电子血压计的设计与验证

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1、电子血压计的设计与验证医学院(生物医学工程) 【摘要】血压是人体重要的生理参数之一,对其的精确监测将对心血管疾病诊断和治疗具有重要意义。本设计是采用振荡法的无创血压测量技术来实现电子血压计，结合了现代传感技术、计算机与信号解决技术。本文重要从硬件方面简介了电子血压计的设计,重要涉及电源电路、放大滤波电路、LCD显示电路、控制电路和数字解决等电路设计和核心器件选型,系统中采用压力传感器U911和LMV26运放对信号进行信号转换、放大、滤波，以SM32103RB6单片机为核心,实现泵阀控制和对采集到的压力与脉搏信号进行解决，并上传测量的数据到上位机进行显示，实现系统功能,达到预期的设计目的。【核心

2、词】血压，硬件系统，显示； 1 前言1.1 研究背景1.1.1 电子血压计概述一般所说的血压是指动脉血压,血压是血液在血管内流动时,作用于血管壁的压力,它是推动血液在血管内流动的动力。心室收缩，血液从心室流入动脉,此时血液对动脉的压力最高，即动脉血压的峰值,称为收缩压（systoicblood presur，SBP )1。心室舒张,动脉血管弹性回缩，血液仍慢慢继续向前流动，但血压下降,此时的压力称为舒张压(iastoi blod prssre,BP),即血压的谷值2。血压是机体重要的生命特性之一,可以反映出人体心脏和血管的功能状况,是临床上诊断疾病、观测治疗效果、进行诊后判断等的重要根据3。电

3、子血压计是基于采用无创血压测量措施的生命信息监测医疗设备，无创血压测量措施重要有听诊法和示波法，其中示波法又称震荡法,本设计的测量原理是示波法。电子血压计有臂式、腕式之分，腕式电子血压计的长处是小巧便携，但测量成果不够精确;上臂血压计虽然机型较大携带不便,但是精度较高，更具有临床意义，因此本次设计目的也是上臂式电子血压计。血压计的技术经历了最原始的第一代、第二代（半自动血压计)、第三代(智能血压计)的发展。第一代电子血压计是在减压时进行测量,使用的重要元器件涉及压力传感器、迅速加压气泵和机械迅速排气阀。第一代电子血压计由于机械式排气阀的不稳定，测量成果也不稳定，误差较大。第二代电子血压计也是在

4、减压时进行测量,第二代是电子控制排气阀，可以智能加压，减小人为误差，使得测量成果更加稳定。第三代电子血压计是在加压时就进行测量,目前国际上掌握这一技术的公司并不多。第一代和第二代电子血压计都是上臂式的，第三代是腕式电子血压计，由于掌握MW技术（加压时测量)的公司很少和腕式电子血压计不适合有血流障碍的病人使用,因此目前使用最广泛的是第二代电子血压计4。1.1.2 问题的提出随着人口老龄化,人们生活水平的提高以及保健观念日益增强，人们越来越注重自己和家人的健康。血压是人体重要的生理参数，血压的正常与否能判断一种人身体与否健康。高血压是最常用的心血管疾病，严重影响人们的生活质量和健康。据有关记录资料

5、显示，目前国内的高血压患者已达两亿,并且每年都以0万以上的速度在增长，高血压患者的年龄层也逐渐年轻化，有关高血压的避免和治疗已成为国内一种热门的话题。高血压不仅是影响人们健康的慢性疾病，更是冠心病、心肌梗死、心力衰竭等心血管疾病的祸首，因此血压的测量对避免此类疾病起到至关重要的作用。对于全球特别是国内市场来说，血压计的需求量是十分庞大的。中国是世界最大的电子血压计的生产基地，也是国际最大的电子血压计消费市场，但是市场上销售的电子血压计质量不一,消费者容易购入质量差的产品,并且国内诸多医院仍然在使用水银血压计。水银血压计的测量必须由专业的医学人士进行，过程比较复杂，测量成果也许会因医生的不同而不

