一種高精度臂式電子血壓計及其檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)工程的人體信號檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高精度臂式電子血壓計及其檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]國民經(jīng)濟的發(fā)展使人們對健康的關(guān)注程度越來越高，生活觀念也同步發(fā)生了很多轉(zhuǎn)變，現(xiàn)階段，社會上相當(dāng)多家庭都將一部分收入用于健康保健方面的投資，伴隨生活結(jié)構(gòu)及方式的不斷變化，醫(yī)療器械及醫(yī)療電子類測量設(shè)備的使用也將越來越普遍，隨之而來的將會是醫(yī)療設(shè)備市場規(guī)模的迅猛增長。
[0003]一般醫(yī)院使用基于柯氏法的氣壓式血壓計，專業(yè)醫(yī)生可以用聽珍器聽到動脈血管的不同聲音，來判斷收縮壓和舒張壓的值。這種血壓計除醫(yī)生外一般人不容易掌握，且自己為自己測量多有不便?？率戏ù嬖谝恍┕逃械娜秉c:一是確定舒張壓比較困難；二是此法憑人的視覺和聽覺，帶有較強主觀因素，除非專業(yè)醫(yī)生，一般人很難測準(zhǔn)血壓。七十年代出現(xiàn)了多種柯氏音法電子血壓計，試圖實現(xiàn)血壓的自動檢測，但很快發(fā)現(xiàn)這類血壓計未能克服柯氏法的固有缺點，誤差大，重復(fù)性差，所以未能推廣。目前，現(xiàn)代電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使這一測量儀器進入了電子時代一電子血壓計。早期的電子血壓計有在電子手表的功能上再附加測量血壓功能，操作比較繁瑣。因此，亟需研發(fā)一種簡單方便，使測量既輕松又舒適的血壓計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的發(fā)明目的在于:針對上述存在的技術(shù)問題，提供了一種高精度臂式電子血壓計及其檢測方法。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這樣的:
[0006]—種高精度臂式電子血壓計，包括人體袖帶和檢測控制裝置，所述人體袖帶上設(shè)有壓力傳感器，人體袖帶和檢測控制裝置通過氣管相連接；所述檢測控制裝置包括氣栗、單片機模塊、電源模塊、液晶顯示模塊、低通濾波模塊、放大器模塊和高通濾波模塊，所述壓力傳感器采集的信號依次經(jīng)低通濾波模塊、放大器模塊一、高通濾波模塊、放大器模塊二處理后，通過AD通道輸入給單片機模塊處理，并通過液晶顯示模塊顯示，所述氣栗通過放氣電池閥連接單片機模塊，所述電源模塊給整個裝置供電。
[0007]如上所述的一種高精度臂式電子血壓計的檢測方法，包括如下步驟:
[0008]S1:將人體袖帶裹在人體的上臂，氣栗對人體袖帶進行充氣，此時通過壓力傳感器獲取被測者的血壓信號；
[0009]S2:將步驟SI中得到的血壓信號依次經(jīng)低通濾波電路、儀表放大器電路、高通濾波電路和運算放大器電路，得到輸出信號；
[0010]S3:將輸出信號通過AD通道輸入到單片機模塊，單片機模塊經(jīng)過計算處理得出血壓值；
[0011]S4:將該血壓值傳輸給液晶顯示模塊，通過液晶顯示模塊顯示出準(zhǔn)確的血壓值。
[0012]作為優(yōu)選，所述單片機模塊包括STM32F103RBT6單片機最小系統(tǒng)、上電復(fù)位電路和晶振電路。
[0013]作為優(yōu)選，所述壓力傳感器采用MPXM2053GS型壓力傳感器。
[0014]作為優(yōu)選，所述放大器模塊一為儀表放大器INA122，放大器模塊二為運算放大器0PA333o
[0015]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是:
[0016]1、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計合理，能夠準(zhǔn)確無誤地對人體血壓進行檢測、實時存儲，既輕松又舒適，并可實現(xiàn)與上位機(PC機)的實時通訊，電路系統(tǒng)簡單，體積小，功耗低，系統(tǒng)穩(wěn)定性高，攜帶方便。
[0017]2、本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對人體生理血壓進行一鍵式電子測量，方便快捷，同時采用雙放大器以及低通、高通兩級濾波器進行濾波，減少了干擾信號，提高了檢測精度。
【附圖說明】
[0018]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0019]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；
[0020]圖2是本發(fā)明的2V電源電路原理圖；
[0021]圖3是本發(fā)明的1V電源電路原理圖；
[0022]圖4是本發(fā)明的5V電源電路原理圖；
[0023]圖5是本發(fā)明的3.3V電源電路原理圖；
[0024]圖6是本發(fā)明的負(fù)2V電源電路原理圖；
[0025]圖7是本發(fā)明的壓力傳感器和前級信號濾波放大電路原理圖；
[0026]圖8是本發(fā)明的后級低通濾波放大電路原理圖；
[0027]圖9是本發(fā)明的后級有源高通濾波電路原理圖；
[0028]圖10是本發(fā)明的后級有源低通濾波放大電路原理圖；
[0029]圖11是本發(fā)明的STM32F103RBT6最小系統(tǒng)原理圖；
