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1 系統工作原理 血壓指血管內的血液對于單位面積血管壁的側壓力，即壓強。正常的心臟是一個(gè)強有力的肌肉器官，它日夜不停地、有節律地一張一縮，使血液在循環(huán)器官內流動(dòng)。血液在血管內流動(dòng)時(shí)，無(wú)論心臟收縮或舒張，都對血管壁產(chǎn)生一定的壓力。血壓有兩種，一是收縮壓，它指在心室收縮時(shí)，主動(dòng)脈壓急劇升高，在收縮期的中期達到最高值，這時(shí)的動(dòng)脈血壓值稱(chēng)為收縮壓，也稱(chēng)為“高壓”;另一是舒張壓，它指在心室舒張時(shí)，主動(dòng)脈壓下降，在心舒末期動(dòng)脈血壓的最低值稱(chēng)為舒張壓，也稱(chēng)為“低壓”. 該多功能電子血壓計，采用示波法進(jìn)行測量，其原理是通過(guò)測量血液流動(dòng)時(shí)對血管壁產(chǎn)生的振動(dòng)，在袖帶放氣過(guò)程中，只要袖帶內壓強與血管壓強相同，則振動(dòng)最強。其優(yōu)點(diǎn)為：使用簡(jiǎn)易，可一人獨自操作，測量值便于記錄，體積輕巧便于攜帶。 2 硬件設計 2.1 系統總體結構 該多功能電子血壓計系統的總體結構框圖如圖1所示，主要包括LPC3250主控模塊、電源及復位模塊、檢測模塊、LCD觸摸屏模塊、WiFi模塊、語(yǔ)音模塊和USB模塊等6大模塊。 2.2 主控LPC3250 主控采用NXP新推出的高度集成LPC3250微處理器，具有高性能、高集成度、低功耗等的特點(diǎn)，非常適合本方案的設計要求。它采用90 nm工藝和功能強大的ARM926EJ-S內核，主頻高達208 MHz,具有全系列標準外設。其中包括帶專(zhuān)用DMA控制器的24位LCD控制器，可支持STN和TFT面板；三通道10位400 kHz A/D轉換器，帶觸摸屏接口；內部集成高達11個(gè)PWM通道；USB OTG接口，能全速連接主機和器件；一個(gè)支持DDR和SDR SDRAM,SRAM,FLASH和靜態(tài)器件的外部存儲控制器。充分滿(mǎn)足了本設計的需要，外部只需加入很少芯片就可實(shí)現系統功能，并可使整個(gè)系統體積減小、功耗降低、穩定性增加和成本得到控制。 2.3 壓力傳感器XFGN-6025KPGSR 該設計采用日本Fujikura公司生產(chǎn)的新一代壓力傳感器XFGN-6025KPGSR,它的重量只有0.35 g,主要用于便攜式電子血壓計，采用精密厚膜陶瓷芯片和尼龍塑料封裝，內部含有放大、溫度補償及預校正失調電壓和量程，從而提高了測量的精度、穩定性，也省去了放大電路。它直接將血壓轉換為0~4.5 V的電信號，對應的血壓值為0~25 kPa,即0~187.5 mmHg,與血壓計的設計要求非常匹配。 2.4 濾波器MAX267 所測得的模擬信號還要經(jīng)過(guò)濾波，然后進(jìn)行A/D轉換。其中濾波用于濾掉信號中的直流成分、電源及皮膚與袖帶摩擦的高頻噪聲和工頻干擾等。該設計采用Maxim公司的MAX267,它是Maxim眾多開(kāi)關(guān)電容濾波器（SCF）芯片中較簡(jiǎn)潔的一種。內部包含2個(gè)已經(jīng)固定成帶通型，并且使用相同的Q參數和頻率變換比例的二階SCF和一個(gè)運放。通過(guò)選擇適當的反饋電阻和Q參數，能夠組成不同波紋率的Butterworth或Chebyshev濾波器。這樣大大減少了外圍電路，且使用靈活，性能遠遠優(yōu)于采用集成運放組成的濾波電路，非常適合于本設計。 3 軟件設計 3.1 程序流程 軟件部分是系統有效工作的核心，其程序流程如圖2所示。系統啟動(dòng)后，由U-boot引導啟動(dòng)嵌入式Linux,初始化相關(guān)硬件和程序并進(jìn)入主菜單。