基于STM32F103單片機(jī)的便攜式家用血壓、脈搏及心率監(jiān)測儀設(shè)計目錄一、緒論 11.1研究背景 11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.3研究意義 21.4論文主要工作 3二、血壓、脈搏及心率測量原理 32.1血壓測量原理 32.2脈搏測量原理 42.3心率測量原理 5三、方案選擇 53.1方案一：容積補(bǔ)償法 53.2方案二：脈博波傳導(dǎo)時間測定法 63.3方案三：光電容積脈搏波描記法 6四、硬件電路的設(shè)計 74.1硬件電路總體框圖 74.2傳感器以及電路設(shè)計 74.2.1傳感器 74.2.2傳感器電路設(shè)計 84.3STM32單片機(jī)及其電路設(shè)計 94.3.1STM32單片機(jī) 94.3.2STM32單片機(jī)電路設(shè)計 104.4液晶顯示模塊簡介及電路設(shè)計 114.4.1液晶顯示模塊LCD1602 114.4.2液晶顯示模塊LCD1602電路設(shè)計 134.5血壓、脈搏、心率測量顯示電路 134.5.1脈搏監(jiān)測顯示電路 134.4.2血壓監(jiān)測顯示電路 144.5.3心率監(jiān)測顯示電路 164.6蜂鳴器 164.7電源電路 174.8按鍵電路 174.9總體電路圖 18五、軟件系統(tǒng)流程以及程序的設(shè)計 195.1主程序流程圖 195.2主程序調(diào)用的4個模塊 195.2.1測量模塊 195.2.2信號處理模塊 205.2.3顯示模塊 215.2.4電源模塊 215.3子程序流程圖 225.3.1讀狀態(tài)命令子程序流RDcommand 225.3.2讀數(shù)據(jù)子程序心率血壓采集模塊MKB001 225.3.3復(fù)位子程序REST 235.3.4寫命令子程序流程圖GETWD 23結(jié)論 24參考文獻(xiàn): 25附錄 27附錄A元件清單 27附錄B實物圖片 28摘要：血壓、脈搏、心率都是判斷健康的重要指標(biāo)，利用可穿戴智能設(shè)備在日常生活中進(jìn)行持續(xù)的測量十分必要。為了測量人體的各種相關(guān)數(shù)據(jù)諸如血壓、脈搏等，通常情況下，必須使得壓力傳感器、光電脈搏傳感器與數(shù)字技術(shù)三者結(jié)合使用。采用光電容積脈搏波描記法里一個非常有用的反射式測量法，發(fā)明一種類似于智能手環(huán)的監(jiān)測模塊。把STM32F103單片機(jī)當(dāng)做核心，使用NJL5303R反射式光電傳感器采集光體積描述信號，使得得到的PPG信號進(jìn)一步放大、濾波，在此基礎(chǔ)上，完成各種算法處理繼而獲得心率值，實現(xiàn)日常生活中的連續(xù)性心率監(jiān)測。關(guān)鍵詞：血壓監(jiān)測;脈搏監(jiān)測;心率監(jiān)測;光電容積法;STM32單片機(jī)一、緒論1.1研究背景現(xiàn)階段，全球范圍內(nèi)，已經(jīng)出現(xiàn)了人口老齡化問題，隨著人們生活水平的提高，在哪些醫(yī)療服務(wù)還不夠發(fā)達(dá)的地方，人們對醫(yī)療服務(wù)的需求顯得更為迫切，為了完成實時性的監(jiān)控，要求我們必須改變過去那種傳統(tǒng)方式，考慮使用醫(yī)療方面可移動、能夠便攜式攜帶的高新電子器械，這樣促進(jìn)了這一行業(yè)的快速發(fā)展。當(dāng)代，高血壓常常是位居現(xiàn)代疾病譜上危害最高的病癥，逐漸的成為年齡較大人群是否健康的一個風(fēng)向標(biāo)。當(dāng)生活水平越來越好，使得老年人更加的關(guān)注自己的血壓問題。通常情況下，人體生命沒有血液是無法生存的，而這其中完全依靠人體的心臟來完成輸血的全過程。因此，這種輸送血液的過程其實也是一種收縮和舒張的過程，一般情況下，心臟往外輸血的時所產(chǎn)生壓力就叫做“血壓”。基于此，血壓正常情況下，都會有一個穩(wěn)定的范圍值，一旦超過血壓范圍值的最大值時，人體的大腦、心臟或者其他相關(guān)聯(lián)的腎臟等器官就必須承擔(dān)一些不必要的負(fù)擔(dān)；反之，血壓小于這個正常值時，血液則表現(xiàn)出無法完全流遍每個身體部位，使得頭暈等癥狀發(fā)生。心率可以從一定程度上反應(yīng)心血管健康問題。因此在日常生活中對于血壓、脈搏和心率的連續(xù)監(jiān)測十分必要。近些年來，國家慢慢的普及了一些諸如穿戴式設(shè)備，相應(yīng)的每個公司也都開發(fā)出了比較多的關(guān)于該功能的腕表或手環(huán)，使得便攜式家用監(jiān)測儀的使用更加廣泛。對于如何進(jìn)行高血壓病的治療，第一個要做的就是確保血壓量取準(zhǔn)確。這一手段要通過血壓計來完成。通常情況下有直接與間接兩種測量方式，也就意味著它們所使用到的工作機(jī)理是完全不同的，前者借助于壓力傳感器進(jìn)行測量以顯示病人壓力的變化情況；后者的工作方式要復(fù)雜些，主要時刻感應(yīng)出應(yīng)測部位受到外部的壓力大小，并把這種控制所得到的結(jié)果跟與之有關(guān)聯(lián)的柯氏音如何產(chǎn)生以及如何消失所帶來的信息進(jìn)行綜合分析。對于前者來講，不關(guān)心測量處是否為動脈抑或靜脈，均能夠得到好的結(jié)果并可持續(xù)測試，相對的，后者僅僅適用于動脈的收縮壓和舒張壓。此次所研究的課題在現(xiàn)實生活中有非常重要的參考意義?，F(xiàn)階段，人們能見到的血壓計大多數(shù)都是那種較為常用并且普通的水銀血壓計，當(dāng)然也可能會銷售某種動態(tài)血壓記錄儀。前者的測量過程相對來講是比較復(fù)雜的，主要依靠醫(yī)生所擁有的聽診器來完成血壓的測量，這就造成了不同的醫(yī)生會給出不同的測量結(jié)果。一般來講，就同樣一個人同一時刻，血壓會受到很多因素的影響，畢竟測量血壓的時間不會持續(xù)很長時間，其得到的結(jié)果不可能完全反映了這個人的最真實的血壓值。通常情況下，動態(tài)血壓檢測中會出現(xiàn)干擾和偽差是不可避免的。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國外，心電監(jiān)護(hù)具有悠久的歷史，可以追溯到19世紀(jì)開始的時期。也就是公元1903年，有一個叫做Einthoven的荷蘭人，他被稱作是“心電圖之父”，他借助了多達(dá)1500米的特殊功能電纜線，非常具體的對全世界范圍內(nèi)第一份和人體的心電圖相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了記載，后來，慢慢的大家都了解到了這個心電圖，都覺得它是現(xiàn)代社會心電監(jiān)護(hù)的鼻祖。