便攜式電子血壓計(jì)連續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測的設(shè)計(jì)

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件包括采集信號處理程序，串口驅(qū)動(dòng)程序，氣泵氣閥驅(qū)動(dòng)與控制程序、時(shí)鐘、存儲(chǔ)、顯示器及鍵盤、蜂鳴器等相關(guān)的接口程序的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)軟件總體框圖如圖6所示。

3．1 采集和信號處理
本系統(tǒng)采用ATmegal6內(nèi)部集成的10位的逐次逼近型ADC和7．372 8 MHz外部晶振，根據(jù)Nyquist采樣定理，采樣頻率應(yīng)大于等于被采樣信號最高頻率的兩倍，以免采樣后的信號發(fā)生頻譜的混疊。同時(shí)考慮到選用的氣泵、氣閥有自動(dòng)緩慢放氣的特點(diǎn)，將采樣頻率設(shè)置為200 Hz、選擇AVCC作為ADC的參考電平，轉(zhuǎn)換結(jié)果為ADC=(VIN×1 024)／VREF。ADC模塊的工作時(shí)鐘由系統(tǒng)時(shí)鐘經(jīng)過128分頻提供，轉(zhuǎn)換周期由T／C0定時(shí)控制，定時(shí)器T／CO的時(shí)鐘源采用系統(tǒng)時(shí)鐘1 024分頻，運(yùn)行于普通模式，因采樣頻率是200 Hz，則采樣周期是5 000μs，定時(shí)初值TCNT0=
256-7．372 8×5 000／l 024=0 xdc。轉(zhuǎn)換模式選擇自動(dòng)轉(zhuǎn)換觸發(fā)工作模式，在定時(shí)溢出中斷中運(yùn)行A／D轉(zhuǎn)換程序，A1通道轉(zhuǎn)換完成之后，直接改變通道，開始A0通道轉(zhuǎn)換。
為了最大限度地利用A／D轉(zhuǎn)換的采樣速率，用中斷實(shí)現(xiàn)A／D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)處理。當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換完成后觸發(fā)中斷，在嵌套中斷服務(wù)程序中，將采樣結(jié)果進(jìn)行簡單預(yù)處理。由于在信號采集過程中，經(jīng)常會(huì)遇到尖脈沖干擾的現(xiàn)象，為避免采集到的是干擾信號，在一次定時(shí)中斷服務(wù)子程序中連續(xù)進(jìn)行4次模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到4個(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行防脈沖干擾數(shù)字濾波。在此，采用簡單有效的均值濾波法，即對4個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，去掉最大值和最小值，然后計(jì)算余下的2個(gè)數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值，視該算術(shù)平均值為所需的模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果。這樣即可濾除脈沖干擾又可濾除小的隨機(jī)干擾，使測量更準(zhǔn)確。
由于定時(shí)器T1具有2個(gè)比較匹配寄存器(OCRlA、OCRlB)，故可通過兩個(gè)I／O口PC6、PC7產(chǎn)生PWM信號分別控制氣泵和氣閥的開關(guān)。T／C1是這樣工作的：選擇T／C1的計(jì)數(shù)長度為16位，工作于快速PWM模式，時(shí)鐘源來自系統(tǒng)時(shí)鐘經(jīng)過1 024分頻，當(dāng)定時(shí)器T1產(chǎn)生溢出中斷前，首先比較匹配中斷觸發(fā)，氣閥工作；定時(shí)器T1繼續(xù)運(yùn)行直到溢出，氣閥停止運(yùn)行。改變定時(shí)初值TCNTl和OCRlA、OCRlB的值，可以改變氣閥、氣泵運(yùn)行的頻率和輸出脈沖的占空比。為保證測量工作能可靠進(jìn)行，應(yīng)使系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)出錯(cuò)檢測和自動(dòng)恢復(fù)。
脈搏信號輸入ADC模塊ADCl通道的同時(shí)，也被輸入到模擬比較器的負(fù)極AINl，芯片內(nèi)部的固定能隙參考電源1．23 V將代替正極AIN0的輸入，比較器輸出ACO觸發(fā)定時(shí)器T1的輸入捕獲功能，當(dāng)捕獲到脈沖信號的變化時(shí)，計(jì)數(shù)寄存器TCNTl(TCNTlH，TCNTlL)的值被傳送至輸入捕獲寄存器ICRl，并賦予時(shí)間標(biāo)記以說明該事件的發(fā)生時(shí)刻，從而計(jì)算出脈率。
3．2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
以單片機(jī)為核心的儀表要考慮發(fā)生斷電時(shí)的數(shù)據(jù)保存問題，本系統(tǒng)需要保存的數(shù)據(jù)依次為受檢者的收縮壓、舒張壓、平均壓、脈率以及時(shí)鐘芯片DSl302的月份寄存器、日期寄存器、小時(shí)寄存器、分鐘寄存器。前3個(gè)參數(shù)每個(gè)參數(shù)占2 bit，脈率等后5個(gè)參數(shù)各占l bit，一次測量僅需要11 bit的長度存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
假設(shè)白天(am 6：00～pm 10：00)每隔15分鐘測量一次，共測64次；夜間(pmlO：00～次日am 6：00)每隔60分鐘測量一次，共測8次；則一天共測量72次，需要11×72=792 bit。加上偶側(cè)血壓記錄值的考慮，選用容量為32 kB的串行I2C總線E2PROM――AT24C256。AVR的TWI接口是兼容I2C總線的硬件接口，使用硬件接口編程比軟件模擬簡單，代碼短，效率也高。

4 結(jié)束語
設(shè)計(jì)的便攜式電子血壓計(jì)具有成本低、功耗低、自動(dòng)化程度高的優(yōu)點(diǎn)，具有便攜和易操作的特點(diǎn)，滿足了人性化和連續(xù)監(jiān)測動(dòng)態(tài)血壓的要求。文中給出了完整的設(shè)計(jì)方案及詳盡的資料和數(shù)據(jù)。以ATmegal6為控制核心，輔以壓力傳感器、外圍模擬以及數(shù)字電路，確保了該血壓計(jì)設(shè)計(jì)的合理性和可行性。