6、同,并且水银压力计的水银具有剧毒性,对人体是有害的，使用过程要十分小心,因此研究出一款便携、便宜、精确的压力计，具有极大的市场潜力。1.1.3 国内外研究现状及发展趋势电子血压计的前身是水银血压计,但其操作过程复杂，且依赖听诊器和听诊者，因此从严格意义上来说,水银血压计的测量并不十分精确。而电子血压计具有操作简朴、使用以便等特点,同步其功能更加完善、测量更加精确。无创伤监护技术是将来医学工程发展的重要方向,从应用角度而言随着无创血压测量装置的测量精度提高和价格下降，医院环保规定的进一步提高,水银血压计被无创血压量设备所取代是必然趋势6。目前,电子血压计已经逐渐的从医院走到了家庭，其国际市场十分

7、庞大而稳定，在某些欧美日等发达国家,家庭占有率超过60%。目前电子血压计的技术已经非常成熟，绝大部分产品都具有十提成熟的显示数据、语音报告、数据异常报警、数据传播等基本功能，在剧烈的电子血压计市场竞争中,诸多生产商在拥有基本功能的基本上对电子血压计不断改善测量精度和增长多种功能。欧姆龙（OMRON)新一代电子血压计HE-730,该电子血压计是欧姆龙公司的产品,该电子血压计除了具有基本的测量、语音提示等功能外,还可以判断测量者的测量姿势与否对的，当测量者佩戴袖带过于紧实或宽松时，也会作出相应的提示这些功能都可以使得测量成果更加精确。现国内外测量血压的技术较成熟，能精的确时地测量患者的血压变化状况

8、，大多电子血压计是一般血压计与电子分析控制终端相连,计算机会自动加压并根据状况控制加减幅度。某些国际上出名公司生产的产品除了一般精确测量血压的功能外，此外附加完善了许多例如血压数据记忆、无线传播、语音播放等功能，可以满足不同消费群体的需求。随着科学技术的进步和移动医疗的发展,互联网、无线传播及云计算等技术使得血压的监测也越来越以便,同步血压监测数据的记录、传播、存储、分析也将成为现实。将来血压计将会和移动科技相结合,智能手机管理血压，无线传播使得可以随时随处掌握家人健康；测量数据实时上传云盘，并深度剖析血压状况，做出专业分析报告。总体上说,微型化、智能化、电子化是电子血压计将来的发展趋势。1.

9、1.4 研究的意义电子血压计在临床上应用广泛，在诊断治疗冠心病、高血压等心血管疾病有着重要意义，是监测生命信息的重要设备之一。疾病的避免已成为现代人的健康思维，实时监测血压变化对于避免、诊断高血压等心血管疾病具有重要意义。由于技术和经济的落后,此前我们检查身体只能在医院才可以实现,无法随时进行生命信息监测,身体某些变化不能及时发现。当血压等生命信息发生异常时,不能及时避免脑出血等疾病猝发。目前电子血压计作为家庭医疗保健重要产品，使得随时监测血压的变化成为也许,在家中测量时如发现血压异常便可及时去医院治疗。水银血压计测量精度相对比电子血压计低,并且其测量成果会因人的不同而不同。电子血压计能辨别1

10、mmHg的气压，水银血压计的最小单位为2mmg。电子血压计通过对人体血压整个变化数值的进行采集和分析、解决,数据解决算法的运动使得测量原则保持一致,并且电子血压计的操作简朴、测量精确、显示清晰等长处对于家庭老人血压的测量具有重要意义。2 电子血压计原理2.1 示波法测量原理示波法是0年代发展起来的一种比较先进的电子测量措施,示波法是检测袖带内由于血管壁的搏动产生的气体震荡波，判断出血压与震荡波之间的关系,根据相应的函数关系从而计算出测量者血压。加压袖带的放气过程与动脉的波动有关，动脉搏动被采集系统采集并传播到解决系统，解决系统根据一定的规律计算收缩压和舒张压。理论计算及临床均表白，该震荡波与动

