基于数字技术的血压自动监测仪设计方案

打开文本图片集

摘 要 血压监测仪是当血液被泵离心脏时用来测量动脉压力的设备。在高血压人群日渐增多的今天，能够在家庭自己检测血压是许多人的心愿。基于数字技术的发展，我们利用MCU嵌入式微处理器和MPXV压力传感器，研究设计了一种家庭血压自动监测仪，为心脑血管疾病患者的有效自我血压预防和监控创造了条件。

关键词 数字技术；血压自动监护仪；设计方案

中图分类号：TN99 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）031-038-01

血压监测仪也称血压计，是当血液被泵离心脏时用来测量动脉压力的医疗设备。目前的大多数血压监测仪是为专业医生设计的，而那些适合缺少医学知识也可以自我检测血压——特别是自动检测血压的医疗设备要么价格昂贵、要么使用不太方便。鉴于此，我们利用数字技术，研究了一种血压自动监测仪，设计方案如下。

1 硬件构造和原理

1）单元构造。该血压自动监测仪包含传统手动血压计和自动血压计两部分。如果需要手动测量血压就可以通过对袖带手动充气，利用听诊器监听动脉壁发出的声音（听诊法）检测出血管收缩压（SBP）和血管舒张压（DBP）；如果不想人工手动可以开启自动检测功能，利用血压计内部的MCU嵌入式微处理器和MPXV压力传感器，控制检测仪主体对动脉壁振动（振量法）的检测，在带有用于显示高压、低压及脉搏数据显示屏（LED）的智能终端读取监测数据，超过血压预设时血压蜂鸣器（BPMS）报警。应该说该设计的重点取向是其自动检测功能（自动血压检测仪方框图如图1）。该血压自动检测仪还设置了接口，可以通过USB连线连接至更远处，便于家庭中对不同居住空间患者的监护。血压计使用两节1.5 V五号干电池做电源，便于随身携带移动。

2）工作原理。该血压自动监测仪以MCU嵌入式微处理器和MPXV压力传感器为核心。MCU嵌入式微处理器选用P51XA2， 这种12位的电子芯片内部集中了ROM、RAM、采样锁存电路、总线逻辑、计数器、比较器、控制器、存贮器、I/O、A/D、脉宽调制输出、逐次逼近型寄存器、译码器等单元电路，能够提供1.22 mV最低有效位（LSB）。工作稳定性高，功耗小，对环境（如温度、湿度、电磁场、振动等）的适应能力强。在自动测量血压时，由MPXV压力传感器采集血压信息（动脉壁振动状态），输入给MCU嵌入式微处理器的暂存存储器。而担任微处理器的P51XA2首先被初始化，进而启动血压转换，将传感器的振动状态转化为电子计数脉冲，智能分析（读取）暂存存储器中的血压信息，计算出相应的血压值（P51XA2的工作流程如图2），在LED显示屏上直观显示。还可以根据患者个体状况自由设置报警临界，当血压超过安全临界时，BPMS报警鸣笛。对于收缩压和舒张压判据的确定，均采用最大振幅法。在放气过程中脉搏波幅度包络线的上升段，当某一个脉搏波的幅度Ui与最大幅度Um 之比>=Ks 时，就认为此时对应的气袖压力为收缩压。在脉搏波幅度包络线的下降段，当某一个脉搏波的幅度Ui与Um之比<=Kd时，就认为此时对应的气袖压力为舒张压（根据相关研究成果，我们取Ks=0.58，Kd=0.77）。

2 软件程序设计

自动血压检测仪的界面开发应用TROLLTAECH公司的QT designer开发软件，采用星形、网状拓扑或两者的组合。内核的裁剪与编译依据MCU嵌入式微处理器技术要求，功能支持包括：10位A/D自动采样、A/D采样自动处理、Watchdog自动恢复、flash自动读写、LCD显示和蜂鸣器控制、数据记忆和错误警告。协议套件紧凑、简单，全功能协议软件仅需要32K字节的ROM。

3 测试技术指标

实验室测定和患者实际应用表明：该血压自动监测仪具有如下的技术指标，能够满足普通高血压患者在家庭的自我检测和防护。

1）显示范围：0 mmHg～299 mmHg（0 KPa～39.7 KPa），299 mmHg以上显示“HI”。

2）测量范围：40 mmHg～270 mmHg（5.4 KPa～36 KPa），脉率：40～200 次/分。

3）分辨率：1 mmHg（0.1 Kpa）。

4）放气速率：2.3 mmHg/S～6.0 mmHg/S（0.3 KPa/S～0.8 Kpa/S）。

5）静态压力基本误差：3 mmHg。

6）动态压力基本误差：5 mmHg～6 mmHg。

7）脉率误差：5%。

8）低电压显示：当电池电压低于2.5 V时，显示低电压符号。

9）记忆功能：能显示前次测量值。

4 简易血压自动监测仪研发的现实意义

现代生活方式使得心血管疾病的发病率逐年上升，血压是判断此类疾病最重要的健康参数之一。无论是健康人群还是已经患有心血管疾病的患者，如果能够自己测量血压，就做到对自己的健康情况心理有数，还可以避免白大褂高血压导致的误诊，进而获得较好的治疗效果。专业医生使用的水银血压计，是基于柯氏法以听诊器听到动脉血管的不同声音来判断收缩压和舒张压。对于非专业医生而言，使用这类血压计显然有一定的困难。市场上也有各种型号的基于柯氏法的电子血压计，但存在价格昂贵、误差大，重复性差、不方便携带等不同缺陷。该血压自动监测仪采用现代数字技术，以集成芯片构设核心电路，精确度得到有效提高，体积小、操作简单，测量指标显示直观，适合家庭自我健康检测和养护的需要。该血压自动监测仪是笔者在辽宁省朝阳县职业中专任教单片机课程时，带领学生结合课程内容进行科技小发明的优秀成果，获得了市科协的发明奖励。这一研发过程让学生体会了科技创新的价值和乐趣，培养了学生对科学技术的兴趣和一般性的应用科研能力。

参考文献

[1]阎石.数字电子技术基础[M].高等教育出版社，2008.

[2]张惠敏，薛波.基于单片机的自动血压监控系统[J].电子工程师，2008（4）.

[3]曾建国.基于ARM的无线动态血压监护仪的设计[J].数字技术与集成电路，2011（2）.