基于單片機(jī)的自動(dòng)血壓監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 - 全文

????? 引 言

　　目前醫(yī)院使用的自動(dòng)血壓監(jiān)控系統(tǒng)大多為進(jìn)口設(shè)備，價(jià)格昂貴，就醫(yī)成本高。本文所討論的系統(tǒng)價(jià)格低廉，測量準(zhǔn)確，有其獨(dú)特之處，具有很高的實(shí)用價(jià)值。

　　1系統(tǒng)功能和構(gòu)成

　　該系統(tǒng)由一臺(tái)PC機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)管理，再配合每個(gè)病房單獨(dú)使用的自動(dòng)血壓監(jiān)測儀(在自動(dòng)血壓計(jì)內(nèi)部加裝單片機(jī)測控板改裝而成)，構(gòu)成完整的自動(dòng)血壓監(jiān)控系統(tǒng)。如圖1所示。

　　管理用PC機(jī)設(shè)置在護(hù)士站，在PC機(jī)上可設(shè)定各病房使用的血壓監(jiān)測儀啟動(dòng)和測量的時(shí)間，并按設(shè)定的時(shí)間控制血壓監(jiān)測儀工作，然后接收血壓監(jiān)測儀傳回的測量數(shù)據(jù)；最終將各病房24小時(shí)傳回的數(shù)據(jù)繪制成圖形或表格，供醫(yī)生參考。

　　市場上能完成自動(dòng)測量的血壓計(jì)種類繁多，但只能完成單機(jī)的測量和少量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，無法完成無人操作時(shí)的定時(shí)啟動(dòng)和自動(dòng)測量以及測量數(shù)據(jù)的通信傳送功能。自動(dòng)血壓監(jiān)測儀的設(shè)計(jì)方案，是在自動(dòng)血壓計(jì)內(nèi)部加裝單片機(jī)測控板，可實(shí)現(xiàn)接收PC機(jī)發(fā)出的指令、按指令自動(dòng)啟動(dòng)、測量，并從自動(dòng)血壓計(jì)的液晶顯示屏上采樣測量信號，經(jīng)分析、譯碼，最后得到測量數(shù)據(jù)并傳送給PC機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、分析。

　　2 自動(dòng)血壓計(jì)的液晶顯示屏工作原理

　　日本精工自動(dòng)血壓計(jì)的液晶屏由7個(gè)數(shù)碼管及1個(gè)符號位組成，其中6個(gè)八段數(shù)碼管分別顯示高壓、低壓和脈搏數(shù)，1位小數(shù)碼管用來顯示測量次數(shù)；1個(gè)符號位可顯示4種符號，分別反映4種不同的工作狀態(tài)。經(jīng)試驗(yàn)觀測和邏輯分析發(fā)現(xiàn)，液晶屏的每個(gè)八段數(shù)碼管由2個(gè)信號引腳控制，符號位有1個(gè)信號引腳，還有1個(gè)同步信號引腳，作為信號同步的基準(zhǔn)。見圖2。液晶屏信號引腳時(shí)序關(guān)系如圖3所示。

???????? 液晶顯示屏引腳上的脈沖信號每4個(gè)同步信號為1個(gè)信號周期。在1個(gè)信號周期內(nèi)可以控制該數(shù)碼管的4個(gè)字段，這4個(gè)字段的控制在時(shí)序上采用時(shí)分方式實(shí)現(xiàn)；符號位只顯示4種不同的符號，所以只需1個(gè)信號引腳。在每個(gè)引腳的周期信號內(nèi)，有4個(gè)脈沖與同步信號的脈沖相對應(yīng)，每一個(gè)脈沖對應(yīng)控制1個(gè)字段，當(dāng)該位置有正脈沖時(shí)，則對應(yīng)的字段就被點(diǎn)亮。這樣，4個(gè)不同位置的脈沖波形就對應(yīng)該數(shù)碼管4個(gè)不同字段(如a，b，c，d)。因此一個(gè)八段的數(shù)碼管只需要2個(gè)信號引腳，如圖3中引腳1、2所示波形為數(shù)字3(見圖2)的脈沖信號波形。

　　3單片機(jī)的硬件設(shè)計(jì)

