專利名稱：一種血壓測量電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了一種血壓測量電路，特別是提供了一種不需要ADC轉(zhuǎn)換，而實現(xiàn)的 高精度血壓測量電路。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的血壓測量方法直接對壓力傳感器的信號進行采樣，由于信號含有多次諧波 干擾信號以及電源信號等，導(dǎo)致有用信號被噪聲所淹沒。僅靠ADC轉(zhuǎn)換器對電壓值信號的 采樣所獲得的信號值并不是原始的壓電信號的大小，而是疊加噪聲之后的電壓信號值。由于ADC轉(zhuǎn)換器的采樣誤差大，精度低，以及由離散化帶來的各次的諧波的干擾， 加大了濾波和系統(tǒng)處理的難度，且數(shù)字信號精度受制于ADC轉(zhuǎn)換器的精度。因此，由ADC引 入的誤差導(dǎo)致對脈搏信號的判斷不夠準(zhǔn)確，從而影響對高壓低壓的判斷，引起誤診斷。而且，由于ADC的采樣效果較差，必須采用軟件濾波才能達到較好的濾波效果，但 是軟件濾波需要較長的時間和較多的硬件資源以及復(fù)雜的算法，從而降低了系統(tǒng)的實時 性，增加了設(shè)計難度，若要解決此類問題，則需要增加成本采用處理能力更高的信號處理器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種血壓測量電路。采用 本發(fā)明可以不需要ADC轉(zhuǎn)換便可將脈搏電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，不僅避免了由于ADC轉(zhuǎn)換 引入的誤差，而且大大提高了輸出信號的精度。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是—種血壓測量電路包括差分放大電路、比較電路、鋸齒波發(fā)生電路、信號調(diào)理電 路、混頻電路和單片機，差分放大電路根據(jù)輸入的脈搏電信號產(chǎn)生差分信號，并將差分信號輸出到比較電 路；一級鋸齒載波發(fā)生電路在單片機的控制下產(chǎn)生頻率與幅度可控制的鋸齒波信號，并將 鋸齒波信號輸出到比較電路；比較電路利用輸入的鋸齒波信號對差分信號進行采樣從而產(chǎn) 生占空比信號，并將占空比信號輸出到信號調(diào)理電路；信號調(diào)理電路對輸入的空比信號進 行整形后輸出到混頻電路；混頻電路利用單片機產(chǎn)生的高頻載波信號對占空比信號進行混 頻，并將混頻信號輸出到單片機；單片機根據(jù)輸入的混頻信號解釋成血壓值后顯示。所述的鋸齒波發(fā)生電路可產(chǎn)生頻率50Hz、波峰為1. 4V、波谷為200mV的鋸齒波信 號。所述的信號調(diào)理電路將比較電路輸出的信號分為兩路同時輸入，將兩路輸入信號 進行與非操作進行整形后輸出。所述的高頻載波信號為250kHz的占空比50%的方波信號。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(1)本發(fā)明先后使用鋸齒波信號與高頻載波信號對輸入的脈搏電信號進行采樣，與ADC轉(zhuǎn)換相比，大大提高了采樣精度，實現(xiàn)了對原始信號的還原。(2)本發(fā)明利用單片機控制鋸齒波信號與高頻載波信號的參數(shù)，實現(xiàn)了對脈搏電 信號處理的控制，擴展了本發(fā)明的可用性。(3)采用本發(fā)明所獲得的輸出信號，具有與原始信號十分相似的包絡(luò)分布，便于單 片機直接進行處理分析，省去了進一步濾波的處理，節(jié)省了單片機運算的軟硬件資源。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖2為脈搏電信號波形圖3為鋸齒波信號波形圖4為高頻載波信號波形圖5為壓電傳感器電路圖6為實施例電路圖7為鋸齒波發(fā)生電路圖8為74HC00芯片管腳連接圖9為實施例輸出信號波形圖10為現(xiàn)有產(chǎn)品輸出信號波形圖