在這以后的多達(dá)幾十年里，發(fā)生了多次諸如冠心病等和心血管疾病有聯(lián)系的令人類膽寒的大型疾病大范圍的流行開來，這種情況下，人們意識到必須盡快完善心電采集和監(jiān)測相關(guān)技術(shù)使得其發(fā)展的更快速。一開始，醫(yī)生在搶救重病人員是，最先考慮到要使用ECG完成病人病情的監(jiān)測。在1933年，一個叫做Hooker的學(xué)者第一次在動物身上做心臟跳到狀況監(jiān)測的試驗，繼而得出了在面對重病病人時，如何給出更好的危重病患搶救措施。時間來到1943年，有個叫做ClaudeBeek的學(xué)者。時間來到1952年，有一個叫做Zoll的學(xué)者，他首次以心臟功能不能恢復(fù)到原狀態(tài)的病人為對象，進(jìn)行了一次成功的心臟起搏術(shù)，繼而對之進(jìn)行各種起搏、監(jiān)護(hù)等照護(hù)動作，最終促使病人較好的恢復(fù)健康。最終在1956年，較為專業(yè)的體外除顫儀出現(xiàn)在市面上，其大大增強(qiáng)了危重病人成功救活的概率。在1960年，著名學(xué)者Kauwenhoven陳述了胸外心臟按摩是非常成功的，這也意味著心臟復(fù)蘇技術(shù)慢慢進(jìn)入到常人的視野當(dāng)中。同樣是1960年，專家學(xué)者們研發(fā)了一種可持續(xù)于病床前運(yùn)行的ECG監(jiān)測儀，這種設(shè)備可以聯(lián)系不間斷的給醫(yī)生展示所監(jiān)護(hù)病人詳細(xì)ECG信息，能夠使得醫(yī)生可以連續(xù)且非常密切的觀察心臟病人和危重病人，這樣就意味著，醫(yī)務(wù)人員能夠從病人的心電圖中持續(xù)不斷的分析和判斷病人現(xiàn)在的狀況。在上世紀(jì)中晚期，醫(yī)院臨床中經(jīng)常使用到了叫做動態(tài)心電圖(Holter)、床旁心電監(jiān)護(hù)儀等先進(jìn)設(shè)備。與其處于同一時間，不同的像是非短途的通信技術(shù)、全方位影像技術(shù)、最新發(fā)展起來的電子方面技術(shù)與計算機(jī)相關(guān)的多媒體技藝、網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的技藝等在內(nèi)的非短途的醫(yī)療(TeleMedicine)體系也逐漸興起并不斷得到完善，其中，心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)在更大范圍內(nèi)得到了使用。在1960-1980年之間，以電話傳輸為基礎(chǔ)的心電監(jiān)護(hù)技術(shù)(TTM)開始在全世界范圍內(nèi)得到大力推廣和使用，使用的過程中得到了良好的驗證，并獲得了非常好的效果。這里講到的TTM技術(shù)，它的最基本原理就是把隨時得到的心電信息不斷的變換成聲音信息，借助于電話設(shè)備及時傳送到醫(yī)院接收機(jī)里，有了這些聲音信息再借助于諧調(diào)手段再次轉(zhuǎn)換為心電信號，從而可以使用心電圖機(jī)描記，最后，醫(yī)生憑借電話對于患者給出自己的診治措施。在我們國家內(nèi)部，醫(yī)院所用到的心電監(jiān)測儀相對的要比國外使用的晚一些，但是，隨著進(jìn)一步的廣泛使用，在這一方面的研究也得出了相當(dāng)大的成果。我們國家的福州大學(xué)電氣工程學(xué)院，著名的專家陳穎昭、高躍明等人專門為此發(fā)明了一種以STM32為基礎(chǔ)的可以隨時攜帶的用于家庭的心電方面檢測方法和設(shè)備。它能夠存放的與心電電極經(jīng)過具體采集體完成的表單導(dǎo)聯(lián)心電信號，一并在最后進(jìn)行各種預(yù)處理電路時，第一個是把心電信號完成放大數(shù)倍、繼而進(jìn)行濾波和后續(xù)的電平抬升后，發(fā)送和傳輸進(jìn)STM32里以完成各種模/數(shù)形式的轉(zhuǎn)換與數(shù)字處理，最終會實時被顯示在液晶屏上，讓電波形、心率和分析結(jié)果給醫(yī)生做出診斷提供詳細(xì)依據(jù)。經(jīng)過數(shù)次實驗，這個心電儀提取的心電信號非常有效，測定的心率非常準(zhǔn)確，并且給出了大約4種最普通的心率失常癥狀，還能夠完成HRV的時域參數(shù)的測定。其實，該心電檢測儀所使用到的控制核心是由意大利和法蘭西兩個國家，所屬的半導(dǎo)體公司進(jìn)行提供的STM32產(chǎn)品，它內(nèi)置的硬件線路由預(yù)處理和核心處理器兩種特殊組件構(gòu)成，是可以十分精確的得到完整的人體所屬體表的心電信號。其所采用的程序基本上使用了模塊化設(shè)計方法，可移植性非常強(qiáng)，能夠完成對心電信號非靜態(tài)的顯示并在此基礎(chǔ)上完成所有數(shù)據(jù)的綜合分析。1.3研究意義便攜式家用血壓、脈搏及心率監(jiān)測儀，主要是用于家庭。現(xiàn)如今，家庭醫(yī)療保健已成為現(xiàn)代人的醫(yī)療保健時尚。過去人們測量血壓必須到醫(yī)院才行，而今只要擁有了便攜式家用監(jiān)測儀，坐在家里便可隨時監(jiān)測血壓、脈搏及心率的變化，如發(fā)現(xiàn)血壓等方面有異常便可及時去醫(yī)院治療，起到了預(yù)防腦出血、心功能衰竭等疾病猝發(fā)的作用?？梢宰尭嗟娜岁P(guān)注自身健康。1.4論文主要工作本文主要設(shè)計一款運(yùn)用傳感器進(jìn)行簡易測量的便攜式家用監(jiān)測儀。首先這是一款類似運(yùn)動手環(huán)式的監(jiān)測儀，其次它操作方便，其研制的成本相較于其他方案較為低廉。二、血壓、脈搏及心率測量原理2.1血壓測量原理在血管內(nèi)流動時，血液能夠?qū)ρ鼙诋a(chǎn)生一定的測壓，這種測壓是指的單位面積，其即為血壓。人體血管動脈、毛細(xì)血管以及靜脈三種組成，這也造就了有與其分別對應(yīng)的三種血壓。連續(xù)血壓測量有很多方法，相比較脈搏波特征參數(shù)法，心電波和光電容積脈搏波相結(jié)合的基于脈搏波傳導(dǎo)時間的測量方法在算法上更加簡單易行。通常情況下，存在收縮壓和舒張壓兩種血壓。前者講的是在心臟收縮情況下，在受到血管進(jìn)行的各種血液擠壓而呈現(xiàn)在測量儀表中的壓力數(shù)值；后者能夠使得心臟不收縮情況下是所呈現(xiàn)給測量儀表中進(jìn)行顯示的壓力。