11、脉的收缩压,舒张压和平均压之间均存在某种关系,示波法的核心就是找出它们之间的规律。示波法的测量过程：一方面把袖带绑在测量者手臂上，自动对袖带充气到一定压力（一般为80230mmg),当血压流动停止，逐渐放气,当气压达到一定限度，血流就能通过血管并随着一定的振波,振波逐渐越来越大。压力传感器可以检测到压力及脉搏波信号，并把两路信号发送到解决系统。由于袖带与手臂的接触越松,压力传感器检测的压力和波动就越来越小7。如图所示,以P为原则，血流在袖带内静压不小于收缩压Ps时不能流过血管,袖带内浮现细小的振荡波，这是由于近端脉搏的冲击;当袖带内静压不不小于收缩压Ps时,波幅增大,气压等于平均动脉压P时,波

12、幅达到最大；静压不不小于平均动脉压Pm时波幅逐渐减小；静压不不小于舒张压Pd后来，动脉管壁在舒张期已充足扩张，管壁刚性增长,而波幅维持较小的水平8。放气过程中持续记录的振荡波峰峰值形成一种包络, 根据包络图与血压的函数关系可以得出测量者的血压。 图 2Error! Bookmark not defined.袖带压力随时间变化2.2 电子压力计的工作原理单片机输出脉冲波控制控制泵阀充气放气调节袖带内压力,压力传感器111采集到压力信号,压力信号通过放大以及滤波后产生两个信号:压力信号和脉搏波信号。通过仪表放大器放大的压力信号，然后再通过二级滤波放大的是脉搏波信号。通过放大的信号接入到单片机TM3

13、2F103RBT6，单片机用内置的AD转换器把采集到的模拟信号转换成数字信号，然后通过串口传送数据给上位机,上位机对信号做分析解决，通过程序运算后，测量成果在上位机显示。本设计中，上位机对信号进行分析解决,下位机代码实现泵、阀的控制。本章小结本章简朴简介了本设计中电子血压计的测量原理:示波法。示波法又称振荡法,基本原理思路是在袖带放气过程中，通过脉搏波的幅值关系找到相应压力信号的那一点，那一点相应的压力值就是需要测量的血压值。本章也简介了本设计的工作原理，描述了血压测量过程和信号解决过程,对本设计有一种大体的结识。3 电子血压计系统设计方案3.1 系统设计规定 3.1.1 功能规定 本课题是电

14、子血压计的设计与验证,以单片机ST3为核心的电子血压计的设计的功能规定是：(1)测量压力;（2）计算脉率;(2）实现自动充气、放气；（3)在上位机显示测量成果。3.1.2 性能规定 电子血压计的基本规定是精确、以便、功耗低,同步规定价格能比较便宜。本设计重要的性能规定是:(1）精度能达到1；(2)能在055的环境中稳定工作;(3)测量的范畴是0240mHg。在测量时操作简朴,传感器敏捷度高，能精确采集到压力信号且在单片机或上位机对信号作解决时不能浮现太大误差。3.2 系统设计方案 3.2.1 总体方案 本设计采用4个.5电池为外接电源,以STM2LQF64为核心,控制两个三极管开关电路，以此控

15、制泵阀的运动,达到自动充气、放气的目的。压力传感器采集的数据通过放大滤波后,再接入单片机。本设计的血压和脉率测量成果能在在电脑上显示,上位机算法程序对数字信号作解决，下位机程序重要是泵阀的控制代码。整体流程图如下图:图 电子血压计系统设计方案Error! Bookmark not defined.基于单片机的电子血压计整体流程图 3.2.2 硬件设计方案 本课题的硬件设计重要分为五个模块：电源电路模块、血压测量模块、信号初步解决模块、信号解决模块、显示模块。整个设计的供电是4个1.5的电池,而每块芯片的工作电压都不同样,因此需要对电压进行转换,电源电路模块是对外加的6V电池电源进行稳压转换，提

16、供整个电路中需要的工作电压。血压测量模块涉及泵阀自动充气放气和传感器测量血压,用两个三极管开关电路控制泵阀的运动;传感器测量血压时注意与袖带的接触，以免浮现太大误差。对压力信号进行放大滤波和/转换时信号的初步解决,由于压力传感器采集到的信号时很小,只有几mV，必须通过放大才干输入到单片机进行下一步解决。信号解决模块以单片机为核心，用算法程序解决血压信号,得出常规的数据。显示模块重要是液晶显示，涉及舒张压显示、收缩压和平均压显示，需要用到CD的驱动芯片和显示芯片。硬件架构图如下图：图 3Error! Bookmark not defined.电子血压计硬件设计架构3.2.3 软件总体设计架构 软

