一種用于血壓測量的壓力控制電路及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于血壓測量的壓力控制電路及控制方法，控制電路包括壓力傳感器、信號調(diào)理電路、微控制器、PWM控制器和蠕動泵，壓力傳感器連接信號調(diào)理電路的輸入端，信號調(diào)理電路的輸出端連接微控制器的輸入端，微控制器的輸出端連接PWM控制器的輸入端，PWM控制器的輸出端連接蠕動泵；壓力傳感器采集壓力和脈搏波的混合信號，信號調(diào)理電路接收混合信號并進行處理，獲得壓力反饋信號和脈搏波信號并向微控制器發(fā)送，微控制器經(jīng)比較、PI調(diào)節(jié)后，向PWM控制器發(fā)送控制信號，PWM控制器發(fā)出相應(yīng)脈寬的PWM信號，完成對蠕動泵的控制。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以在測量過程中有效地控制壓力勻速變化，提高測量精度。
【專利說明】-種用于血壓測量的壓力控制電路及控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)療器械【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種用于血壓測量的壓力控制電路及 控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 電子血壓計在血壓測量過程中，為了得到精確的血壓測量值，必須保證脈搏波在 各壓力點信息是均勻的，即在整個測量過程中壓力勻速變化。在傳統(tǒng)的降壓測血壓機測量 中，勻速放氣閥起著關(guān)鍵作用。而在升壓測血壓機測量中，測量方式與降壓測量原理一樣， 只是在升壓的過程中，若要求壓力勻速變化，就必須控制充氣泵的轉(zhuǎn)速非線性變化。如果控 制的不夠精確，在升壓的過程中容易造成氣流不穩(wěn)定，壓力變化速度不均勻，測量結(jié)果容易 引起偏差。目前，電子血壓計已逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的水銀柱血壓計，而采用氣泵進行壓力控制的 電子血壓計，存在氣泵控制精度有局限性，同時氣泵需額外設(shè)置放氣閥，進行放氣等缺陷。
[0003] 因此需要研發(fā)一種用于高精度血壓測量的壓力控制電路及控制方法，無論是降壓 測量方法還是升壓測量方法，都能夠在整個測量過程中有效地控制壓力勻速變化，從而提 高測量精度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種用于血壓測量 的壓力控制電路及控制方法，在測量過程中可以有效地控制壓力勻速變化，提高測量精度。
[0005] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0006] 一種用于血壓測量的壓力控制電路，包括壓力傳感器、信號調(diào)理電路、微控制器、 PWM控制器和蠕動泵，所述的壓力傳感器的輸出端連接信號調(diào)理電路的輸入端，所述的信號 調(diào)理電路的輸出端連接微控制器的輸入端，所述的微控制器的輸出端連接PWM控制器的輸 入端，所述的PWM控制器的輸出端連接蠕動泵；
[0007] 壓力傳感器采集壓力和脈搏波的混合信號，信號調(diào)理電路接收混合信號并進行 處理，獲得壓力反饋信號和脈搏波信號并向微控制器發(fā)送，微控制器經(jīng)比較、PI調(diào)節(jié)后，向 PWM控制器發(fā)送控制信號，PWM控制器發(fā)出相應(yīng)脈寬的PWM信號，完成對蠕動泵的控制。
[0008] 所述的信號調(diào)理電路包括壓力信號放大器和脈搏信號提取電路，所述的壓力信號 放大器的輸入端連接壓力傳感器，輸出端分別連接脈搏信號提取電路的輸入端和微控制器 的第一輸入端，所述的脈搏信號提取電路的輸出端連接微控制器的第二輸入端，壓力信號 放大器對壓力和脈搏波的混合信號進行放大，其輸出端輸出壓力反饋信號，脈搏信號提取 電路接收輸入信號后，從中提取脈搏波信號并輸出。
[0009] 所述的信號放大器為AD620芯片。
