電子血壓計(jì)電路設(shè)計(jì)圖精華

　　采用SH79F164增強(qiáng)型單片機(jī)為核心，執(zhí)行速度比傳統(tǒng)8051快10 倍左右主控芯片F(xiàn)lash程序存儲(chǔ)器空間大：16Kbyte，內(nèi)建EEPROM功能系統(tǒng)低功耗設(shè)計(jì)：空閑模式12uA、掉電模式1uA主控芯片內(nèi)建RTC 模塊，記錄實(shí)時(shí)時(shí)鐘主控芯片內(nèi)建儀表放大器（PGA）、帶通濾波器、固定增益放大器、恒流源OP血壓計(jì)出廠標(biāo)定程序自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。

　　硬件設(shè)計(jì)

　　在硬件電路設(shè)計(jì)方面，筆者參考了大量的資料，最終選定SH79F164單片機(jī)作為主控IC。其理由是SH79F164內(nèi)建資源豐富，既能節(jié)省大量外圍器件，又方便系統(tǒng)調(diào)試。SH79F164內(nèi)建資源主要有：可編程儀表放大器（PGA）、帶通濾波器、固定增益放大器、恒流源放大器、10位 A/D轉(zhuǎn)換器、時(shí)基定時(shí)器（RTC）。

　　硬件部分構(gòu)成：壓力傳感器、SH79F164單片機(jī)、LCD、袖套、充氣泵、放氣閥、按鍵等（見(jiàn)圖3）。

　　電路原理

　　壓力傳感器將用戶袖套的血壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)儀表放大器放大（PGA）后一路直接送A/D轉(zhuǎn)換器得到袖套內(nèi)絕對(duì)壓力值（見(jiàn)圖1），另一路送到由OP2和OP3組成的帶通濾波器、固定增益放大器，提取脈搏信號(hào)（見(jiàn)圖2）。

　　下圖為系統(tǒng)前端小信號(hào)放大電路：

　　由內(nèi)建OP2和OP3組成的帶通濾波器其目的是濾掉直流成分，以及濾掉人體與袖帶摩擦的高頻噪聲和50Hz工頻噪聲、電路噪聲、PUMP與氣閥噪聲等，使軟件能準(zhǔn)確地提取脈搏振動(dòng)波。內(nèi)建OP1構(gòu)成恒流源為壓力傳感器提供恒定電流，根據(jù)傳感器規(guī)格及實(shí)際應(yīng)用，OP1輸出的恒定選擇在0.3mA～1mA。內(nèi)建可編程儀表放大器（PGA），主要特定是具有高輸入阻抗而不會(huì)對(duì)sensor的恒流電路產(chǎn)生影響，同時(shí)又能保證對(duì)小信號(hào)放大的高增益性。儀表放大器包含兩個(gè)部分的可編程增益，總計(jì)可編程增益為64檔，其中PGA1的編程增益范圍：16倍、32倍、64倍、128倍，PGA2的編程增益范圍：1.33倍～2.58倍。如需要調(diào)整輸出范圍可分別通過(guò)：VREF1及VREF2兩個(gè)偏置電壓實(shí)現(xiàn)。

　　通過(guò)IC內(nèi)建資源，本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)程序自動(dòng)標(biāo)定初始化，不用人工調(diào)節(jié)外圍電路，方便批量生產(chǎn)。

　　可穿戴腕式電子血壓計(jì)傳感電路設(shè)計(jì)圖

　　本文介紹的主要是可穿戴腕式電子血壓計(jì)傳感電路設(shè)計(jì)圖

　　電路原理：本電路采用BP01型壓力傳感器和運(yùn)放MAX4472(＄1.6646)。BP01型壓力傳感器是為檢測(cè)血壓而專門設(shè)計(jì)的，主要用于便攜式電子血壓計(jì)。它采用精密厚膜陶瓷芯片和尼龍塑料封裝，具有高線性、低噪聲和外界應(yīng)力小的特點(diǎn)；采用內(nèi)部標(biāo)定和溫度補(bǔ)償方式，提高了測(cè)量精度、穩(wěn)定性和重復(fù)性，在全量程范圍內(nèi)，精度為±1%、零點(diǎn)失調(diào)不大于±300μV。MAX4472是MAXIM公司的一款集成了四個(gè)運(yùn)算放大器的低功耗放大芯片。本系統(tǒng)中內(nèi)部集成運(yùn)放A接恒流源，為壓力傳感器提供恒定的電流，運(yùn)放B和運(yùn)放C，運(yùn)放D組成差分輸入、單端輸出放大電路，直接輸入ADC0監(jiān)視血壓直流分量。

　　BP01 型壓力傳感器是為監(jiān)測(cè)血壓而專門設(shè)計(jì)的，主要用于便攜式電子血壓計(jì)。它采用精密厚膜陶瓷芯片和尼龍塑料封裝，具有高線性、低噪聲和外界應(yīng)力小的特點(diǎn)；采用內(nèi)部標(biāo)定和溫度補(bǔ)償方式，從而提高了測(cè)量的精度、穩(wěn)定性以及可重復(fù)性，在全量程范圍內(nèi)，精度為±1%，零點(diǎn)失調(diào)不大于±300μV。

　　工作原理：用BP01構(gòu)成的便攜式電子血壓計(jì)的原理電路如圖所示，它由偏置電源電路（A1、A2）、前置處理電路（A3~A6）、顯示電路（A7）和壓力傳感器（BP01）組成，該血壓計(jì)的血壓測(cè)量范圍為0~200mmHg，分辨率為0.1mmHg，工作電源為一節(jié)9V迭層電池?，F(xiàn)將血壓計(jì)中各主要電路的工作原理分述如下：