具體實施例方式如圖1所示，為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。包括壓電轉(zhuǎn)換器、差分放大電路、比較電路、鋸 齒波發(fā)生電路、信號調(diào)理電路、混頻電路和單片機。各電路器件間的連接關(guān)系如圖中所示。傳統(tǒng)的電子血壓計工作原理是將人的脈搏跳動信號疊加到逐漸放氣過程中的袖 帶氣壓信號，通過電機的轉(zhuǎn)動帶動袖帶的收縮，使袖帶壓力增大致阻斷血液流經(jīng)上臂。在 逐漸減小袖帶壓力，在此過程中血流恢復(fù)，其中的脈搏信號逐漸增大，形成的波形如圖2所
7J\ ο本發(fā)明基于已獲取的脈搏曲線，利用鋸齒波發(fā)生電路產(chǎn)生的鋸齒波信號對差分放 大器輸出的差分信號進行比較采樣，從而獲得占空比與壓力成比的占空比信號如圖3。單片 機再產(chǎn)生高頻載波信號對占空比信號進行混頻，從而可獲得如圖4所示的混頻信號。最后，由單片機使能內(nèi)部數(shù)字比較器對混頻信號中的高頻脈沖進行計數(shù)，通過換 算得到脈搏波峰峰值，進而按照血壓計示波法計算收縮壓、舒張壓和心率。通過對脈搏曲線的處理，可簡化血壓計算法，省去了現(xiàn)有技術(shù)中的ADC采樣電路， 從而避免了采用ADC轉(zhuǎn)換所引入誤差，提高產(chǎn)品精度和抗擾度，并為實際生產(chǎn)過程減低了 電路成本。實施例下面就結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步介紹。1、壓電傳感器在實施例中，采用壓電傳感器MPS獲取脈搏信號。如圖5，為MPS的電路圖。當(dāng)袖 帶壓力變化時壓電傳感器MPS的內(nèi)部電橋會出現(xiàn)不平衡。電路連接方面MPS的4引腳懸空，1引腳與電阻電橋電路中的電阻Rll和電阻RlO
4相連，6引腳與電阻電橋電路中的電阻Rl3和電阻Rl2相連。電阻Rl 1、電阻RlO與電阻Rl3 電阻R12中間形成一路輸出MPS16，MPS16與3引腳構(gòu)成MPS對脈搏的電位差信號輸出，電 阻電橋電路不平衡時，輸出電壓出現(xiàn)壓差，將兩不平衡的兩點分別接入差分放大器的兩個 輸入端，從而可為本電路提供所需的脈搏電信號。2與5引腳分別與LM324的14和13引腳 相連。2、差分放大電路差分放大電路圖如圖6中差分放大電路虛線框所圍部分。差分放大電路采用 LM324放大器。LM324的2引腳和3引腳為輸入，1引腳為輸出，電源正端從4引腳接入，將 電源負(fù)端從11引腳接入。電阻Rl = 240ΚΩ，串聯(lián)于LM324的2引腳與MPS的5引腳之 間；電阻R2 = 240ΚΩ ；LM324的2引腳與1腳間串聯(lián)電阻R3與電阻R4，其中R3 = R4 = 220ΚΩ ；電阻R3與電阻R4之間通過電阻R5、電阻R6與電阻R7與LM324的3引腳相連，電 阻R5 = 4. 7ΚΩ、R6 = 10ΚΩ、R7 = 220ΚΩ、R8 = 220ΚΩ組成匹配電阻，可使增益被配置 為30Ui+Vr，Vr = 200mV為參考電壓，Cl = 120nF為濾波電容，并聯(lián)在電阻Rl與電阻R2之 前，可濾除信號中的高頻差模擾動。3、鋸齒波發(fā)生電路如圖7所示，為鋸齒波發(fā)生電路的電路圖，電路中各元器件的連接關(guān)系如圖中所 示。