[0010] 所述的脈搏信號提取電路包括模擬帶通濾波器和射極跟隨器，所述的模擬帶通濾 波器的輸入端連接壓力信號放大器的輸出端，輸出端連接射極跟隨器的輸入端，所述的射 極跟隨器的輸出端連接微控制器的第二輸入端，所述的射極跟隨器為LM358芯片。
[0011] 所述的微控制器為STM32fl03芯片。
[0012] 所述的壓力傳感器為MD-PSG010芯片。
[0013] 所述的PWM控制器為L293B芯片。
[0014] 一種用于血壓測量的壓力控制方法，包括降壓測血壓的壓力控制方法或升壓測血 壓的壓力控制方法；
[0015] 所述的降壓測血壓的壓力控制方法具體步驟為：
[0016] 101 :開始檢測壓力信號和脈搏波信號，向蠕動泵發(fā)出快速加壓指令，此時，由PWM 控制器向蠕動泵發(fā)出占空比80%的脈沖進行開環(huán)控制，蠕動泵正向旋轉(zhuǎn)加壓；
[0017] 102 :當檢測到壓力信號達到預(yù)設(shè)值后，向蠕動泵發(fā)出勻速放氣指令，以0. 3mmHg/ 毫秒速率開始調(diào)節(jié)壓力降低速率，此時，PWM控制器向蠕動泵發(fā)出占空比30%的脈沖進行 閉環(huán)控制，蠕動泵反向旋轉(zhuǎn)降壓；
[0018] 103 :當脈搏波峰值開始下降，并達到最大峰值的50%時，發(fā)出檢測結(jié)束信號，PWM 控制器向蠕動泵發(fā)出占空比80%的脈沖，蠕動泵反向旋轉(zhuǎn)降壓，直至檢測的壓力信號為0 ;
[0019] 所述的升壓測血壓的壓力控制方法具體步驟為：
[0020] S1 :開始檢測壓力信號和脈搏波信號，向蠕動泵發(fā)出均勻加壓指令，以0. 3mmHg/ 毫秒速率開始調(diào)節(jié)壓力增加速率，此時，PWM控制器向蠕動泵發(fā)出10% 30%可變脈寬的PWM 信號進行閉環(huán)控制，蠕動泵正向旋轉(zhuǎn)進行加壓；
[0021] S2 :當檢測到血壓測試完畢，即脈搏波峰值開始下降，并達到最大峰值的50%，向 蠕動泵發(fā)出快速放氣指令，此時，PWM控制器向蠕動泵發(fā)出占空比80%的脈沖進行開環(huán)控 制，蠕動泵反向旋轉(zhuǎn)，直至檢測的壓力信號為0。
[0022] 所述的閉環(huán)控制為：將反饋的壓力信號與預(yù)設(shè)的壓力分布曲線進行對比，若有誤 差，通過PI調(diào)節(jié)器調(diào)整后，由PWM控制器向蠕動泵發(fā)出相應(yīng)脈沖。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
[0024] 1)本發(fā)明中升壓檢測血壓控制方法中控制蠕動泵壓力勻速變化，通過閉環(huán)控制氣 流穩(wěn)定精確，使得測量更加精準、快速；
[0025] 2)本發(fā)明中降壓檢測血壓控制方法中利用蠕動泵反轉(zhuǎn)（吸氣特型）實現(xiàn)自然放 氣，可以省略傳統(tǒng)的放氣閥，通過閉環(huán)控制使得降壓過程壓力均勻變化，使得血壓測量更加 快速與準確；
[0026] 3)本發(fā)明壓力控制電路中采用蠕動泵代替?zhèn)鹘y(tǒng)氣泵，調(diào)速性能更佳，精簡設(shè)備；
[0027] 4)本發(fā)明壓力控制電路包括PWM控制器，使用脈沖調(diào)寬調(diào)制PWM技術(shù)，節(jié)能，且調(diào) 速更方便；
[0028] 5)本發(fā)明壓力控制電路包括微控制器，通過其實現(xiàn)比較和PI調(diào)節(jié)的功能，使得 PWM控制更加精確，即將反饋的壓力信號與預(yù)設(shè)的壓力分布曲線進行對比，若有誤差，通過 PI調(diào)節(jié)調(diào)整后，由PWM控制器向蠕動泵發(fā)出相應(yīng)脈沖；
[0029] 6)本發(fā)明壓力控制電路中信號處理器包括壓力信號放大器和脈搏信號提取電路， 壓力信號放大器由高精度儀表放大器AD620組成，完成壓力信號的放大，脈搏信號提取電 路由模擬帶通濾波器和射極跟隨放大器LM358組成，完成脈搏波信號的提取，將壓力信號 和脈搏波信號作為PI控制參量，便于準確地實現(xiàn)壓力的控制。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030] 圖1為本發(fā)明中壓力控制電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖2為本發(fā)明中壓力控制框圖；