在袖帶中，它包含的壓力與血壓數(shù)值一樣時，血液就會慢慢的流通繼而給出了叫做的袖帶聲的一種現(xiàn)象，這個時候，就會形成一種良好的收縮壓，務(wù)必及時以這里為起點完成記錄，最終，隨著袖帶聲的消失，舒張壓也就產(chǎn)生了。當(dāng)氣袖變得非常緩慢時給出的減壓，它能夠使用到的壓力振蕩波攜帶的振幅變化包絡(luò)線能夠使得醫(yī)生最終確定出正確血壓的判斷。目現(xiàn)階段，大家都有這樣的共識：在完成氣袖壓力振蕩波包含的振幅逐漸成為一種最大現(xiàn)象時，氣袖的壓力水平也就成為動脈水平的平均壓的數(shù)值。與前面完全不同，動脈所表現(xiàn)出來的收縮壓與振幅包絡(luò)線第一個完成的拐點相一致，舒張壓則與第二個包絡(luò)線拐點相對應(yīng)。判斷發(fā)生收縮壓的條件：一般來講最簡便的方法是最大化的振幅法，這也就意味著在一種諸如放氣現(xiàn)象出來時，脈搏波振幅度包絡(luò)線就會自動的位于一種繼續(xù)上升情勢下，在下一個發(fā)生脈搏波的幅度時，我們通常的做法就是叫這時的氣袖壓力為收縮壓。其中，為上升波段的某一脈搏波幅度，為最大幅度，取。判斷發(fā)生舒張壓的條件：一般來講最簡便的方法是叫做最大化的振幅法，和前面的完全不是同一個理解方法，當(dāng)無時無刻監(jiān)測脈搏波振幅包絡(luò)線位置處于一種持續(xù)的下降階段情況下，在下一個發(fā)生脈搏波的幅度時，我們通常的做法就是叫這時的氣袖壓力認(rèn)作舒張壓。其中，為下降波段的某一脈搏波幅度，為最大幅度，取。在圖2-1里，能夠使得我們非常明確的看到血壓信號和收縮舒張壓是如何出現(xiàn)的且出現(xiàn)在何種具體位置。圖2-1血壓交直流信號及收縮壓和舒張壓位置首先，一般來講最簡便的方法就是選擇最大振幅值，在它所屬的淺部曲線位置處查找出符合我們要求的瞬態(tài)位置的幅值，當(dāng)發(fā)現(xiàn)是時，我們就可以判斷這就是收縮壓，在它所屬的淺部曲線位置處查找出符合我們要求的瞬態(tài)位置的幅值，當(dāng)發(fā)現(xiàn)是的地方，我們就可以判斷這樣的直流分量可以歸納為舒張壓，最終，通過這種方式，能夠給出我們需要的收縮壓與舒張壓以圖形的方式顯示在液晶驅(qū)動器上。實驗步驟及注意事項如下：1.袖帶位置應(yīng)與心臟高度維持同一標(biāo)準(zhǔn)，使得上臂非常平順的下垂，肘與前臂非常平順的放于桌子之上，使得手心朝上，避免所有胳膊伸出到比心臟位置還高的桌面之上；2.測量血壓時，應(yīng)在安靜的身心狀態(tài)下完成血壓測量，應(yīng)確保整個身體非常的放松，最好保持這種狀態(tài)大約10～20分鐘，與此同時，還要盡量做一下深呼吸2～3次；3.通常只有在吃完飯或者鍛煉身體之后超過一個小時所測量的血壓才是正確的血壓；一般情況下，測量血壓應(yīng)做到三個同時：即同一時間，同一狀態(tài)，同一姿勢，這樣才能夠完成正常血壓的測量；4.測血壓應(yīng)避免在洗澡后、或者吸香煙時、或者喝白酒時，抑或是喝咖啡的同時；應(yīng)避免憋尿進(jìn)行血壓的測量，或者尿意正濃時測量血壓；測量血壓時要做到三不：不煩躁，不會有疲勞感的產(chǎn)生，不緊張。2.2脈搏測量原理動脈脈動一般情況下簡單叫做脈搏，它的意思是主動脈內(nèi)的壓力會自動根據(jù)心臟節(jié)律性收縮與舒張進(jìn)行一升一降的變動，繼而使得血管壁也會完成多次相應(yīng)的擴(kuò)張與回縮的搏動。因為血液這種液體及其不透明，在血液中，光照很難像其他組織中穿透的那么好，正是基于這個特點，為了得到脈搏信號，通常使用透射式光電效應(yīng)的手指脈搏傳感器來完成所有操作。2.3心率測量原理目前比較成熟的可用于可穿戴設(shè)備的無創(chuàng)心率測量的方法有好多種，大約包括了總共五種方法：有關(guān)心電信號的測量方法法、與血氧有關(guān)的測量方法法、和壓力相關(guān)的振蕩法以及和圖像信號相關(guān)聯(lián)的分析法，另外還有光電相關(guān)的容積法。在上面各種各樣的方法里，最常見、使用最多的就是光電容積法，一般情況下，我們都會叫它為光電容積脈搏波描記法，它可以分為兩個分支，一個叫做反射式測量方式，另外一個叫做透射式兩種測量方式。我們大家均有這樣的認(rèn)識，那就是動脈血與靜脈血這兩種性質(zhì)完全不同的血液組織和其相對的非血液組織組成了我們的人體組織。按照郎伯-比爾定律可以有這樣的認(rèn)識，人體在經(jīng)過波長比較穩(wěn)定的單色光完成照射后，人體是可以作為介質(zhì)吸收與反射一部分光，剩下的光的強(qiáng)度能夠反映該被照射的人體部位的詳細(xì)特征。當(dāng)心臟跳到是帶來的脈搏的變化，會使得儀器接收端具有的光信號也會發(fā)生波動性變化。當(dāng)心臟收縮時，其外圍血壓容量大，使得光吸收量也會變得大起來，從而導(dǎo)致檢測到的光強(qiáng)度變小，相反，當(dāng)心臟舒張時情況不同。把該光信號變成電信號即可得到人體心率的變化。三、方案選擇3.1方案一：容積補(bǔ)償法容積補(bǔ)償法，也稱其為恒定容積法，是由Penaz于1973年正式提出的。正常情況下血液會對血管產(chǎn)生一個向外的力，如果在血管外給予一定壓力，當(dāng)血管壁內(nèi)外壓力相等，血管內(nèi)徑便不再隨著脈搏的搏動而變化，而就可以認(rèn)為此時的血管處于恒定客積的狀態(tài)。因此，只要能夠測得保證血管處于恒定容積狀態(tài)下所施加的外壓力，便能夠知道血壓。要想實現(xiàn)這一測量首先需要設(shè)定一個合適的壓力(理論上為平均動脈壓，而Penaz則主張設(shè)定為測量血管容積的1/3)使血管最大限度的去負(fù)荷，隨后快速調(diào)節(jié)外力使血管始終保持“恒定容積"狀態(tài)，此時所施加的外力即為血壓值。該法一般選取指端為測量部位，通過使用位于前臂的袖帶和基于光電容積描記術(shù)，通過傳感器測量血容量以測定瞬時血壓(手指)。通過示波測量估計零透壁壓力時的血量，然后連續(xù)地改變袖帶壓力，以通過快速伺服控制系統(tǒng)在整個心動周期中維持該血液體積施加的袖帶壓力，因此可以近似等于血壓。基于恒定容積原理，手指血壓測量系統(tǒng)最早于20世紀(jì)80年代正式問世，Yamakoshi帶領(lǐng)的一個日本科研小組在應(yīng)用容積補(bǔ)償法進(jìn)行血壓測量方面進(jìn)行了非常詳細(xì)的探索，并不斷優(yōu)化該系統(tǒng)。21世紀(jì)以來，利用電子導(dǎo)納技術(shù)的便攜式指端血壓測量儀已經(jīng)可高效測量包括多種生理參數(shù)在內(nèi)的血壓數(shù)據(jù)，同時可將數(shù)據(jù)與電腦聯(lián)動，實現(xiàn)血壓數(shù)據(jù)的有效管理和分析。