進(jìn)行顯示，并通過藍(lán)牙發(fā) 送給上位機(jī)。
2 傳感器的選擇 血壓和脈搏的測量需要的是壓力傳感器。 壓力傳感器是將壓力轉(zhuǎn)換為電信號輸出的傳感器。通常把壓力測量儀表中的 電測式儀表稱為壓力傳感器。壓力傳感器一般由彈性敏感元件和位移敏感元件 （或應(yīng)變計）組成。彈性敏感元件的作用是使被測壓力作用于某個面積上并轉(zhuǎn)換 為位移或應(yīng)變，然后由位移敏感元件或應(yīng)變計轉(zhuǎn)換為與壓力成一定關(guān)系的電信 號。有時把這兩種元件的功能集于一體，如壓阻式傳感器中的固態(tài)壓力傳感器。 2.1 壓電壓力傳感器 利用電氣元件和其他機(jī)械把待測的壓力轉(zhuǎn)換成為電量，再進(jìn)行相關(guān)測量工作 的測量精密儀器。壓電傳感器只可以應(yīng)用在動態(tài)測量當(dāng)中。主要的壓電材料是： 磷酸二氫胺、酒石酸鉀鈉和石英。隨著技術(shù)的發(fā)展，壓電效應(yīng)也已經(jīng)在多晶體上 得到應(yīng)用了。例如：壓電陶瓷，鈮鎂酸壓電陶瓷、鈮酸鹽系壓電陶瓷和鈦酸鋇壓 電陶瓷等等都包括在內(nèi)。 以壓電效應(yīng)為工作原理的傳感器是機(jī)電轉(zhuǎn)換式和自發(fā)電式傳感器。它的敏感 元件是用壓電材料制作而成的。當(dāng)壓電材料受到外力作用時表面會形成電荷，電 荷通過電荷放大器、測量電路的放大以及變換阻抗以后，就會被轉(zhuǎn)換成為與所受 外力成正比關(guān)系的電量輸出。它用來測量力以及可以轉(zhuǎn)換成為力的非電物理量， 例如：加速度和壓力。 優(yōu)點是：重量較輕、工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、信噪比高、靈敏度高以及信頻寬 等。 缺點是：有部分電壓材料忌潮濕，因此需要采取一系列的防潮措施；而輸出 電流響應(yīng)又比較差，就要使用電荷放大器或者高輸入阻抗電路來彌補這個缺點。
2.2 壓阻壓力傳感器 壓阻效應(yīng)是用來描述材料在受到機(jī)械式應(yīng)力下所產(chǎn)生的電阻變化。不同于壓 電效應(yīng)，壓阻效應(yīng)只產(chǎn)生阻抗變化，并不會產(chǎn)生電荷。大多數(shù)金屬材料與半導(dǎo)體 材料都被發(fā)現(xiàn)具有壓阻效應(yīng)。由于硅是現(xiàn)今集成電路的主要材料，以硅制作而成 的壓阻元件的應(yīng)用就變得非常有意義。電阻變化不單是來自與應(yīng)力有關(guān)的幾何形 變，而且也來自材料本身與應(yīng)力相關(guān)的電阻，這使得其程度因子大于金屬數(shù)百倍 之多。 壓阻壓力傳感器一般通過引線接入惠斯登電橋中。平時敏感芯體沒有外加壓 力作用，電橋處于平衡狀態(tài)（稱為零位），當(dāng)傳感器受壓后芯片電阻發(fā)生變化， 電橋?qū)⑹テ胶?。若給電橋加一個恒定電流或電壓電源，電橋?qū)⑤敵雠c壓力對應(yīng) 的電壓信號，這樣傳感器的電阻變化通過電橋轉(zhuǎn)換成壓力信號輸出。電橋檢測出 電阻值的變化，經(jīng)過放大后，再經(jīng)過電壓電流的轉(zhuǎn)換，變換成相應(yīng)的電流信號， 該電流信號通過非線性校正環(huán)路的補償，即產(chǎn)生了與輸入電壓成線性對應(yīng)關(guān)系的 4～20mA 標(biāo)準(zhǔn)輸出信號。 為減小溫度變化對芯體電阻值的影響，提高測量精度，壓力傳感器都采用溫 度補償措施使其零點漂移、靈敏度、線性度、穩(wěn)定性等技術(shù)指標(biāo)保持較高水平。
2.3 電容壓力傳感器 利用電容作為敏感元件，將被測壓力轉(zhuǎn)換成電容值改變的壓力傳感器。這種 壓力傳感器一般采用圓形金屬薄膜或鍍金屬薄膜作為電容器的一個電極，當(dāng)薄膜 感受壓力而變形時，薄膜與固定電極之間形成的電容量發(fā)生變化，通過測量電路 即可輸出與電壓成一定關(guān)系的電信號。電容式壓力傳感器屬于極距變化型電容式 傳感器，可分為單電容式壓力傳感器和差動電容式壓力傳感器。
單電容式壓力傳感器由圓形薄膜與固定電極構(gòu)成。薄膜在壓力的作用下變 形，從而改變電容器的容量，其靈敏度大致與薄膜的面積和壓力成正比，而與薄 膜的張力和薄膜到固定電極的距離成反比。另一種型式的固定電極取凹形球面 狀，膜片為周邊固定的張緊平面，膜片可用塑料鍍金屬層的方法制成。這種型式 適于測量低壓，并有較高過載能力。還可以采用帶活塞動極膜片制成測量高壓的 單電容式壓力傳感器。這種型式可減小膜片的直接受壓面積，以便采用較薄的膜 片提高靈敏度。它還與各種補償和保護(hù)部以及放大電路整體封裝在一起，以便提 高抗干擾能力。這種傳感器適于測量動態(tài)高壓和對飛行器進(jìn)行遙測。單電容式壓 力傳感器還有傳聲器式（即話筒式）和聽診器式等型式。 差動電容式壓力傳感器的受壓膜片電極位于兩個固定電極之間，構(gòu)成兩個電 容器。