[0030]圖12是本發(fā)明的信號采集板原理圖(一)；
[0031]圖13是本發(fā)明的信號采集板原理圖(二)；
[0032]圖14是本發(fā)明的信號采集板原理圖(三)；
[0033]圖15是本發(fā)明的整體軟件設(shè)計流程圖；
[0034]圖16是本發(fā)明的ADC數(shù)據(jù)分析處理流程圖；
[0035]圖17是本發(fā)明的收縮壓與舒張壓算法流程圖；
[0036]圖18是本發(fā)明的袖帶振蕩波形圖；
[0037]圖19是本發(fā)明的血壓和心率測試結(jié)果示意圖。
【具體實施方式】
[0038]本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0039]本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
[0040]如圖1所示，一種高精度臂式電子血壓計，包括人體袖帶和檢測控制裝置，所述人體袖帶上設(shè)有壓力傳感器，人體袖帶和檢測控制裝置通過氣管相連接；所述檢測控制裝置包括氣栗、單片機模塊、電源模塊、液晶顯示模塊、低通濾波模塊、放大器模塊和高通濾波模塊，所述壓力傳感器采集的信號依次經(jīng)低通濾波模塊、放大器模塊一、高通濾波模塊、放大器模塊二處理后，通過AD通道輸入給單片機模塊處理，并通過液晶顯示模塊顯示，所述氣栗通過放氣電池閥連接單片機模塊，所述電源模塊給整個裝置供電。
[0041]如圖2至圖14所示，信號采集和單片機部分供電需求分別為:氣栗+12V，微處理器+3.3V，壓力傳感器和運算放大器+10V，+3.3V，-2V。根據(jù)此需求電源部分需要得到穩(wěn)定的+12V，+10V，+3.3V和-2V。本系統(tǒng)采用12V可充供電電池進行供電。
[0042]電源采用德州儀器公司DC-DC降壓開關(guān)電源芯片TPS5430將電池輸出的12V降為1V和2V。TPS5430有著非常寬的電壓輸入范圍5.5V到36V，其最大輸出電流可達3A，最大電源轉(zhuǎn)換效率高達95%，完全能夠滿足本系統(tǒng)需要。此芯片外圍電路簡單，其內(nèi)部基準(zhǔn)電壓VREF為1.221V，設(shè)我們想要得到的電壓為Vl JlJVl = VREF (l+Rpot2/R2)，我們只需選擇合適的電阻即可得到我們想要的電壓，使用相對方便。以1V電源電路為例，圖中電解電容C5用來對電池輸出的12V進行濾波，電感L2和電容C6用來存儲芯片內(nèi)固定500KHZ開關(guān)導(dǎo)通時釋放的能量，續(xù)流二極管D2用于在芯片內(nèi)開關(guān)斷開，L2對負(fù)載供電時形成放電回路。
[0043]5V和3.3V電源電路采用普通線性穩(wěn)壓芯片AMSl 117-5.0和片AMSl 117-3.3。其輸入和輸出分別加兩個電容一大一小進行電源濾波，大電容濾除低頻噪聲，小電容濾除高頻噪聲。AMSl117-5.0輸入電壓為10V，AMSl117-3.3輸入電壓為5V。
[0044]負(fù)2V電源電路采用德州儀器公司60毫安充電栗電壓反向器芯片TPS60400，此芯片輸入電壓范圍較小為1.6V到5.5V，但是對本系統(tǒng)來說已經(jīng)足夠，該芯片外圍只需三個IuF的電容即可實現(xiàn)電壓反向，使用非常簡單。采用-2V供電是因為壓力傳感器為差分輸出，其輸出的差分電壓既可以是正向的也可能是反向的。
[0045]使用到了儀表放大器INA122和運算放大器0PA333。INA122為精密儀器儀表放大器，具有高精度，低噪聲的對差分信號進行采集的性能。它的雙運算放大器設(shè)計使其具有非常低的靜態(tài)電流，非常適用于便攜式儀表和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。INA122還可進行單電源操供電。其供電范圍非常寬為2.2V至36V，靜態(tài)電流僅為60毫安，它亦可進行雙電源供電工作。0PA333系列CMOS運算放大器采用了專有的自動校準(zhǔn)技術(shù)，同時提供極低的失調(diào)電壓和隨時間和溫度接近于零的漂移。這些小型，高精度，低靜態(tài)電流放大器在10mV共模信號的范圍內(nèi)具有極高的輸入阻抗，其軌對軌輸出時僅有50mV電壓的擺動幅度，它可用于單電源或雙電源低至+1.8V(±0.9V)和高達+5.5V(±2.75V)。0PA333系列運算放大器提供出色的共模抑制比避免了傳統(tǒng)補償輸入級常見的交越。這種卓越的設(shè)計使其在驅(qū)動模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器時具有超尚的性能。
[0046]壓力傳感器提取的信號包括血壓信號、脈搏信號、及其它雜波信號等，但是我們的最終目的是提取有用的血壓信號及脈搏信號，為了提取有用信號，我們必須使用濾波器進行濾波，由于血壓信號主要分布在0.1HZ到38Hz，其中絕大多數(shù)的有用信號分布在0.5Hz到1Hz之間。所以必須采用低通及高通兩級濾波器進行濾波。低通濾波器主要用來濾除高頻干擾信號及放氣過程中產(chǎn)生的斜坡信號，整個信號通過低通濾波器濾波后獲取的是靜壓力信號，隨后信號送高通濾波器進行濾波處理，高通濾波器主要用來濾除袖帶靜壓力信號，從而獲取袖帶內(nèi)壓力變化信號。通過改變?yōu)V波電路的電容及電阻的參數(shù)值可以改變?yōu)V波電路的濾波效果，鑒于此，在濾波電路設(shè)計的過程中，各電子元器件的參數(shù)值的選取是很重要的。
[0047]壓力傳感器采用的是飛思卡爾半導(dǎo)體公司MPXM2053GS型壓力傳