　　偏置電源電路：電源電路由帶有內(nèi)置參考電壓的雙運(yùn)放LM10組成，A1構(gòu)成同相放大器，A2構(gòu)成跟隨器，它們的作用是將內(nèi)置的參考電壓放大后用作壓力傳感器BP01的偏置電壓Vs，其Vs的值由下式?jīng)Q定：Vs=Vref（1+R2/R3） 式中：Vref為L(zhǎng)M10的內(nèi)置參考電壓。其值為200mV，將此值連同電路中的R2和R3的值代入上式即可求得偏置電壓Vs的值為5V。

　　前置處理電路：前置處理電路由A3~A6四個(gè)運(yùn)算放大器組成，其中A3構(gòu)成失調(diào)偏置電路以對(duì)電路失調(diào)進(jìn)行補(bǔ)償；A5構(gòu)成跟隨器，用于對(duì)壓力傳感器BP01的輸出信號(hào)進(jìn)行隔離緩沖；A4、A6構(gòu)成放大電路，其增益AV由下式?jīng)Q定AV=1+（R1/RT） 若忽略失調(diào)，前置處理電路的輸出電壓Vout為： Vout=2（1+R1/RT）VIN 式中：VIN為壓力傳感器BP01的輸出電壓。

　　顯示電路：顯示電路選用三位半的顯示驅(qū)動(dòng)器。工作時(shí)，壓力傳感器BP01的輸出經(jīng)前置處理電路放大后，由顯示驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)LCD，以讀出測(cè)量的血壓值。

　　調(diào)試方法：零壓輸出調(diào)整 在零壓輸出時(shí)，調(diào)整失調(diào)電位器RP1，在血壓計(jì)的顯示值為000.0時(shí)，即可認(rèn)為完成了零壓輸出調(diào)整。

　　血壓計(jì)電子輔助測(cè)量器

　　這兩種血壓計(jì)（表）占目前社會(huì)擁有量的90％以上，是醫(yī)生為病人測(cè)量血壓的主要用具。家庭的擁有量也很大。但是，這種血壓計(jì)需要聽(tīng)診器輔助測(cè)量血壓，并要有一定的測(cè)量技術(shù)，特別是對(duì)舒張壓（俗稱低壓）的判斷，人為誤差因素較大。本文介紹一種電子輔助測(cè)量器，供電子愛(ài)好者自制。該輔助測(cè)量器能使血壓的測(cè)量變的準(zhǔn)確方便，不僅代替了聽(tīng)診器，還可以同時(shí)觀察到所測(cè)血壓值．使不懂測(cè)量技巧的人也可測(cè)準(zhǔn)血壓。

　　工作原理：

　　電路如圖1所示，測(cè)量器由聲波采集、電壓放大、低通濾波、波形變換、電壓檢測(cè)、聲光顯示電路組成。

　　HTD1將檢測(cè)到的脈搏跳動(dòng)聲波信號(hào)送V1的柵極，在此，V1起阻抗變換作用．將高內(nèi)阻的微弱聲波信號(hào)電壓變換為較低阻抗輸出，經(jīng)C1、C2、C4耦合給 IC1。IC1為四運(yùn)放，其⑤ 、⑥ 、⑦ 腳內(nèi)部電路及外圍元件構(gòu)成電壓放大器，改變R8的阻值可調(diào)整本級(jí)放大倍數(shù)。經(jīng)放大后的音頻信號(hào)經(jīng)R9、C6耦合給① 、② 、③腳內(nèi)外電路組成的低通濾波器，消除人體感應(yīng)及外界干擾信號(hào)。并提高帶負(fù)載能力。其信號(hào)從①腳輸出，經(jīng)C8耦合給12 、13 、14腳進(jìn)行整形放大，將脈沖聲波變換成方波由14腳輸出．調(diào)整w1可改變放大量。14腳輸出的方波信號(hào)直接耦合給IC2的③ 腳和12 腳．經(jīng)兩個(gè)運(yùn)放放大后，分別由① 腳和14腳輸出．①腳輸出的方波電壓經(jīng)D6耦合給IC3的12、13腳。IC3為四與非門電路，當(dāng)12 、13腳為高電平時(shí)，②腳輸出低電平．D7發(fā)光指示．調(diào)整C12的容量，可改變D7的發(fā)光延遲時(shí)間。IC2的14腳輸出的方波脈沖高電平經(jīng)D5耦合給 IC3的①腳，其① 、② 、③ 、④ 、⑤、⑥腳內(nèi)外電路構(gòu)成振蕩器。①腳為高電平時(shí)振蕩器起振，發(fā)出聲響，其振蕩頻率約2000Hz。V2及IC2的⑤ ～⑩腳電路起聲光同步等作用。

　　IC1的⑧ 、⑨ 、⑩腳電路構(gòu)成電壓檢測(cè)器，以防電池電壓過(guò)低時(shí)失去測(cè)量的準(zhǔn)確性。D1為⑩ 腳提供4.5V的基準(zhǔn)電壓，R17、W2、R18組成分壓器。調(diào)整W2可設(shè)定起控電壓值，當(dāng)⑨ 腳電壓低于⑩腳時(shí)，⑧ 腳輸出高電平，D2發(fā)光，說(shuō)明電壓過(guò)低應(yīng)更換電池。該輔助測(cè)量器耗電很小，更換一次電池可使用一年以上。