其中數據查詢(xún)，可在LCD上查看以往測量結果，并由機器進(jìn)行簡(jiǎn)單的健康情況分析；網(wǎng)絡(luò )服務(wù)，可手動(dòng)將測得的結果通過(guò)WiFi傳送至醫院，并與醫生進(jìn)行簡(jiǎn)單的對話(huà)；開(kāi)始檢測，血壓計進(jìn)入檢測模式；系統設置，可對系統時(shí)間、網(wǎng)絡(luò )參數等進(jìn)行設置，并可對系統固件進(jìn)行升級；個(gè)人信息，可輸入自己的身高、體重、性別和年齡等信息，方便系統對每個(gè)人的測量數據進(jìn)行分別管理和有針對性的健康情況分析。 3．2 電子血壓計檢測模式流程 當測量血壓時(shí)，微處理器PWM輸出控制氣泵充氣，先充氣至壓力傳感器的最大額定值25 kPa，即187．5 mmHg，再慢慢以每秒下降約3 mmHg的速度勻速放氣，調整袖帶內氣壓，實(shí)現自動(dòng)測量血壓。一路A／D采樣袖帶內氣壓直流分量，以便取得收縮壓和舒張壓，即高壓和低壓，并對心跳周期取平均計算心率；另一路A／D采樣袖帶內氣壓交流分量，經(jīng)分析計算后確定收縮壓和舒張壓的瞬態(tài)時(shí)間位置，接收血壓脈沖信號，觸發(fā)ADC工作，計算出收縮壓和舒張壓的結果。心率、血壓計算流程圖如圖3所示。 3．3 數據庫系統的設計 該設計的數據管理采用SQLite嵌入式數據庫，它是2000年由D．Richard Hipp開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種中小型嵌入式數據庫，可以較為方便地運用于嵌入式系統中，它的源代碼完全開(kāi)放，可以免費用于任何用途，包括商業(yè)目的；它提供了對SQL92的大多數支持，如支持多表、索引、事務(wù)、視圖、觸發(fā)和一系列的用戶(hù)接口及驅動(dòng)，簡(jiǎn)單易用，速度也很快，同時(shí)提供了豐富的數據庫接口。經(jīng)過(guò)對需求的分析和優(yōu)化，可設計出數據庫系統的E-R圖如圖4所示。其全面準確地反應了用戶(hù)的功能需求，可使實(shí)體類(lèi)型的個(gè)數和所含屬性的個(gè)數少，實(shí)體類(lèi)型間無(wú)冗余。 3．4 系統的界面設計 在系統界面中，通過(guò)觸摸屏發(fā)出各項命令，再通過(guò)數據庫的連接由圖形界面顯示。該設計的應用程序窗口界面采用Qt編寫(xiě)實(shí)現，它是一個(gè)跨平臺的C++圖形用戶(hù)界面應用程序框架，完全面向對象，很容易擴展，并且允許真正的組件編程，被廣泛地應用于各種嵌入式產(chǎn)品中。圖5是采用輕量級跨平臺集成開(kāi)發(fā)環(huán)境Qt creator所設計的界面。開(kāi)機啟動(dòng)后，首先進(jìn)入如圖5(a)所示的主菜單，輕觸開(kāi)始檢測，系統進(jìn)入如圖5(b)所示的檢測菜單，顯示測得數據�？紤]到老年人視力不佳，本界面的字體都已放大。 4 結語(yǔ) 隨著(zhù)生活水平和城市老齡化比例的不斷提高，醫療電子設備的家庭化、智能化逐漸成為趨勢。本文給出了完整的智能電子血壓計設計方案，區別于傳統只有單一檢測功能的產(chǎn)品，具有三大創(chuàng )新點(diǎn)：大屏幕顯示和控制；采用嵌入式數據庫SQLite進(jìn)行數據管理；通過(guò)網(wǎng)絡(luò )與醫院連接。實(shí)際應用表明，該系統體積小，功耗低，智能化，檢測速度快，實(shí)現了個(gè)人一儀器一醫療機構一體化的健康檢測網(wǎng)絡(luò )，很適合家庭用戶(hù)，特別是老年人的使用。如果該方案能廣泛推廣和應用，會(huì )產(chǎn)生不可估量的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。 |