[0032] 圖3為本發(fā)明中微控制器的電路圖；
[0033] 圖4為本發(fā)明中壓力傳感器、信號調(diào)理電路的電路圖；
[0034] 圖5為本發(fā)明中PWM控制器的電路圖；
[0035] 圖6為本發(fā)明中降壓測血壓曲線圖；
[0036] 圖7為本發(fā)明中升壓測血壓曲線圖。
[0037] 圖中：1、壓力傳感器，2、微控制器，3、PWM控制器，4、蠕動泵，5、袖帶，U1、信號放大 器，U2、脈搏信號提取電路。

【具體實施方式】
[0038] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本實施例以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于 下述的實施例。
[0039] 如圖1所示，一種用于血壓測量的壓力控制電路，包括壓力傳感器1、信號調(diào)理電 路、微控制器2、PWM控制器3和蠕動泵4,壓力傳感器1輸出端連接信號調(diào)理電路的輸入端， 信號調(diào)理電路輸出端連接微控制器2輸入端，微控制器2輸出端連接PWM控制器3輸入端， PWM控制器3輸出端連接蠕動泵4。
[0040] 如圖2所示，當所反饋的壓力信號與要求的壓力分布曲線相比較有誤差時，通過 微控制器2的PI調(diào)節(jié)計算，可得PWM所需要的脈寬；通過PWM控制器3,將可變脈寬的PWM 信號放大，控制蠕動泵4的正、反向旋轉(zhuǎn)；蠕動泵4控制袖帶5充、放氣；壓力傳感器1設(shè)于 袖帶5中，完成壓力信號和脈搏波信號的采集、放大和變換，并反饋到微控制器2的輸入端， 繼續(xù)進行后續(xù)處理。
[0041] 如圖3所示，信號調(diào)理電路包括壓力信號放大器U1和脈搏信號提取電路U2,壓力 信號放大器U1輸入端連接壓力傳感器1，輸出端分別連接脈搏信號提取電路U2輸入端和 微控制器2第一輸入端，脈搏信號提取電路U2的輸出端連接微控制器2的第二輸入端，壓 力信號放大器U1對壓力和脈搏波的混合信號進行放大，其輸出端輸出壓力反饋信號，脈搏 信號提取電路U2接收輸入信號后，從中提取出脈搏波信號并輸出。脈搏信號提取電路U2 包括模擬帶通濾波器和射極跟隨器，模擬帶通濾波器的輸入端連接壓力信號放大器的輸出 端，輸出端連接射極跟隨器的輸入端，射極跟隨器的輸出端連接微控制器的第二輸入端。其 中，信號放大器U1為AD620芯片，射極跟隨器為LM358芯片，壓力傳感器1為MD-PSG010芯 片，具體連接為：AD620的輸出引腳OUTPUT連接微控制器2的第一輸入端，標記為壓力信號 放大器U1的輸出端ADC0,由模擬帶通濾波器和射極跟隨器LM358作為脈搏信號提取電路 U2,其輸出端標記為ADC1。
[0042] 如圖4所示，微控制器2為STM32f 103芯片，要求壓力分布曲線、比較器、PI調(diào)節(jié) 均由微控制器2完成，從而實現(xiàn)圖2相應(yīng)的控制指令；STM32H03芯片的引腳PB5、PB6作為 連接PWM控制器3的輸出端，引腳PC0為第二輸入端，連接脈搏信號提取電路U2的輸出端 ADC1，輸入脈搏波信號，引腳PC1為第一輸入端，連接壓力信號放大器U1的輸出端ADC0,輸 入壓力反饋信號，圖4中還包括構(gòu)成STM32f 103芯片最小系統(tǒng)的周圍電路。