但是該技術(shù)也存在一定問題。(1)溫度、循環(huán)血量等因素容易影響指端血壓。(2)雷諾氏癥、血管活性藥物的使用也可以影響血壓的測量。(3)長時間的指端加壓、袖帶尺寸錯誤都會使被測者產(chǎn)生不適感。(4)采用恒定容積法的測量裝置測得的部分血壓值離散度有些大，沒有達(dá)到美國醫(yī)療儀器促進(jìn)協(xié)會規(guī)定的指標(biāo)，因此不能作為臨床上的血壓值測量方法，但是如果用于長期跟蹤監(jiān)測，血壓數(shù)據(jù)的可信度還是相當(dāng)可觀的。3.2方案二：脈博波傳導(dǎo)時間測定法傳統(tǒng)的示波法、柯氏音聽診法其本質(zhì)都是根據(jù)脈搏波的特性來反映血壓變化。因此有人設(shè)想能否通過脈搏波的傳導(dǎo)速度推算血壓值。而這種方法的脈搏波傳導(dǎo)速度一般是通過波動在一段動脈中由A點到B點的傳遞時間來計算的，因此通過脈搏波傳導(dǎo)時間也可以推算出動脈血壓。所以，基于PWTT或者PWV測量血壓的方法包括以下3個步驟。(1)測量近端和遠(yuǎn)端動脈波波形。(2)從波形估計PWTT或者PWV。(3)將PWTT或者PWV轉(zhuǎn)化為血壓值。前兩點通過技術(shù)手段很容易實現(xiàn)，動脈波形的測量可以使用經(jīng)典波形測量方法(PPG)，即電生物阻抗、阻抗心電圖和心電圖聯(lián)合測量法，或者是視頻體積描記術(shù)(VPG)，而PWTT或PWV可以通過分析波形得出。因此，最困難的地方無疑是找尋PWTT或PWV與血壓的具體聯(lián)系。很多因素都可能影響到PWTT和血壓，例如血液密度、血液黏度、血管順應(yīng)性、平滑肌的固有彈性(VE)和舒縮活動(VM)、動脈平均截面積等。早在1976年，BrainGribbin等就通過實驗成功證實了PWV與血壓的變化具有相關(guān)性，但仍然無法得出確切血壓值。直到20世紀(jì)80年代，日本的科學(xué)家成功通過PWT推算出血壓值，但是較高的離散程度極大地影響了用此種方法連續(xù)測量血壓的精確性。我發(fā)現(xiàn)大多數(shù)研究基于多因素建立的血壓與PWTT的線性回歸方程，已經(jīng)有了很好的準(zhǔn)確度，而一些非線性函數(shù)模型也有較好的準(zhǔn)確度。所以我認(rèn)為隨著越來越多的影響因素被發(fā)現(xiàn)并消除基于PWTT的連續(xù)無創(chuàng)血壓測量精度將進(jìn)一步提高。3.3方案三：光電容積脈搏波描記法光電容積脈搏波描記法（PhotoPlethysmoGraphy，下文簡稱PPG）是借光電手段在活體組織中檢測血液容積變化的一種無創(chuàng)檢測方法。當(dāng)一定波長的光束照射到指端皮膚表面時，光束將通過透射或反射方式傳送到光電接收器，在此過程中由于受到檢測端皮膚肌肉和血液的吸收衰減作用，檢測器檢測到的光強(qiáng)度將減弱，其中皮膚肌肉、組織等對光的吸收在整個血液循環(huán)中是保持恒定不變的，而皮膚內(nèi)的血液容積在心臟作用下呈搏動性變化，當(dāng)心臟收縮時外周血容量最多，光吸收量也最大檢測到的光強(qiáng)度最??；而在心臟舒張時，正好相反，檢測到的光強(qiáng)度最大，故光接收器接收到的光強(qiáng)度隨之呈脈動性變化，將此光強(qiáng)度變化信號轉(zhuǎn)換成電信號，便可獲得容積脈搏血流的變化。由此可見，容積脈搏血流中包含有血液流動等諸多心血管系統(tǒng)的重要生理信息。同時，容積脈搏血流主要存在于外周血管中的微動脈、毛細(xì)血管等微血管中，所以容積脈搏血流同樣包含有豐富的微循環(huán)生理病理信息，是我們研究人體循環(huán)系統(tǒng)重要的信息來源。PPG信號中包含有人體循環(huán)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)等許多生理病理信息。在人體血壓、血流、血氧、腦氧、肌氧、血糖、脈率、微循環(huán)、血管阻力、呼吸率、呼吸量等參數(shù)的無創(chuàng)檢測中都有很好的應(yīng)用前景。雖然由于紅光、紅外光與人體組織相互作用的機(jī)理十分復(fù)雜，影響它的因素也比較多。但此方法也具有的無創(chuàng)性，且檢測方便、操作簡單、性能穩(wěn)定、重復(fù)性好、安全無交叉感染等許多優(yōu)點，使其不僅可用于醫(yī)院中的臨床檢測、監(jiān)護(hù)、急救體能測試，還可應(yīng)用于社區(qū)和家庭醫(yī)療保健，并具備聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)展功能，可以組建家庭社區(qū)和醫(yī)院的醫(yī)療網(wǎng)絡(luò)，在這些方面將都會有很好的應(yīng)用前景。因此，在本文中選用此方案進(jìn)行便攜式家用血壓、脈搏及心率監(jiān)測儀的設(shè)計。四、硬件電路的設(shè)計4.1硬件電路總體框圖圖4-1電路設(shè)計框圖4.2傳感器以及電路設(shè)計4.2.1傳感器心率血壓采集模塊MKB001屬于微型結(jié)構(gòu)心率血壓采集模塊MKB0803系列。心率血壓采集模塊MKB系列作為一類ICT產(chǎn)品的加強(qiáng)版，Sensym公司非常認(rèn)可這類產(chǎn)品，也是被認(rèn)定機(jī)構(gòu)所檢定合格代表類產(chǎn)品。價格便宜。所有心率血壓采集模塊MKBDO壓力傳感器所具有的精度都會限定到滿量程范圍內(nèi)。其包含了可用、單一供電電壓工作的特點。在設(shè)計和制作此種傳感器時都以ISO9001標(biāo)準(zhǔn)為檢驗標(biāo)準(zhǔn)。這種類型的傳感器應(yīng)用環(huán)境是那些沒有腐蝕性、不是電離環(huán)境的工作流體中，諸如空氣與干燥氣體都屬于此種類型。組成這種特定的心率血壓監(jiān)測結(jié)構(gòu)的幾個部分是：1顆YK1801脈搏進(jìn)行傳感器設(shè)置的芯片、1顆能夠完成模擬的前端MN8802脈搏芯片和1顆SFB9712算法芯片總共3種類型的芯片組成，主要的數(shù)據(jù)是通過單片機(jī)串口進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，波特率是115200。脈搏傳感器芯片感應(yīng)人體脈搏具體信息最終得到這些信息的原理其實是，利用了光電式容積脈搏波描記（PPG）這種類似的進(jìn)行感應(yīng)和提取人體新的，采用了前端芯片MN8802與計算算法的芯片SFB9712完成最終的血壓、心率等串口信號的顯現(xiàn)和輸出。