在壓力的作用下一個電容器的容量增大而另一個則相應(yīng)減小，測量結(jié)果由 差動式電路輸出。它的固定電極是在凹曲的玻璃表面上鍍金屬層而制成。過載時 膜片受到凹面的保護(hù)而不致破裂。差動電容式壓力傳感器比單電容式的靈敏度 高、線性度好，但加工較困難（特別是難以保證對稱性），而且不能實現(xiàn)對被測 氣體或液體的隔離，因此不宜于工作在有腐蝕性或雜質(zhì)的流體中。 2.4 電磁壓力傳感器 利用電磁原理的傳感器統(tǒng)稱為電磁壓力傳感器，主要包括電感壓力傳感器、 霍爾壓力傳感器、電渦流壓力傳感等。 血壓計要求壓力測量范圍大概為 0mmHg-300mmHg 換算為 Pa 為 0-40Kpa。 2.5 確定方案 綜合考慮，我選擇了壓阻傳感，XGZP68470KPG 型壓力傳感器模塊。 XGZP6847040KPG 型壓力傳感器模塊，測量范圍 0~40kPa。具有價格低， 使用簡便等優(yōu)點，可用于個類氣體壓力計，血壓計等設(shè)備。 XGZP6847040KPG 型壓力傳感器模塊采用 DIP 封裝形式，壓力傳感器作 為敏感元件并集成了數(shù)字調(diào)理芯片，PCB 板的 2 面分別安裝有 SOP 封裝的壓 力傳感器與信號處理電路芯片，對傳感器的偏移、靈敏度、溫漂和非線性進(jìn)行數(shù) 字補償，以供電電壓為參考,產(chǎn)生一個經(jīng)過校準(zhǔn)、溫度補償后的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號。 XGZP6847 型壓力傳感器模塊尺寸小、易安裝，可根據(jù)用戶要求標(biāo)定輸出信號， 廣泛用于醫(yī)療電子、汽車電子、運動健身器材等領(lǐng)域。其中壓力與血壓之前的換 算關(guān)系為 100kPa = 1bar ≈ 14.5PSI ≈ 750mmHg.
3 信號調(diào)理電路 3.1 壓力測量原理 XGZP 型壓阻式壓力敏感元件是一款適用于生物醫(yī)學(xué)、汽車電子等領(lǐng)域的壓 力傳感器，其核心部分是 一顆利用 MEMS 技術(shù)加工的硅壓阻式壓力敏感芯片。 該壓力敏感芯片由一個彈性膜及集成在膜上的四個 電阻組成，四個壓敏電阻形 成了惠斯通電橋結(jié)構(gòu)，當(dāng)有壓力作用在彈性膜上時電橋會產(chǎn)生一個與所加壓力成 線性比例關(guān)系的電壓輸出信號。
3.2 信號調(diào)理電路基本原理 XGZP6847040KPG 型壓力傳感器模塊 PCB 板的 2 面分別安裝有 SOP 封 裝的壓力傳感器與信號處理電路芯片，對傳感器的偏移、靈敏度、溫漂和非線性 進(jìn)行數(shù)字補償，以供電電壓為參考,產(chǎn)生一個經(jīng)過校準(zhǔn)、溫度補償后的標(biāo)準(zhǔn)電壓 信號。 利用現(xiàn)代信號調(diào)理技術(shù)，以信號調(diào)理芯片為核心，通過插值法對采集的溫度 補償參數(shù)進(jìn)行擬合，從而實現(xiàn)了對壓阻式壓力傳感器溫度漂移的高精度補償。軟 件補償是利用計算機(jī)的強(qiáng)處理能力，通過一系列的補償算法對壓力傳感器因溫度 變化所產(chǎn)生的漂移進(jìn)行修正。這種方法不僅可以補償溫度變化對壓力傳感器造成 的影響，同時還可改善非線性指標(biāo)，是提高壓力傳感器精度的一種有效方法。與 硬件補償相比， 軟件補償?shù)男Ч?、精度高且成本低?基本原理如下： 溫度補償系統(tǒng)對壓阻式壓力傳感器的補償分為兩部分：預(yù)補償過程和在溫度 預(yù)設(shè)點下的正式補償過程。由于不同的壓阻式壓力傳感器橋路電阻、靈敏度、輸 出電壓范圍等參數(shù)存在很大差異，需要使用前在常溫下對壓力傳感器進(jìn)行預(yù)補 償，以保證芯片內(nèi)部電路工作在線性及可調(diào)節(jié)的范圍內(nèi)。預(yù)補償流程圖如圖 1 所示。預(yù)補償過程通常在常溫下進(jìn)行，目的是計算正式補償過程中所需要的各種 寄存器的初始化值。在預(yù)補償之后，可以進(jìn)入正式補償流程。 正式補償流程圖如圖 2 所示，補償?shù)闹饕獌?nèi)容是求取設(shè)定溫度點的靈敏度補償系 數(shù) FSO、偏移量系數(shù)補償系數(shù) OFFSE文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-412654.html
3.3 輸出電壓與輸入電壓關(guān)系 理論計算如下： 敏感元件 P 為敏感元件所受壓力單位為 KPa Uo1 為敏感元件輸出電壓理論值 Ui= 50mV+P/KPa*1mV 調(diào)理電路 Uo2 為調(diào)理電路輸出電壓理論值 Uo2=50Uo1文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-412654.html
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