基于MN101EF32D電子血壓計工作原理

引言

血壓是極為重要的健康指標，血壓測量的準確與否直接關系到人們的健康。國家把血壓計列為強制檢定計量器具。一般醫(yī)院使用的水銀血壓計基于人工柯氏音法，這種方法存在一些固有的缺點：一是放氣的快慢對讀數(shù)有直接影響，國際標準放氣速度為每秒3～5mmHg，而不同的醫(yī)生放氣有快有慢，會影響測量的準確度；二是這種方法以人的視覺、聽覺和協(xié)調(diào)程度為主要依據(jù)，很難標準化。為此，本設計從血壓的檢測方法著手，采用日本松下公司高速、低功耗的MN101EF32D單片機，作為血壓計測量、控制、數(shù)據(jù)讀寫、數(shù)據(jù)顯示的核心，可準確地采用示波法（振蕩法）測量血壓。

工作原理

示波法（振蕩法）是根據(jù)袖帶在減壓過程中，其壓力振蕩波的振幅變化包絡線來判定血壓的。目前比較一致的看法是當袖帶壓力振蕩波的振幅最大時，袖帶的壓力就是動脈的平均壓。動脈的收縮壓對應于振幅包絡線的第一個拐點，舒張壓對應于包絡線的第二個拐點。

硬件設計

系統(tǒng)基本工作原理如圖1所示。壓力傳感器輸出的電壓信號首先通過低通濾波器濾波，之后由運放電路將信號轉(zhuǎn)化為適合單片機的輸入信號，最后將模擬的采樣信號經(jīng)過MN101EF32D單片機轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。程序?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)進行數(shù)字濾波后分析，計算出人體血壓的兩個關鍵指標舒張壓和收縮壓，之后單片機立即將數(shù)據(jù)存儲到外部存儲器中，并將這些重要數(shù)據(jù)顯示在LCD上。

傳感器介紹及其外圍電路的設計

該血壓計使用的傳感器為MPS-3100-006G壓阻式壓力傳感器，是由四個等值電阻組成的惠式電橋，其輸出電壓和輸入壓力成正比，理想狀態(tài)下當壓力輸入時，電阻值就跟著改變，但實際上溫度的改變也會影響其阻值輸出結(jié)果。另外，由于晶體和電路設計制作的誤差，加上封裝過程等方面的影響，零點偏移不是零。所以必須由外加元件來進行個別溫度補償電路校正。其重要指標如下：

a、傳感器測定范圍：5.8~15 PSIG

b、操作溫度范圍：-40℃~85 ℃

c、驅(qū)動電流：1.5~3mA

d、驅(qū)動電壓：5~15V

e、零點漂移：?25~25mV

f、電阻溫度系數(shù)為：0.2％/℃

因為血壓信號取自手臂，測量的信號容易受袖帶的位置、手臂的挪動而帶來的干擾。根據(jù)這些專業(yè)特點，要求系統(tǒng)具備高輸入阻抗、高增益、高共模抑制比、低噪聲以及低漂移等特征。如圖2所示，圖中的T1即為MPS-3100-006G壓阻式壓力傳感器。整個電路首先將壓力信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，然后進行放大濾波。圖中U1、U2為有源運放LM324，它的輸入阻抗很高。壓力傳感器的信號通過放大后，并通過調(diào)節(jié)VR1的大小來改變運放的閉環(huán)增益，以調(diào)節(jié)為適應于A/D的電壓輸入范圍。U1運放回路用來測量袖帶中的壓力，測量的數(shù)據(jù)用來供MCU分析并控制對袖帶充氣和放氣的速度。另外U2運放回路是將通過C11電容隔直的交流信號放大，此回路測量的是人體的脈搏波。兩個回路的采集數(shù)據(jù)構(gòu)成了血壓計各個指標的重要計算參數(shù)。