在這個血壓監(jiān)測功能模塊里涵蓋了一下幾部分：正確采集本次所涉及的心率血壓的計算、以及快速的進(jìn)行各種顯示和輸出脈搏波與心電波形、進(jìn)一步準(zhǔn)確的確定人體是否佩戴的何種狀態(tài)，另外還包括監(jiān)測人體體表溫度裝置、HRV-PNN50（選裝）、以及正確定制人體呼吸率等用到的人體不同部位的健康指標(biāo)。4.2.2傳感器電路設(shè)計心率血壓采集模塊電路如圖4-2所示圖4-2心率血壓采集模塊電路連接圖其中，心率血壓采集模塊的1號端口接地；2號端口接STM32單片機(jī)的A10端口；3號端口接STM32單片機(jī)A11端口；4號端口接電源。心率血壓采集模塊功能優(yōu)點：體積非常小：客戶能夠根據(jù)自己喜好尺寸定制適合于自己的PCB板，最小可達(dá)；功耗極小，所有功能的功耗要小于7mA，可以全天候、長時間監(jiān)測心率血壓，同時還能夠兼容別的功能；往外顯現(xiàn)的內(nèi)容：包括了諸如心率、血壓、脈搏波與提前設(shè)置好的心電波形、識別出是否佩戴以及當(dāng)前的溫度數(shù)據(jù)等；導(dǎo)出的方式：醫(yī)生通過串口uart信號能夠非常方便的得到有關(guān)心率血壓的具體數(shù)值；功能反應(yīng)比較敏感，瞬時之間就能夠給出測量者的心率和血壓等數(shù)據(jù)；使用相當(dāng)容易，客戶能夠在不同平臺上無需復(fù)雜操作即可使用；靈敏度非常高：對于哪類人群不論哪個人體部位都會給出精確的測試數(shù)據(jù)；系統(tǒng)使用到的電路相當(dāng)少，儀器周圍幾乎沒有別的器件，這對于整個功能的開發(fā)和設(shè)計來講非常方便、簡單；系統(tǒng)使用環(huán)境能夠有客戶隨意選擇，包括是主動監(jiān)測或者長期監(jiān)測都可進(jìn)行設(shè)置；為了提供后期的數(shù)據(jù)分析，系統(tǒng)同時提供了運(yùn)動條件下對人體部位的實時監(jiān)測；客制化功能：心率監(jiān)測，脈搏波分析，動態(tài)血壓監(jiān)測。MKB001引腳功能，如表4-1所示：表4-1MKB001的引腳功能4.3STM32單片機(jī)及其電路設(shè)計4.3.1STM32單片機(jī)單片機(jī)其實和我們經(jīng)常說的小型計算機(jī)基本一樣。通常情況下在控制領(lǐng)域中使用。是微型計算機(jī)中不可或缺的必要的一部分。在大家的日常生活里經(jīng)常使用到它來進(jìn)行各種控制。單片機(jī)的構(gòu)成其實主要是集成電路而組成的。在其內(nèi)部其主要包括了cpu處理芯片，這種芯片也被稱為中央處理器，另外一個就是常說的IO與處理器。對于我們來講，僅僅把對應(yīng)的編譯器用程序來實現(xiàn)就可以控制外圍相關(guān)的器件。相對于單片機(jī)來講，通常會以STM32C8T6核心板來進(jìn)行重點選型設(shè)計。STM32單片機(jī)具體的特點是：電壓低、微處理性能非常高，能夠迅速檫除不需要的字節(jié)。而對于我們來講，這種方式是十分簡單、易用的。通常被廣泛用于醫(yī)療機(jī)構(gòu)與工業(yè)生產(chǎn)中，能夠?qū)崟r控制各種器械、停車場的運(yùn)用、計算機(jī)外圍設(shè)備進(jìn)行各種控制，通信設(shè)備所相關(guān)的不同領(lǐng)域都使用到了這種單片機(jī)。STM32F103單片機(jī)是一款低功耗、高性能的微控制器，STC公司在創(chuàng)立之初以工業(yè)控制為目的而創(chuàng)造的性能單一的單片機(jī)。它能夠操作不同類型的傳感器與外設(shè)，并通過自己單獨計算而獲得某種數(shù)據(jù)與信號，繼而給出相對應(yīng)的操作，這使得具體的工業(yè)生產(chǎn)有了指揮的大腦。打個比方，和平常我們用到的電腦作比較，那么單片機(jī)就只夠叫做微乎其微級別的電路集成系統(tǒng)，也使得它的作用不是很大，造就了只是可以完成一些非常容易的控制功能。生活中，使用單片機(jī)的領(lǐng)域非常多，大部分電器其實都是受單片機(jī)所控制，在我們家庭中，無論大家電還是小家電，像冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)、電視機(jī)，還有遙控器、鼠標(biāo)、鍵盤、鬧鐘等等這些電子產(chǎn)品，都離不開一個或多個單片機(jī)的控制。在儀表儀器領(lǐng)域，單片機(jī)被使用的更為廣泛，比如航空航天，家用電器以及醫(yī)用設(shè)備上都要用到這種單片機(jī)。通常情況下，現(xiàn)在所有智能設(shè)備沒有單片機(jī)就不會被稱作智能化，如今出現(xiàn)的多樣化的傳感器也對單片機(jī)有了一些菲比尋常的要求，這也就造成了很多的更加智能的單片機(jī)越來越多的出現(xiàn)了。對于本次設(shè)計，我們采納了STM32F103C8T6單片機(jī)作為我們的專業(yè)單片機(jī)。這個單片機(jī)與51系列相對照，增加了非常多的功能，其運(yùn)行的速度要比后者快上好幾倍，與此同時，自身也對外提供了2個AD轉(zhuǎn)換器，當(dāng)我們完成設(shè)計煙霧與CO時，不必要額外添加與之相對應(yīng)的外表的ADC來進(jìn)行此種轉(zhuǎn)換，十分方便；STM32所具有的通信和控制作用不是一般性功能可以比擬的。根本不需要拿51單片機(jī)和它進(jìn)行對比。由于51單片機(jī)僅僅內(nèi)置了1個串口來完成通信，對于STM32單片機(jī)來講，它內(nèi)置了5個串口來完成通信，因此，對那些必須使用串口完成通信的功能組來講，其本身不必用到通過CD4052等雙串口功能來具體轉(zhuǎn)換，因此，這一典型特點可以在市場上快速而且廣泛得到運(yùn)用，32單片機(jī)由于其自身能夠完成不同種類時鐘模數(shù)并且在此基礎(chǔ)上進(jìn)行各種工作，因此，這個功耗通常情況下會在對于能耗要求嚴(yán)格的產(chǎn)品里占有相當(dāng)大的市場份額。STM32優(yōu)點如下：1.STM32C8T6系列器件中所包含的起振晶組件使用到了RTC，其負(fù)載很低，不會出現(xiàn)過去那種比較廉價的圓柱晶振。2.引腳個數(shù)為48個。3.工作頻率為72MHZ。4.單片機(jī)具有3個普通定時器和1個高級定時器。5.單片機(jī)具有2個2位/16通道的ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換。6.使用了3.3V穩(wěn)壓芯片，可以保證最大輸出300MA電流。7.支持ST-LINK和JTAG調(diào)試下載。8.