[0043] 蠕動泵4控制采用脈沖調(diào)寬調(diào)制PWM技術(shù)，大幅度降低控制系統(tǒng)的成本和功耗，并 且使輸出平滑，易于調(diào)速。PWM控制器3如圖5所示，其中L293B是電機驅(qū)動控制芯片，其作 為PWM控制器3。PWM信號的相應(yīng)脈寬由STM32H03進行PI調(diào)節(jié)后獲得，STM32H03的引 腳PB5連接L293B的引腳INI，STM32H03的引腳PB6連接L293B的引腳IN2, L293B接收 STM32H03的輸出控制信號，從而完成PWM信號放大及控制蠕動泵4旋轉(zhuǎn)的功能，L293B輸 出引腳0UT1分別連接D15的陽極、D17的陰極和蠕動泵4插座SJ-DJ的引腳1，引腳0UT2 分別連接D16的陽極、D18的陰極和蠕動泵4插座SJ-DJ的引腳2, D15、D16的陰極均分別 連接+12V電源，D16、D17的陽極均分別連接大地，二極管D15、D16、D17、D18構(gòu)成了保護電 路。圖5中還包括：L293B的引腳ENA、ENB、VSS分別連接+12V電源，引腳VS連接+5V電 源，4個引腳GND分別連接大地。
[0044] 基于上述壓力控制電路，采用一種壓力控制方法實現(xiàn)血壓測量，包括降壓測血壓 的壓力控制方法或升壓測血壓的壓力控制方法。
[0045] 如圖6所示，降壓測血壓的壓力控制方法具體步驟為：
[0046] 101 :開始檢測壓力信號和脈搏波信號，經(jīng)過3. 06秒后（對應(yīng)圖6中第102點，采 樣速度為33. 3Hz)，向蠕動泵4發(fā)出快速加壓指令，此時，由PWM控制器3向蠕動泵4發(fā)出占 空比為80%的脈沖進行開環(huán)控制，蠕動泵4正向旋轉(zhuǎn)加壓；
[0047] 102:當檢測到壓力信號達到預(yù)設(shè)值后，向蠕動泵4發(fā)出勻速放氣指令，以 0.3mmHg/毫秒速率開始調(diào)節(jié)壓力降低速率，此時，PWM控制器3向蠕動泵4發(fā)出占空比為 30%的脈沖進行閉環(huán)控制，蠕動泵4反向旋轉(zhuǎn)降壓；
[0048] 103 :當脈搏波峰值開始下降，并達到最大峰值的50% (對應(yīng)圖6中第1300點） 時，發(fā)出檢測結(jié)束信號，PWM控制器3向蠕動泵4發(fā)出占空比為80%的脈沖，蠕動泵4反向 旋轉(zhuǎn)降壓，直至檢測的壓力信號為0。
[0049] 根據(jù)降壓過程采集的壓力信號和脈搏波信號，計算獲得血壓值。
[0050] 如圖7所示，升壓測血壓的壓力控制方法具體步驟為：
[0051] S1 :開始檢測壓力信號和脈搏波信號，向蠕動泵4發(fā)出均勻加壓指令，以0. 3mmHg/ 毫秒速率開始調(diào)節(jié)壓力增加速率，此時，PWM控制器3向蠕動泵4發(fā)出10%?30%可變脈 寬的PWM信號進行閉環(huán)控制，蠕動泵4正向旋轉(zhuǎn)進行加壓；
[0052] S2 :當檢測到血壓測試完畢，即脈搏波峰值開始下降，并達到最大峰值的50%，向 蠕動泵4發(fā)出快速放氣指令，此時，PWM控制器3向蠕動泵4發(fā)出占空比為80%的脈沖進行 開環(huán)控制，蠕動泵4反向旋轉(zhuǎn)，直至檢測的壓力信號為0。
[0053] 根據(jù)升壓過程采集的壓力信號和脈搏波信號，計算獲得血壓值。
[0054] 閉環(huán)控制為：將反饋的壓力信號與預(yù)設(shè)的壓力分布曲線進行對比，若有誤差e，通 過PI調(diào)節(jié)器調(diào)整后，由PWM控制器3向蠕動泵4發(fā)出相應(yīng)脈沖。
[0055] 上述壓力控制方法可以在降壓/升壓測量法測量過程中，利用蠕動泵4配合充氣 速率控制方法而形成特定充氣方式和放氣機制。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于血壓測量的壓力控制電路，其特征在于，包括壓力傳感器、信號調(diào)理電路、 微控制器、PWM控制器和蠕動泵，所述的壓力傳感器連接信號調(diào)理電路的輸入端，所述的信 號調(diào)理電路的輸出端連接微控制器的輸入端，所述的微控制器的輸出端連接PWM控制器的 輸入端，所述的PWM控制器的輸出端連接蠕動泵； 壓力傳感器采集壓力和脈搏波的混合信號，信號調(diào)理電路接收混合信號并進行處理， 獲得壓力反饋信號和脈搏波信號并向微控制器發(fā)送，微控制器經(jīng)比較、PI調(diào)節(jié)后，向PWM控 制器發(fā)送控制信號，PWM控制器發(fā)出相應(yīng)脈寬的PWM信號，完成對蠕動泵的控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于血壓測量的壓力控制電路，其特征在于，所述的信 號調(diào)理電路包括壓力信號放大器和脈搏信號提取電路，所述的壓力信號放大器的輸入端連 接壓力傳感器，輸出端分別連接脈搏信號提取電路的輸入端和微控制器的第一輸入端，所 述的脈搏信號提取電路的輸出端連接微控制器的第二輸入端，壓力信號放大器對壓力和脈 搏波的混合信號進行放大，其輸出端輸出壓力反饋信號，脈搏信號提取電路接收輸入信號 后，從中提取出脈搏波信號并輸出。