鋸齒波發(fā)生電路可以在單片機的控制下產(chǎn)生頻率與幅度可控制的鋸齒波信號，。實現(xiàn)時采用了一片LM324，其中LM324的7引腳為輸出。單片機輸出與CCMl相 連，通過三極管S9013對電容C2進行充放電，從而可控制輸出信號的頻率與幅度。其中，電 阻 R14 = 4. 7K Ω、電阻 R15 = 180Κ Ω、電阻 R16 = 220Κ Ω、電阻 R17 = 200Κ Ω、電阻 R18 = IOK Ω、電阻 R19 = 200Κ Ω、電容 C5 = 120nF、電容 C2 = IOnF04、比較電路比較電路如圖6中比較電路虛線框所圍部分。比較電路由LM324與電阻R20、電阻 R21 和電容 C4 組成，其中電阻 R20 = 20ΚΩ、電阻 R21 = 1001(0、電容04 = 120nF。LM324 的9、10引腳分別通過電阻R21和電阻R20接收由差分放大電路與鋸齒波發(fā)生電路輸入的
差分信號和鋸齒波信號。比較電路利用輸入的鋸齒波信號對差分信號進行采樣。脈搏電信號如圖2所示， 信號的峰峰值在時間上間隔為0. 8秒，范圍在200mV 1. 4V之間的信號，鋸齒波信號如圖 3所示，頻率為50Hz，波峰為1. 4V、波谷為200mV，頻率與幅度均高于由脈搏電信號產(chǎn)生的差 分信號。利用鋸齒波信號對差分信號的采樣的規(guī)則為若鋸齒波信號幅度高于差分信號，則輸出高電平；若鋸齒波信號幅度低于差分信號，則輸出低電平。因此，比較電路可產(chǎn)生高低電平交替的占空比信號6、信號調(diào)理電路信號調(diào)理電路如圖6中信號調(diào)理電路虛線框所圍部分。信號調(diào)理電路采用了一 片74HC00。比較電路輸出的占空比信號分為兩路輸入到74HC00中，對輸入的同一信號進 行與非操作，從而可實現(xiàn)對占空比信號的整形，去掉信號中的毛刺，并將高電平信號拉高只 3. 3V，把低電平信號置為0V。
7、混頻電路混頻電路利用單片機產(chǎn)生高頻載波信號與占空比信號進行混頻，即利用頻率更高 的高頻載波信號對占空比信號進行采樣?；祛l電路同樣采用了一片74HC00，電路連接如圖 6中混頻電路虛線框所圍部分?；祛l操作為利用高頻載波信號與占空比信號相與非，本實施例中的高頻載波信 號為如圖4所示的頻率250kHz的占空比50%的方波信號。當(dāng)占空比信號為高電平時，混頻電路輸出與高頻載波信號相位相反，頻率相同的 方波信號；當(dāng)占空比信號為低電平時，混頻電路始終輸出高電平。因此，通過混頻操作可以進一步提高對占空比信號的精度。如圖8所示，為74HC00芯片管腳連接圖，信號調(diào)理電路與混頻電路共用一片 74HC00芯片。Output用于連接比較電路的輸出，將信號分為兩路后分別從74HC00芯片的 1、2引腳輸入到信號調(diào)理電路；3引腳為信號調(diào)理電路的輸出，4引腳為混頻電路的占空比 信號輸入，3引腳與4引腳相連；5引腳與單片機的MCUcontrol相連接，作為混頻電路的高 頻載波信號輸入；FinalOutput為混頻電路的輸出。生成的混頻信號送回到單片機，由單片機使能內(nèi)部數(shù)字比較器功能對混頻信號中 的高頻脈沖進行計數(shù)，通過計算得出最后的結(jié)果。本發(fā)明對輸出信號的精度的設(shè)計指標(biāo)為對于心跳次數(shù)的測量結(jié)果誤差在Ibpm 以內(nèi)(即每分鐘不超過1下)，對于血壓精度的測量結(jié)果誤差可控制在5毫米汞柱以內(nèi)。而 對于當(dāng)前市場上的血壓計的血壓精度則一般在10毫米汞柱左右。對于本血壓測量電路精度的分析可進一步參考圖9與圖10。