存儲資源為64kbbyteFLASH和20byteSram。STM32實物圖如圖4-3所示：圖4-3STM32F103C8T6實物圖4.3.2STM32單片機(jī)電路設(shè)計要使用這種單片機(jī)完成不同的功能，首先要做的就是把單片機(jī)和電路與外部的各種功能進(jìn)行完整的關(guān)聯(lián)起來，才能夠得到不同的信息交流。此時，會用得上管腳連接單片機(jī)和其它組件，起到聯(lián)通的作用，這也意味著管腳把單片機(jī)所具有的外在特性給完美的展現(xiàn)出來?，F(xiàn)在的科技在不斷的進(jìn)步，對于單片機(jī)來講，其外在的體積變得更小，外觀變得更好，這就使得諸多學(xué)者創(chuàng)新出了諸如使許多引腳具有兩個或兩個以上功能的特性。以現(xiàn)階段的具體事宜來看，有各種各樣的包裝STM32單片機(jī)的形式，在本文所用的設(shè)計里，僅僅使用到了40線雙列直播式封裝，并給予極為詳細(xì)的說明，如圖4-4所示。圖4-4STM32單片機(jī)管腳圖4.4液晶顯示模塊簡介及電路設(shè)計4.4.1液晶顯示模塊LCD1602我們認(rèn)識到工業(yè)字符型液晶中還包含了具有典型特征即是HJ1602A，它能夠一邊工作一邊完成16*02即總共32個字符的展示，也就是代表了16列2行的數(shù)據(jù)顯示。一般大家平日日常生活中，通常情況下液晶顯示器不會陌生。在大量的電子產(chǎn)品中尤其液晶顯示器中，它所通過器件務(wù)必要借用這種液晶顯示模，用一個恰當(dāng)?shù)谋扔鳎T如計算器、萬用表、電子表或者和它們非常相似的家里使用的電子產(chǎn)品中都必須通過液晶顯示出我們所關(guān)注到的內(nèi)容，這些內(nèi)容可能是數(shù)字，或者某種特殊符號，或者以圖形的方式進(jìn)行顯示。通常情況下，在單片機(jī)里，人機(jī)交流界面有這么幾種方式展示出來：一種是發(fā)光管，另外的是LED數(shù)碼管，多數(shù)情況下是液晶顯示器。發(fā)光管與LED數(shù)碼管是最常用的器件，尤其對于軟硬件來講，相對簡單很多。一般情況下，正是因為液晶顯示器有更優(yōu)于其它器件的特點，我們通常會在單片機(jī)系統(tǒng)使用它。液晶顯示中對應(yīng)的每個點一旦收到信號，則會保持住最初的亮度和色彩狀態(tài)，發(fā)光非常恒定。而相對的，陰極射線管顯示器（CRT）則不是那樣，相反，它要隨時隨地的對接收到信號的點進(jìn)行刷新。這就是意味著液晶顯示器肯定會具有畫質(zhì)高、不會閃爍的緣故。還有一點就是，液晶顯示器全部用數(shù)字式方式顯示，它和跟它自己所屬單片機(jī)系統(tǒng)包含的接口比較容易兼容，從而讓這個接口更加簡單可靠，可以非常方便的操作。在液晶顯示器中，其上的電極能夠控制液晶分子的具體狀態(tài)以便給出想要的顯示狀態(tài)，這就使得和過去老舊的顯示器相比，其要輕便的多。和其他顯示器相比，這種液晶顯示器主要依靠內(nèi)部包含的電極與驅(qū)動IC進(jìn)行功能顯示，功耗也主要發(fā)生在這兩件組件上。這也使得其比其它顯示器功耗要少的多。正是因為液晶顯示器功耗非常小，體積小，還可以顯示各種各類的內(nèi)容，更為重要的是，其具體超博輕巧的特點，從而使得他受到了袖珍式儀表與低功耗應(yīng)用系統(tǒng)更多的青睞。我們給出一種叫做字符型液晶顯示器，它包括了點陣圖形以便更好的顯示字，其可以顯示包括1行16個字、2行16個字、2行20個字等等方式，實物圖片如圖4-5和圖4-6所示。圖4-5液晶屏正面圖4-6液晶屏背面1602采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳接口，其中：第1腳：VSS代表了地電源第2腳：VDD聯(lián)通5V正電源第3腳：能夠使用V0進(jìn)行各種調(diào)整液晶顯示器的能見度，再和正電源連接時，能夠使得對比度變成最小的量，在和接地電源時聯(lián)通時，能夠使得對比度變成最大的數(shù)值，對比度過于高時能夠產(chǎn)生所謂的“鬼影”，一般情況下可以借助諸如10K的電位器來完成對比度完成的全部調(diào)整。第4腳：RS代表了寄存器選擇，電平變高時就可以指定選擇數(shù)據(jù)寄存器、電平低時可以指定選擇指令寄存器。第5腳：RW代表了讀寫信號線，高電平時能夠準(zhǔn)確完成讀操作，低電平時能夠準(zhǔn)確完成相對的寫操作。如果RS和RW一塊作為低電平時即能夠?qū)懭胫噶罨蛘唢@示出具體的地址，假如RS相對的是低電平然而RW相對的是高電平時能夠讀忙信號，假如RS是高電平RW是低電平的時候，就可以快速的寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端代表了使能端，假如E端從高電平逐漸轉(zhuǎn)換成某種特定的低電平時，液晶模塊則立即完成各種執(zhí)行命令。第7～14腳：D0～D7代表了8位雙方向的數(shù)據(jù)線。第15～16腳：空腳。4.4.2液晶顯示模塊LCD1602電路設(shè)計液晶顯示的原理是這樣的：我們要使用的是液晶所具有的特種物理特性，讓電壓控制那些區(qū)域要進(jìn)行顯示，當(dāng)來電時，則顯示該區(qū)域，這就促使此區(qū)域內(nèi)提前設(shè)置的圖形被顯示出來。這種液晶顯示器的特點就是輕巧、單薄、非常適合巨大規(guī)模范圍內(nèi)的集成電路，從而能夠完成大面積驅(qū)動圖形的具體顯示，更進(jìn)一步，哪些有特征的就可以進(jìn)行全彩色顯示圖形?，F(xiàn)在大家生活的時代，每種諸如便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、PDA移動通信工具等等都可以連接并使用這種液晶顯示器。圖4-7液晶顯示模塊連接圖其中，LCD1602模塊4，5，6號端口分別接STM32單片機(jī)的22，23，24號端口；LCD1602模塊的7，8，9，10號端口分別接STM32單片機(jī)的32，31，30，29號端口；LCD1602模塊的11，12，13，14號端口分別接STM32單片機(jī)的28，27，26，25號端口。VSS代表了地電源，VDD則要求一定連接到電壓是5V的正電源，能夠使用V0對其進(jìn)行各種調(diào)整液晶顯示器的對比度，假如和正電源完成各種連接時，很自然的讓對比度變成最小的值，假如與接地電源完成各種連接時，很自然的讓對比度變成最大值，對比度過高時會產(chǎn)生所謂的“鬼影”，一般情況下可以借助諸如10K的電位器來完成對比度完成的全部調(diào)整。RS代表了寄存器選擇，電平變高時就可以指定選擇數(shù)據(jù)寄存器、電平低時可以指定選擇指令寄存器。