17、件部分涉及袖带压力控制系统、压力与脉搏信号采集系统和信号分析解决系统。下位机程序控制气泵充气漏气调节袖带内气压;一路D采样袖带内气压直流分量以便获得收缩压和舒张压；一路DC采样袖带内气压交流分量经分析计算后拟定收缩压和舒压的瞬态时间位置得到具体血压数值;接受血压脉冲信号触发ADC工作；将计算出的收缩压和舒张压成果输出至LCD显示并进行数值的语音提示9。本软件系统采用模块化设计,基本流程如下。图Error! No text of specified style in document.Error! Bookmark not defined. 软件设计架构图本章小结 本章对本设计的规定和目的作出了

18、简朴的论述，并给出了相相应的设计方案,简介了硬件重要的五个模块，每个模块实现不同的功能,共同构成设计的整个电路。画出了血压测量的流程图和硬件设计的框架图，框架图较直观地描绘了单片机的外围电路，更容易去理解硬件设计想法和方案。在后续章节中将会具体具体地简介硬件方面的电路设计。本章也概述了软件的总体设计想法和架构,便于理解电路板作为实现软件的平台应当如何设计。4 硬件系统的设计4.1 传感器简介以及电路设计4.1.1 压力传感器简介 本设计选用的压力传感器U111采用MEMS技术集成的硅压力芯片,封装成DI6双列直插的微型架构，具有低功耗、高输出的特点，可用恒流源或恒压源驱动,测量的压力范畴较大，

19、有效的压力测量范畴为1pi至60i。US911用途广泛，可合用于轮胎气压、血压测量、工业压力测量等领域。在恒压源或者恒流源的鼓励下,传感器输出与所受压力成线性比例的毫伏级电压信号;然后通过外部电路对该信号进行解决放大，以达到最佳效果便于应用。(1）U911-6D重要特性阐明如下表:表4Error! Bookmark not defined. US111-0D特性描述工作环境温度-40125工作电压.0V工作电流.A线性误差0.1%驱动电流.5m输出信号010mV滞后性0. 根据其她的传感器特性比较,最后拟定选择U911-0-D重要是由于其价格较便宜、损耗低且该系列压力传感器是专为电子医疗器械（

20、电子血压计）开发的一款气体压力传感器，标称压力为5.8SI(00H），满足本设计规定的40mmHg的压力测量范畴。（2)US9111-0-D外部构造:图4Error! Bookmark not defined. U911006-D外部构造 未经补偿的高精度压力芯片封装在塑胶壳体内，通过6个插脚直插装配在电路板上，其气嘴外径3mm。该型号产品兼容的压力介质为无腐蚀性的干燥气体。4.1.2 压力传感器电路设计 US9111的外围引脚有6个,其中第引脚NC悬空,第1引脚GD和第6引脚N都接地；S9111-006的工作电压时5,由VCC脚接入+5V电压。第2引脚和第5引脚作为传感器的数据输出端,S+、

21、S-脚将测量到的电压信号作为输入端接入放大电路中。如下图: 图41传感器电路设计图4.2 STM32103RB6单片机的简介及电路设计 4.2.1 STM3F10RBT6单片机简介本设计采用的控制器是S310B6单片机，STM32F103B6使用高性能的A Cortex-M3 2位的IC内核，与所有的ARM工具和软件兼容，其闪存程序储存器高达18字节和SARM达到20字节,完全可以满足本设计所需内存；ST3F103RT6内嵌两个1位模拟/数字转换器(ADC)和嵌套向量式中断控制器，可以解决多达43个可屏蔽中断通道;TM32F10RT6中的电压调压器涉及三个操作模式:主模式（MR）、低功耗模式(