其中，如圖9所示為 采用本發(fā)明電路輸出的混頻信號，可以看出圖9中的信號波形與圖2所示的脈搏電信號波 形具有很高的相似程度。而圖10為當(dāng)前市場上所使用的血壓計測量電路輸出的信號，分析 信號的上下包絡(luò)曲線可以看出，信號具有較多毛刺，此信號輸入到單片機后仍然需要進一 步的軟件濾波操作，以達到單片機對信號分析的要求。而進行軟件濾波則需要消耗單片機 的軟硬件資源，造成單片機成本的提高或單片機分析精度的降低。因此，比較圖9與圖10可進一步看出本發(fā)明對輸出信號精度的改善程度，且在提 高了精度的基礎(chǔ)上，節(jié)省了相應(yīng)的軟硬件計算資源。本發(fā)明未詳細(xì)說明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識。
權(quán)利要求
1.一種血壓測量電路，其特征在于包括差分放大電路、比較電路、鋸齒波發(fā)生電路、 信號調(diào)理電路、混頻電路和單片機，差分放大電路根據(jù)輸入的脈搏電信號產(chǎn)生差分信號，并將差分信號輸出到比較電路； 一級鋸齒載波發(fā)生電路在單片機的控制下產(chǎn)生頻率與幅度可控制的鋸齒波信號，并將鋸齒 波信號輸出到比較電路；比較電路利用輸入的鋸齒波信號對差分信號進行采樣從而產(chǎn)生占 空比信號，并將占空比信號輸出到信號調(diào)理電路；信號調(diào)理電路對輸入的空比信號進行整 形后輸出到混頻電路；混頻電路利用單片機產(chǎn)生的高頻載波信號對占空比信號進行混頻， 并將混頻信號輸出到單片機；單片機根據(jù)輸入的混頻信號解釋成血壓值后顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度血壓測量電路，其特征在于所述的脈搏電信號 通過壓電轉(zhuǎn)換器獲取，利用壓電傳感器可以將測得的脈搏跳動轉(zhuǎn)換為兩路具有抖動的脈搏 電信號，并將這兩路脈搏電信號輸出到差分放大電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度血壓測量電路，其特征在于所述的鋸齒波發(fā)生 電路可產(chǎn)生頻率50Hz、波峰為1. 4V、波谷為200mV的鋸齒波信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度血壓測量電路，其特征在于所述的信號調(diào)理電 路將比較電路輸出的信號分為兩路同時輸入，將兩路輸入信號進行與非操作進行整形后輸 出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度血壓測量電路，其特征在于所述的高頻載波信 號為250kHz的占空比50%的方波信號。
全文摘要
一種血壓測量電路，其特征在于包括差分放大電路、比較電路、鋸齒波發(fā)生電路、信號調(diào)理電路、混頻電路和單片機，通過單片機可控制鋸齒波發(fā)生電路產(chǎn)生鋸齒波信號，利用比較電路對差分放大電路輸出的信號進行一級采樣，在利用信號調(diào)理電路對比較電路輸出信號進行調(diào)理后，再利用混頻電路對信號進行二級采樣產(chǎn)生最終可利用單片機分析的信號。使用本發(fā)明避免由于AD采樣所帶來的采樣精度低的問題，省去了單片機中軟件濾波的處理，節(jié)省了軟硬件資源。
文檔編號A61B5/021GK101999893SQ20101029797
公開日2011年4月6日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者劉國華, 李克, 溫春玉, 王永云, 祝建彬, 趙京偉, 陳敏 申請人:中國航天科技集團公司第九研究院第七七二研究所, 北京時代民芯科技有限公司