RW代表了讀寫信號線，高電平時能夠準(zhǔn)確完成讀操作，低電平時能夠準(zhǔn)確完成相對的寫操作。如果PS與PR一塊作為低電平時即能夠?qū)懭胫噶罨蛘唢@示出具體的地址，假如RS相對的是低電平然而RW相對的是高電平時能夠讀忙信號，假如RS是高電平RW是低電平的時候，就可以快速的寫入數(shù)據(jù)。4.5血壓、脈搏、心率測量顯示電路4.5.1脈搏監(jiān)測顯示電路在輸入級端實際上使用的是光電式傳感器來完成信號的拾取，因為光敏二極管所具有的反向電流和光強(qiáng)呈線性對比關(guān)系，也就意味著，得到這個電流就能夠知道脈搏的變化情況，1.5MΩ電阻是光電二極管的負(fù)載.把此光電信號所對應(yīng)的電流變化可以順暢的轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷鹤兓?。它的幅度會跟隨血液流動狀況發(fā)生變化而有所不同。從圖4-8中可以看到，光電二極管使用的是暗電流相對微弱的硅光敏二極管。對于檢測獲得的脈搏信號，通常情況下，必須進(jìn)一步進(jìn)行諸如濾波、放大、整形的處理才可以供醫(yī)生使用，也作為數(shù)據(jù)進(jìn)行計數(shù)。通常情況下，脈搏信號頻譜大多數(shù)是在20Hz左右，所以我們有針對性的使用了運(yùn)算放大器來構(gòu)建我們想得到的類似同相交流放大電路，繼而使得直流信號無放大。一般情況，我們可以借助已經(jīng)存在的反饋電容來屏蔽掉最常見的50Hz工頻干擾，得以讓低于20Hz的低頻信號順暢通過，在此基礎(chǔ)上，對這些低頻信號多次多級別放大，最后經(jīng)過施密特觸發(fā)器完成最終的整形。圖4-8脈搏檢測電路脈搏測量，不能只進(jìn)行簡單的計數(shù)，應(yīng)該有一個時間段的控制，才能得到單位時間(1分鐘)內(nèi)的脈搏數(shù)，因此我們應(yīng)用門控信號得到一定時間段(6秒鐘)內(nèi)的脈搏數(shù)的二進(jìn)制碼n，應(yīng)用并行二進(jìn)制乘法器SN74284乘以系數(shù)(1010)，便得到單位時間(1分鐘)內(nèi)的脈搏數(shù)N(二進(jìn)制碼)，即為了譯碼顯示可以應(yīng)用SN74185進(jìn)行二進(jìn)制BCD轉(zhuǎn)換。圖4-9脈搏計數(shù)顯示原理圖4.4.2血壓監(jiān)測顯示電路選取的NovaSensors公司NPC-107醫(yī)用血壓傳感器，它也被視為壓阻式傳感器。這個傳感器中起關(guān)鍵作用的是擴(kuò)散型硅橋組件，它所承受的壓力敏感元件與電信號轉(zhuǎn)換元件一般情況下作為一個整體發(fā)揮作用的。這個傳感器能夠穩(wěn)定的輸出被使用精確的1.5mA恒流源。它的運(yùn)輸電流能夠在第一級中使用并且很快的應(yīng)用放大器OP227來完成差動再次放大，CA3420把第一級所能夠得到的差動浮動電壓會很快的直接改變?yōu)閱蜗蜉敵鲭妷?。VSS代表了地電源，VDD聯(lián)通5V正電源，V0代表了液晶顯示器對比度調(diào)整端具體情況，接正電源時其所對比度非常的弱，接地電源時它所能夠完成的對比度非常的最高，對比度極高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。RS代表了寄存器選擇，電平變高時就可以指定選擇數(shù)據(jù)寄存器、電平低時可以指定選擇指令寄存器。RW代表了讀寫信號線，高電平時能夠準(zhǔn)確完成讀操作，低電平時能夠準(zhǔn)確完成相對的寫操作。如果PS與PR一塊作為低電平時即能夠?qū)懭胫噶罨蛘唢@示出具體的地址，假如RS相對的是低電平然而RW相對的是高電平時能夠讀忙信號，假如RS是高電平RW是低電平的時候，就可以快速的寫入數(shù)據(jù)。依據(jù)轉(zhuǎn)換精度與真正的實例要求，一般人們會使用Motorola公司制造的特別大的性能位位A/D轉(zhuǎn)換器件MC14433，它的片內(nèi)包含有振蕩器，假如外接兩只電容與兩只電阻就能完成各種操作，這里，給出輸出量程為199.9mV，MC14433的輸出信號端中是BCD碼數(shù)據(jù)輸出端，代表了千位、百位、十位與個位數(shù)所對應(yīng)的輸出選通信號。憑借調(diào)節(jié)電阻R的阻值就能夠完成MC14433的輸出BCD碼和輸入電壓保持一致。這里所陳述的MC1403作為精密電源的MC14433所給出的參考電壓。在完成A/D所有數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字信號必須借助于鎖存器并與之一起傳輸?shù)阶g碼顯示電路，這時，得必須與脈搏信號完成各種屬性的一致性配合就能夠得到想要測量的舒張壓與收縮壓。所以，這種情況下，使用脈搏信號作為鎖存器的控制信號其具體目的就是為了完成具體的控制顯示。當(dāng)脈搏產(chǎn)生的瞬間按照一定測量結(jié)果會給出收縮壓，完成之后，血壓會逐漸的慢慢減小，最終減小到一定程度就變成了舒張壓。4.5.3心率監(jiān)測顯示電路心率血壓采集模塊MKB001屬于微型結(jié)構(gòu)心率血壓采集模塊MKB0803系列。心率血壓采集模塊MKB系列是Sensym公司檢定合格的ICT代表產(chǎn)品的一種增強(qiáng)型品種。價格便宜。所有心率血壓采集模塊MKBDO壓力傳感器的精度在滿量程范圍內(nèi)為。具有可用單一5Vdc供電電壓土作的特點。此種傳感器的設(shè)計與制造全部按照遵循ISO9001標(biāo)準(zhǔn)完成。這種系列的傳感器能夠在不是腐蝕性、不是電離的工作流體上工作，最為典型的就是空氣和干燥氣體。該心率血壓監(jiān)測模塊主要由1顆YK1801脈搏傳感器芯片、1顆模擬前端MN8802脈搏芯片和1顆SFB9712算法芯片組成，主要的數(shù)據(jù)是通過單片機(jī)串口進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，波特率是115200本設(shè)計使用主控單片機(jī)為STM32F103系列，當(dāng)時鐘頻率為72MHz時，從閃存執(zhí)行代碼，主控單片機(jī)功耗36mA，相當(dāng)于0.5mA/MHz，速度快且低功耗，適合用來開發(fā)智能手環(huán)[11]。見圖4-10所示，我們的系統(tǒng)設(shè)計。第一，人體脈搏信號憑借反射式光電傳感器由光信號映入我們的面前，接下來，將其轉(zhuǎn)變成電信號，最后途徑低通濾波器的濾波電路和運(yùn)算放大器的放大電路后進(jìn)入主控單片機(jī)。