22、LR）、关断模式，可以实现低损耗、高速运营的性能；同步单片机丰富的增强型外设支持定期器、AD、I2C和SR,原则和先进的通信接口使得可以进行多种数据传播10。STLP64的工作频率是2M,STM32F101x增强系列工作于-0C至10C的温度范畴,供电电压范畴为2.0V至3.6。STM32FP6的每一种管脚均有其名称和重要的功能或默认的其她功能，其管脚图如图：图Error! No text of specified style in document.Error! Bookmark not defined.STM2LQF64的管脚图 4.2.2 重要性能参数 1）72Hz,高达9Mps，1.2

23、Mips/Hz 2）8K字节闪存程序存储器 ，20K字节SA 3）2.6伏供电和I管脚 4)上电/ 断电复位(POR / PD）、可编程电压监测器(PD）、掉电监测器 5)复位时内部8Mz的R振荡器,外部32kHz RC振荡器 6）3种省电模式：睡眠、停机和待机模式 调试模式 ;串行线调试(SWD）和JTAG调试接口 7）7通道DA控制器 ）3个同步1位定期器，2个看门狗定期器4.2.3 单片机外围电路设计 单片机外围电路重要涉及复位电路和时钟电路，总体电路设计图如图:图 4Error! Bookmark not defined.单片机总体外围电路设计图 42.T2的复位电路 图 Error!

24、 No text of specified style in document.2 ST32的复位电路设计 如图所示，从单片机的第7引脚引出1K的电阻和.uF的电路相连,形成复位电路。NRST 是低电平有效，上电复位时,芯片需要足够的时间进行初始化操作,在这段时间内单片机NRST引脚必须输出一种低电平。电压的电容不会突变,复位电路正是运用这一特性设计的。开机后电容C电压为零，NRS端与地连通，芯片复位。然后电源3.3通过 22 对C16 充电，电容两端电压上升为高电平,NRS端与地接通。NRST端与地接通时，芯片开始正常工作,上电复位完毕。此电路还可以通过按键完毕复位:当按键TN按下时，复位引

25、脚接地，电平拉低，电容C16瞬间放电,按键弹起时,又通过R22向电容C16充电,完毕按键复位。图 硬件系统的设计3TM的时钟电路设计 ST2内置的时钟（8频率）精度较差,因此使用外部晶振。如图所示，单片机的第5引脚和第引脚连接一种8MHz 的晶振及两个18pF 电容电路,构成高速外部时钟电路。C4、C5和晶振称为 LC 并联谐振电路,晶振起电感的作用,谐振频率由晶振的频率所决定,外部振荡器和单片机内部的时钟电路一起构成了单片机的内部时钟方式，单片机内部有一种高增益反相放大器,引脚XTAL1 和 XA 分别是这个放大器的输入端和输出端，片外石英晶体和放大器一起构成一种自激振荡器;外接电容 C1和

26、 C15 会影响振荡器的稳定性和起振的迅速性，它还可以对振荡频率起微调作用1。4.3 电源电路设计4.3.1 电源芯片简介表 Error! No text of specified style in document.Error! Bookmark not defined. 本设计中给元器件提供的工作电压传感器9115单片机STM333V电平转换AX232ALCD驱动H11B3V泵6V阀V 本课题中以4个1V电池作为电压输入,由于6V装5的稳压芯片很难找，因此电源电路中先用升压稳压芯片L2731把6V转为V，再用AS1J芯片转到6V,提供的电压给泵阀驱动,由于泵阀驱动电流较大，达到400m，而

27、MIC5205芯片的输出电流只有150A,因此没有选用C5205ADJ。3V和5V的电压转换芯片用的都是MIC205系列芯片，提供应CD驱动芯片的工作电压3V由AS1113V转换。(1）LM31 TI公司的31芯片是常用的升压芯片，分为“X”类型和“”类型，本设计使用的是LM2731“”。表 Error! No text of specified style in document.Error! Bookmark not defined. LM23特性表输出电压1V22V输入电压 V1V开关频率 1MH输出电流 1.A工作温度4C 12CLM27的外围电路图:图 44 LM731稳压电路设计