　　單片機(jī)測控板的工作需要按照自動(dòng)血壓計(jì)的工作流程來實(shí)現(xiàn)。硬件電路須滿足以下功能：

　　a)由單片機(jī)的兩個(gè)I／O端口送出控制信號，完成血壓計(jì)的啟動(dòng)和測量。

　　b)整形與電平轉(zhuǎn)換。單片機(jī)從血壓計(jì)液晶屏的信號引腳上采樣獲得的信號電平與單片機(jī)I／O接口的電平不一致，且取出的引腳信號在上升沿和下降沿有毛刺干擾，需要通過模擬電壓比較器實(shí)現(xiàn)整形與電平轉(zhuǎn)換功能。

　　c)信號采樣。為取得液晶屏顯示的數(shù)字，需對16個(gè)引腳信號進(jìn)行采樣，即要占用單片機(jī)的16個(gè)端口，為了使電路板能放置到血壓計(jì)內(nèi)部，盡量縮小電路板，減少占用單片機(jī)的輸入通道，先將16個(gè)引腳信號經(jīng)過2個(gè)八選一模擬數(shù)據(jù)選擇器，變成2路輸出信號，這樣只需占用單片機(jī)2個(gè)I／O端口，再用3個(gè)I／O端口作為八選一模擬數(shù)據(jù)選擇器的譯碼控制信號，用軟件掃描方法完成對引腳信號的采樣，這樣就大大減少對I／O端口的占用。

　　d)與PC機(jī)的通信。為構(gòu)造一個(gè)RS-232串行通信端口，采用了單片機(jī)的3個(gè)I／O端口和1片MAX232集成電路。

　　e)單片機(jī)選型。綜上分析，選用具有10個(gè)I／O端口的單片機(jī)即可滿足系統(tǒng)需求。為將信號波形整形為適合單片機(jī)需要的電平，需多個(gè)模擬電壓比較器。由于PIC16C622單片機(jī)有13個(gè)I／O端口，內(nèi)部還設(shè)有比較器模塊，充分利用單片機(jī)的這一特點(diǎn)，不僅可以省去多片比較器集成芯片，且其I／O端口也可滿足系統(tǒng)的要求。硬件電路組成示意圖如圖4所示。

??????? 4單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)

　　單片機(jī)要完成的任務(wù)，一是要接收管理計(jì)算機(jī)指令，按設(shè)定時(shí)間開啟電源、啟動(dòng)血壓計(jì)開始測量；二是要監(jiān)測整個(gè)測量過程。這不僅需要相應(yīng)的硬件電路，還需要有軟件的配合，濾除干擾信號，并按正確的時(shí)序，將每個(gè)數(shù)碼管的引腳信號和符號位信號從相應(yīng)引腳上取出，對照同步信號與不同的引腳信號的對應(yīng)關(guān)系，用軟件掃描的方法，分別將同一數(shù)碼管的2個(gè)引腳上的信號組合在一起，經(jīng)過分析、譯碼得到最終測量結(jié)果。最后要完成單片機(jī)與PC機(jī)的通信，將測量結(jié)果送到管理機(jī)上。主程序框圖如圖5所示。

　　5程序調(diào)試

　　程序調(diào)試的難點(diǎn)是如何按照液晶屏引腳信號的正確時(shí)序準(zhǔn)確地取出顯示數(shù)據(jù)，這不僅需要配合硬件電路，觀察液晶屏引腳的信號時(shí)序，而且需要通過反復(fù)試驗(yàn)和測量，調(diào)整軟件參數(shù)，找出準(zhǔn)確的時(shí)序數(shù)據(jù)，完整地取出顯示數(shù)字的波形數(shù)據(jù)，然后通過對波形數(shù)據(jù)的總結(jié)譯碼，得到正確的測量數(shù)據(jù)。最后，單片機(jī)與PC機(jī)通信，也需要準(zhǔn)確的配合來完成數(shù)據(jù)的傳送。

　　6結(jié)束語

　　由于目前醫(yī)院使用的自動(dòng)血壓監(jiān)控系統(tǒng)大多為進(jìn)口設(shè)備，價(jià)格昂貴，就醫(yī)成本高，所以較之于自動(dòng)心電監(jiān)護(hù)儀，自動(dòng)血壓監(jiān)護(hù)還遠(yuǎn)沒有得到普及。本文所討論的自動(dòng)血壓監(jiān)控系統(tǒng)由一臺(tái)PC機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)管理，設(shè)計(jì)思路獨(dú)特，系統(tǒng)構(gòu)成簡單，操作和使用方便，與同類設(shè)備相比，性價(jià)比高，測量準(zhǔn)確，有很高的實(shí)用價(jià)值。