電子血壓計電路設計圖精華 - 全文

　　采用SH79F164增強型單片機為核心，執(zhí)行速度比傳統(tǒng)8051快10 倍左右主控芯片Flash程序存儲器空間大：16Kbyte，內建EEPROM功能系統(tǒng)低功耗設計：空閑模式12uA、掉電模式1uA主控芯片內建RTC 模塊，記錄實時時鐘主控芯片內建儀表放大器（PGA）、帶通濾波器、固定增益放大器、恒流源OP血壓計出廠標定程序自動實現。

　　硬件設計

　　在硬件電路設計方面，筆者參考了大量的資料，最終選定SH79F164單片機作為主控IC。其理由是SH79F164內建資源豐富，既能節(jié)省大量外圍器件，又方便系統(tǒng)調試。SH79F164內建資源主要有：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轉換器、時基定時器（RTC）。

　　硬件部分構成：壓力傳感器、SH79F164單片機、LCD、袖套、充氣泵、放氣閥、按鍵等（見圖3）。

　　電路原理

　　壓力傳感器將用戶袖套的血壓信號轉換為電壓信號，經儀表放大器放大（PGA）后一路直接送A/D轉換器得到袖套內絕對壓力值（見圖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（見圖2）。

　　下圖為系統(tǒng)前端小信號放大電路：

　　由內建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，使軟件能準確地提取脈搏振動波。內建OP1構成恒流源為壓力傳感器提供恒定電流，根據傳感器規(guī)格及實際應用，OP1輸出的恒定選擇在0.3mA～1mA。內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對sensor的恒流電路產生影響，同時又能保證對小信號放大的高增益性。儀表放大器包含兩個部分的可編程增益，總計可編程增益為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。如需要調整輸出范圍可分別通過：VREF1及VREF2兩個偏置電壓實現。

　　通過IC內建資源，本系統(tǒng)可實現程序自動標定初始化，不用人工調節(jié)外圍電路，方便批量生產。

　　可穿戴腕式電子血壓計傳感電路設計圖

　　本文介紹的主要是可穿戴腕式電子血壓計傳感電路設計圖

　　電路原理：本電路采用BP01型壓力傳感器和運放MAX4472。BP01型壓力傳感器是為檢測血壓而專門設計的，主要用于便攜式電子血壓計。它采用精密厚膜陶瓷芯片和尼龍塑料封裝，具有高線性、低噪聲和外界應力小的特點；采用內部標定和溫度補償方式，提高了測量精度、穩(wěn)定性和重復性，在全量程范圍內，精度為±1%、零點失調不大于±300μV。MAX4472是MAXIM公司的一款集成了四個運算放大器的低功耗放大芯片。本系統(tǒng)中內部集成運放A接恒流源，為壓力傳感器提供恒定的電流，運放B和運放C，運放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)測血壓而專門設計的，主要用于便攜式電子血壓計。它采用精密厚膜陶瓷芯片和尼龍塑料封裝，具有高線性、低噪聲和外界應力小的特點；采用內部標定和溫度補償方式，從而提高了測量的精度、穩(wěn)定性以及可重復性，在全量程范圍內，精度為±1%，零點失調不大于±300μV。

　　工作原理：用BP01構成的便攜式電子血壓計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，該血壓計的血壓測量范圍為0~200mmHg，分辨率為0.1mmHg，工作電源為一節(jié)9V迭層電池。現將血壓計中各主要電路的工作原理分述如下：

　　偏置電源電路：電源電路由帶有內置參考電壓的雙運放LM10組成，A1構成同相放大器，A2構成跟隨器，它們的作用是將內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的值由下式決定：Vs=Vref（1+R2/R3） 式中：Vref為LM10的內置參考電壓。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~A6四個運算放大器組成，其中A3構成失調偏置電路以對電路失調進行補償；A5構成跟隨器，用于對壓力傳感器BP01的輸出信號進行隔離緩沖；A4、A6構成放大電路，其增益AV由下式決定AV=1+（R1/RT） 若忽略失調，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動器。工作時，壓力傳感器BP01的輸出經前置處理電路放大后，由顯示驅動電路來驅動LCD，以讀出測量的血壓值。

　　調試方法：零壓輸出調整 在零壓輸出時，調整失調電位器RP1，在血壓計的顯示值為000.0時，即可認為完成了零壓輸出調整。

　　血壓計電子輔助測量器

　　這兩種血壓計（表）占目前社會擁有量的90％以上，是醫(yī)生為病人測量血壓的主要用具。家庭的擁有量也很大。但是，這種血壓計需要聽診器輔助測量血壓，并要有一定的測量技術，特別是對舒張壓（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量器，供電子愛好者自制。該輔助測量器能使血壓的測量變的準確方便，不僅代替了聽診器，還可以同時觀察到所測血壓值．使不懂測量技巧的人也可測準血壓。

　　工作原理：

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

　　HTD1將檢測到的脈搏跳動聲波信號送V1的柵極，在此，V1起阻抗變換作用．將高內阻的微弱聲波信號電壓變換為較低阻抗輸出，經C1、C2、C4耦合給 IC1。IC1為四運放，其⑤ 、⑥ 、⑦ 腳內部電路及外圍元件構成電壓放大器，改變R8的阻值可調整本級放大倍數。經放大后的音頻信號經R9、C6耦合給① 、② 、③腳內外電路組成的低通濾波器，消除人體感應及外界干擾信號。并提高帶負載能力。其信號從①腳輸出，經C8耦合給12 、13 、14腳進行整形放大，將脈沖聲波變換成方波由14腳輸出．調整w1可改變放大量。14腳輸出的方波信號直接耦合給IC2的③ 腳和12 腳．經兩個運放放大后，分別由① 腳和14腳輸出．①腳輸出的方波電壓經D6耦合給IC3的12、13腳。IC3為四與非門電路，當12 、13腳為高電平時，②腳輸出低電平．D7發(fā)光指示．調整C12的容量，可改變D7的發(fā)光延遲時間。IC2的14腳輸出的方波脈沖高電平經D5耦合給 IC3的①腳，其① 、② 、③ 、④ 、⑤、⑥腳內外電路構成振蕩器。①腳為高電平時振蕩器起振，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腳電路構成電壓檢測器，以防電池電壓過低時失去測量的準確性。D1為⑩ 腳提供4.5V的基準電壓，R17、W2、R18組成分壓器。調整W2可設定起控電壓值，當⑨ 腳電壓低于⑩腳時，⑧ 腳輸出高電平，D2發(fā)光，說明電壓過低應更換電池。該輔助測量器耗電很小，更換一次電池可使用一年以上。