28、根据数据手册可知，Cf0Pf，Vout与点阻R、R3的关系为：RR2*(ou/1.3-1),拟定R213.3,根据公式和Vu=9V可计算出R3=8K。 (2）MS1117 AMS1117系列稳压芯片的输出电压有可调和多种固定输出，可以提供1A输出电流，其工作压差可以达到1V。虽然是在最大输出电流时，AMS1117器件的压差最大不超过V并随负载电流的减小而逐渐减少。 AMS17的片上微调把基准电压调节到1.5%的误差以内,并且电流限制也得到了调节,以尽量减少因稳压器和电源电路超载而导致的压力。AS1117的固定输出电压有1.5、1.8V、2.5、2.5V、3.0、.V、50 ，可调输出电压的电路

29、图如下：图 硬件系统的设计Error! Bookmark not defined. AMS11稳压电路设计 根据数据手册可知，可调输出电压与电阻R、的关系式为:ut=Vrf(15R）+aj*R5，其中re =15V。（3）MI525MI520一种具有超低噪声输出的降压稳压器,输出电流较小,只有10mA,提供了优于1的初始精度。MIC5205系列芯片输出电压分为固定和可调类型,本设计中用到的是固定输出3.3和5的芯片。43.2电源转换电路设计 在设计电源电路时都在每一次转换电压输出加一种插槽,避免调试电源电路的时候烧坏其她电源芯片。总体电源转换电路设计如下图：图 4Error! Bookmark

30、 not defined.总体电源转换电路设计4.4 液晶显示模块电路设计 4.4.1 液晶显示芯片ZS8336D简介 液晶屏Z3376是深圳微显示科技有限公司生产的专门用于电子血压计的产品，其工作电压为3.0，可在-+70的温度环境中工作。ZS376的显示效果图如下：图硬件系统的设计Error! Bookmark not defined. Z8337D显示效果图4.4.2 液晶显示驱动芯片HT161B的简介及电路设计 4.4.2.1 HT161简介T1621是128 点内存映象和多功能的LCD驱动器,她可由软件配备成2或 1/3的CD驱动器偏压和2、3或4个公共端口，这一特性使得T1621可

31、以合用于多种D显示12。H1621B的重要特性如下：* 工作电压范畴：45.V（本设计采用3V供电） 一种32X 的点段式LD驱动器 内嵌2 X 4为显示RAM内存*内嵌256z R 振荡器* 可选1/或1/3偏压和12 13 或1/ 的占空比* 节电命令可减少功耗4.4.2.2 T1621B 电路设计表 硬件系统的设计Error! Bookmark not defined. LD驱动器T621B的引脚描述管脚号管脚名称功能描述/CS片选输入，当/C为高电平时读写数据和命令无效，当为低电平时读写数据和命令有效1/RDI/口,RAD脉冲输入1WRI/O口,WRIT脉冲输入12DATA/O口13V

32、S负电源，接地16VCDCD电源输入VD正电源2124COM0COM3LD公共输出口2537SE31SEG25、SEGG8LCD段输出口 /R低电平有效,在/R下降沿HT1621内存的数据被读到AT线上，本设计中/RD接口与V点压相连,让/RD始终处在无效状态，第、11、12引脚分别和STM2F03RBT的3、1、44引脚相连。选用片内RC振荡器(26H)、晶振(32.768KHz）产生时钟源。显示模块的电路设计如下图14：图硬件系统的设计Error! Bookmark not defined.显示模块电路设计图4.5 放大电路设计4.5.1 仪表放大器电路原理 仪表放大电路重要由两级差分放大

33、器电路构成,由三个运算放大器所构成,如下图15，运放A1，为同相差分输入方式,最右边的放大器中电阻Rf和 R3是原则差分放大器电路，增益 =Rf/,当R2时，差分输入电阻2*R1;左边两个放大器A1和A则起到输入缓冲作用；当Rg被移除时,两个缓冲级只是单位增益缓冲器;在这个状态之下,增益等于 f/R3,而缓冲级提供高输入阻抗;缓冲器的增益可以增长由于放在负输入和接地之间的电流所产生的分流的负反馈；而在两个反向输入放入一颗电阻Rg的长处在于:增长缓冲级的差模增益，而使共模增益等于1；如果单独存在时有同样的增益时，将会增长电路的共模互斥比（CMR)，会使得缓冲器可以解决更大的共模信号；Rg的另一种