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于血壓測量的壓力控制電路，其特征在于，所述的信 號放大器為AD620芯片。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于血壓測量的壓力控制電路，其特征在于，所述的脈 搏信號提取電路包括模擬帶通濾波器和射極跟隨器，所述的模擬帶通濾波器的輸入端連接 壓力信號放大器的輸出端，輸出端連接射極跟隨器的輸入端，所述的射極跟隨器的輸出端 連接微控制器的第二輸入端，所述的射極跟隨器為LM358芯片。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于血壓測量的壓力控制電路，其特征在于，所述的微 控制器為STM32H03芯片。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于血壓測量的壓力控制電路，其特征在于，所述的壓 力傳感器為MD-PSG010芯片。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于血壓測量的壓力控制電路，其特征在于，所述的PWM 控制器為L293B芯片。
8. -種用于血壓測量的壓力控制方法，其特征在于，包括降壓測血壓的壓力控制方法 或升壓測血壓的壓力控制方法； 所述的降壓測血壓的壓力控制方法具體步驟為： 101 :開始檢測壓力信號和脈搏波信號，向蠕動泵發(fā)出快速加壓指令，此時，由PWM控制 器向蠕動泵發(fā)出占空比80%的脈沖進行開環(huán)控制，蠕動泵正向旋轉(zhuǎn)加壓； 102 :當檢測到壓力信號達到預(yù)設(shè)值后，向蠕動泵發(fā)出勻速放氣指令，以0. 3mmHg/毫秒 速率開始調(diào)節(jié)壓力降低速率，此時，PWM控制器向蠕動泵發(fā)出占空比30%的脈沖進行閉環(huán) 控制，蠕動泵反向旋轉(zhuǎn)降壓； 103 :當脈搏波峰值開始下降，并達到最大峰值的50%時，發(fā)出檢測結(jié)束信號，PWM控制 器向蠕動泵發(fā)出占空比80%的脈沖，蠕動泵反向旋轉(zhuǎn)降壓，直至檢測的壓力信號為0 ; 所述的升壓測血壓的壓力控制方法具體步驟為： S1 :開始檢測壓力信號和脈搏波信號，向蠕動泵發(fā)出均勻加壓指令，以0. 3mmHg/毫秒 速率開始調(diào)節(jié)壓力增加速率，此時，PWM控制器向蠕動泵發(fā)出10%?30%可變脈寬的PWM信 號進行閉環(huán)控制，蠕動泵正向旋轉(zhuǎn)進行加壓； S2 :當檢測到血壓測試完畢，即脈搏波峰值開始下降，并達到最大峰值的50%，向蠕動 泵發(fā)出快速放氣指令，此時，PWM控制器向蠕動泵發(fā)出占空比80%的脈沖進行開環(huán)控制，蠕 動泵反向旋轉(zhuǎn)，直至檢測的壓力信號為0。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種用于血壓測量的壓力控制方法，其特征在于，所述的閉 環(huán)控制為：將反饋的壓力信號與預(yù)設(shè)的壓力分布曲線進行對比，若有誤差，通過PI調(diào)節(jié)器 調(diào)整后，由PWM控制器向蠕動泵發(fā)出相應(yīng)脈沖。
【文檔編號】A61B5/0225GK104188643SQ201410474828
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月17日
【發(fā)明者】鄧琛, 黃祖良, 丁大民, 費冬冬, 王朝斌 申請人:上海工程技術(shù)大學(xué)