34、好处是,只用一颗电阻来提更增益,而不是一对,可以避免电阻匹配问题，而增益可以透过只变化Rg的值,而变化放大器的增益不需要变化其她的电阻匹配13。 图 Error! No text of specified style in document.Error! Bookmark not defined.仪表放大电路原理图 上图的仪表放大器的输出与输入的关系为：V=(同向输入端Vi-反相输入端Vin)*（1+2R1/g)R/R3,其中1=R2,R3=R4，R4.5.2 压力放大电路设计 本设计的信号放大通过运算放大器TL226实现,TLC264一款四路运算放大器,每个放大器的电源电流只有200。如下图

35、1，传感器U911的输出模拟信号非常单薄， 通过一种仪表放大器（三运放差分放大电路）进行放大，根据上述的仪表放大器公式可得此电路中压力放大倍数计算公式为:A=(12*R6/7）*(R/R9）,其中=R11R1/（R1+R12)。把有关参数代入公式计算的放大倍数A16.4。 电路中增长了电压跟随电路，当传感器不工作时,把运算放大电路输出的电压作为为基准电压，这个基准电压理论值为0.5,实际测得的值为0.76V,在合理误差范畴内。由于采集到的信号有噪声,要对其进行滤波。本设计中采用的是RC滤波器进行低通滤波，其截止频率为3.1z。图4Error! Bookmark not defined.压力放大

36、电路4.5.3 脉搏波放大电路设计 如下图7，传感器采集到的信号通过仪表放大器第一级放大后得到压力信号,在仪表放大电路输出端加一种反相放大器对信号进行二次放大，得到脉搏波信号。由上述信息已知仪表放大电路的放大倍数为A1=64,而反相运算放大的放大倍数A2=R18/17，代入有关参数得出2-0,即脉搏波的放大倍数达192倍。本电路设计中的跟随电压值也是0.5V,测得的实际值是0.449V,在合理误差范畴内。图 硬件系统的设计Error! Bookmark not defined.脉搏波放大电路原理图4.6 其她电路设计4.6.1 TAG仿真下载电路 TAG是一种国际原则测试合同，重要用于芯片内部

37、测试及对系统内部进行仿真、调试，JTA是一种嵌入式调试技术,它在芯片内部封装了专门的测试电路TAP(Tet Acss Port,测试访问口)。TAG编程板一端与PC的并口相连，另一端连接至目的板，由于本设计选用的单片机工作电压为3.3，而PC机并口输出的逻辑电平是5,因此需要进行电平转换。 JTG接口电路设计图如图：图 4Error! Bookmark not defined. JAG接口电路设计图 TST、JD、JTMS、JTC和TDO端分别与单片机的6、5、46、和5引脚相连,并且都各加一种阻值是.7K的上拉电阻,实现下位机通信功能。4.6.2 泵阀控制电路图 4Error! Bookma

38、rk not defined. 泵阀控制电路设计 如图，用两个三极管开关控制泵、阀的驱动，输入端MP、VALV控制开关电路的启动和关闭，当PM、VAVE输入低电平时,基极没有电流，因此集电极也没有电流,致使连接在集电极端的二极管U亦没有电流,相称于开关的启动，泵、阀没有电流通过。同理,当PMP、VALV输入高电平时，由于基极有电流流动,使集电极流过更大的电流，负载回路便被导通，相称于开关的闭合。VAV与接入单片机的23引脚PA7,可进行PWM输入,通过W（ Pulse Widh Modutn 脉宽调变）变化占空比方式控制放气速率本章小结 本章简介了元器件的选型,具体简介了设计中所用的重要的元器

39、件的性能、参数等信息,这些都是在选型是考虑的因素。也给出了各个电路设计图,并对其进行解释,特别是放大滤波电路部分,是整个电路的精髓部分，信号的放大倍数对电路的测试和数据的解决有重要作用。5 系统验证5.1 硬件调试与测试表 系统验证Error! Bookmark not defined. 硬件调试成果理论值实际值电源电压V.03LM2731升压电压9V9.04AS111-ADJ稳压电压6V017MC520-5V稳压电压5V4980AS17-3稳压电压3V2.983VREF312-.048稳压电压20482047VMIC205-33稳压电压3.3V3.27分析:由于在焊接电路板时，某些电阻阻值和

40、理论值存在误差，故稳压芯片输出电压存在误差是合理的，由表可得,各误差都在合理的范畴内。5.2 压力与脉搏的计算验证一方面,将压力传感器US911与原则水银压力计组合起来,使水银压力计和传感器在相似的气压下工作,以一定的数值间隔加压，再用万用表读出压力放大之后的信号输出电压,从而得到电压与气压的转换关系：essure Volt*+ b。然后，执行下面环节：第一，通过原则压力计读出气压值。第二，在电路板上测量电压值。第三，将电压值与电子压力计读出的气压值进行对比。最后，制出电压压力关系表，并在xcel中进行图表制作和线性拟合，得出电压与气压的转换关系。表 Error! No text of spe

41、cified style in document.1实验过程中一共测得四组压力与电压关系数据mmHgV1VV3VV-ae00.477.7.470.480.4720.1.52.510.5140.40.440.540.54305440544005105790.581.50.581800.6150612010.617.6145100640.640.64404.631200.690.6760770.6796777147070.708.71.7160.07560.745.740740747074751.7780.77507760780.7767500010.806.8080.8140.8975220.8

42、390.30.90.410.39400.8730108750.876035图系统验证1压力与放大后电压的关系图注释:横坐标是电压值,纵坐标是相应的压力值,得出压力与放大后电压的关系为：=7.0x2.1。5.3 系统验证与成果分析1）传感器能正常采集到模拟信号，仪表放大电路对模拟信号进行一级放大后获得血压信号，该信号可以随着气压的增大而增大,并且对原始传感器采集到的电压信号有放大作用。用一种反相放大器对血压信号进行二次放大获得脉搏波信号，但是该放大电路不起放大作用。根据2)单片机能正常工作，可以运营程序。3）阀可以驱动,并能根据PWM输出占空比变化速率。本章小结 本章进行硬件测试，重要是电路板测

43、试,电路板测试内容重要涉及元器件焊接与否存在短接、芯片与否正常供电、传感器能否采集信号、放大电路与否对的和M输出占空比与否可调。本章给出了芯片工作电压和放大电路电压与气压的测试数据记录，根据记录，可见芯片的供电电压都在合理误差范畴内，也计算出了电压与气压的公式关系。6 论文小结 本设计是基于单片机STM32F103RB6的电子血压计,是在市场上已有的电子血压计研究的基本上进行设计和验证。 目前常用的电子血压计的技术已经十提成熟,都能实现基本的功能,但是仍然有诸多的血压计产品存在两大问题：第一，传感器传送的是模拟信号,易受干扰和损耗;第二,芯片选型多种各样，容易浮现精度原则不一。本设计针对上述两

44、个问题提出了外置AC(模数转换器）、自动充放气的设计想法,其设计的模数转换电路减少了信号干扰，并且使信号传播的精确性也大大提高。 设计中所用的元器件都是高性能、低功耗、价格相对低廉的，使得整个设计不仅测量时间短、功耗低、价格便宜，并且通过实验验证其测量成果精度较高,对投入市场生产提供了也许性，也特别值得家用电子血压计的推广使用。 通过实验,我们提出下列使测量成果更加精确应注意的问题。（1)由于被测量者的姿势会对测量成果产生很大影响，在测量时，测量者要保持对的的姿势,肘部放在桌面或平台上,手心向上，身体挺直、放松。血压计的臂带中心与心脏保持在同一水平位置，否则会导致测量成果偏高或偏低。当臂带位置高于心脏水平高度,测量成果会偏低。当臂带位置低于心脏水平高度，测量成果会偏高。(2）血压不是一种固定值,是时刻变化的。系统验证时至少测量3次,取平均值作最后成果。（)加压过程中,应避免压力过大,我们应根据自身的实际状况来加压 。