信號通過STM32自帶的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Analog-to-digitalconverter，簡稱ADC)轉(zhuǎn)換為模擬信號，最后通過算法計算出心率輸入至接收端。圖4-10心率傳感器框圖4.6蜂鳴器蜂鳴器電路連接圖如圖4-11所示圖4-11蜂鳴器連接電路其中，電阻左端接STM32單片機(jī)的14號端口。由蜂鳴器和指示燈組成了聲光報警系統(tǒng)，當(dāng)所測得的血壓高于設(shè)定的最大值或者低于設(shè)定的最低值或者心率值超過所設(shè)定的范圍時會進(jìn)行聲光報警。4.7電源電路開關(guān)連接單片機(jī)所擁有的是第27個腳，作為整個系統(tǒng)的最為關(guān)鍵的開關(guān)電源的重要場所。觸發(fā)POWER鍵之后，則會進(jìn)一步完成各種系統(tǒng)相互連通，最后使得整套系統(tǒng)開始工進(jìn)行作。電源及開關(guān)電路連接如圖4-12所示。圖4-12電源開關(guān)電路連接圖4.8按鍵電路按鍵的S1，S2，S3端分別連接STM32單片機(jī)的1，2，3號端口，按鍵模塊電路連接如圖4-13所示。圖4-13按鍵電路連接圖4.9總體電路圖圖4-14總體電路連接圖五、軟件系統(tǒng)流程以及程序的設(shè)計5.1主程序流程圖圖5-1主程序流程圖5.2主程序調(diào)用的4個模塊5.2.1測量模塊心率血壓采集模塊MKB001初始化子程序：關(guān)閉總中斷時主機(jī)釋放總線，P1.0改為輸入；主機(jī)發(fā)復(fù)位脈沖持續(xù)，主機(jī)釋放總線，口線P1.0改為輸入；心率血壓采集模塊MKB001等待時判斷心率血壓采集模塊MKB001數(shù)據(jù)線是否變低（存在脈沖）。若變低，則心率血壓采集模塊MKB001未準(zhǔn)備好，重新初始化；若心率血壓采集模塊MKB001數(shù)據(jù)線變高，則初始化成功；數(shù)據(jù)線低電平可持續(xù)初始化失敗，重來。5.2.2信號處理模塊讀取A/D轉(zhuǎn)換信號子程序：心率血壓采集模塊MKB001應(yīng)答最少；循環(huán)8次，寫一個字節(jié)；寫入位從A中移到CY；等待，命令字按位依次送給心率血壓采集模塊MKB001，保證寫過程持續(xù)；未送完一個字節(jié)繼續(xù)；循環(huán)8次，讀一個字節(jié)，低電平持續(xù)，口線設(shè)為輸入，等待，主機(jī)按位依次讀入心率血壓采集模塊MKB001的數(shù)據(jù)，讀取的數(shù)據(jù)移入A，保證讀過程持續(xù)，讀完一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，存入A中。測量信號經(jīng)傳感器送到AD模塊，經(jīng)過采樣后，傳輸?shù)叫盘柼幚砟K處理，轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，經(jīng)過計算后，最終得到收縮壓和舒張壓。5.2.3顯示模塊LCD1602液晶顯示在執(zhí)行程序指令之前要進(jìn)行模塊標(biāo)志位的忙信號，只有當(dāng)它的忙標(biāo)志位為低電平時才表示可以執(zhí)行指令。LCD1602要呈現(xiàn)出字符時，就要獲得該字符的現(xiàn)實的RAM地址。它內(nèi)部的控制寄存器有11條控制指令，包括清屏，光標(biāo)移位等指令。如圖5-2所示：圖5-2顯示模塊流程圖5.2.4電源模塊系統(tǒng)上電后，按下開始按鍵，單片機(jī)在接收到按鍵已經(jīng)被按下的指令時，主程序會開始控制測量顯示電路，使其導(dǎo)通開始工作，顯示測量值。5.3子程序流程圖5.3.1讀狀態(tài)命令子程序流RDcommand5.3.2讀數(shù)據(jù)子程序心率血壓采集模塊MKB0015.3.3復(fù)位子程序REST5.3.4寫命令子程序流程圖GETWD

結(jié)論隨著人們對健康關(guān)注與需求日益增長，對于各種可便攜式家用設(shè)備的功能要求也逐步提高。在分析了血壓、脈搏、心率等等事關(guān)身體健康等體征方面的問題，并就此引出了此篇文章所要達(dá)到的最根本需求，接下來，主要闡述了便攜式設(shè)備里所有功能中是如何檢測人體某個部位所具有的血壓、脈搏、心率等參數(shù)特征。在前后作出多輪比較，這次的設(shè)計為了得到需要的信號，使用的是光電容積法里面的綠光反射法，發(fā)現(xiàn)不同家種類算法結(jié)合起來則會得到更好的效果。完成硬件處理后，其數(shù)值被逐步過濾，就會得到更加精確的數(shù)值，最后，完成我們一般情況下血壓、脈搏和心率的監(jiān)測?，F(xiàn)在流通市場內(nèi)部，我們看到的多數(shù)動態(tài)血壓記錄儀其實缺點多多。這里隨手可舉出幾個例子：僅僅給出單次測量結(jié)果，致使醫(yī)生看到的很大數(shù)字不知其是否真跡，得通過頻繁的連續(xù)才能使得現(xiàn)場傳感器上面的信號導(dǎo)入到采集卡上，這樣就使得我們的布線施工非常繁瑣，也大大增加了使用成本；第二個缺點就是，上傳到線路上的只是一種模擬信號，一不小心就有可能被干擾掉，甚至損耗大半。數(shù)字化技術(shù)的系統(tǒng)就是為了避免上述缺點而產(chǎn)生的。在我們這篇文章設(shè)計里，首先慎重選擇了單片機(jī)，使用的是歐洲Atmel公司制造的十分穩(wěn)定的STM32單片機(jī)。采用這種單片機(jī)關(guān)鍵因素是：第一個，血壓計有關(guān)的軟件設(shè)計上通常不會用到非常多的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，這種8位微控制器的STM32單片機(jī)自身攜帶了4K的字節(jié)閃速存儲器，這樣的配置已經(jīng)能夠滿足我們設(shè)計要求；另外，我們選擇的這種STM32系列單片機(jī)在技術(shù)上被大家廣泛使用，非常成熟，尤其是其價格非常便宜，使得成本大大降低。在這個課題中，最終的目的就是設(shè)計一種動態(tài)的、全方位信息的血壓記錄儀，可以透明的顯示所有當(dāng)下測量結(jié)果，隨時測量隨時分析并給出結(jié)果，讓醫(yī)生隨時調(diào)取原始波形數(shù)據(jù)以便判斷當(dāng)下是否是真實的波形數(shù)據(jù)，能夠很快的查找出哪些是干擾，哪些是錯誤，最終得到更為接近真實的數(shù)據(jù)，使得最后所出的血壓報告更加可靠和有效。與此同時，本人能力畢竟有限，對于設(shè)計還是有欠考慮的地方。另外，存在一些問題，比如，本身成本就限制了我們要使用的芯片不會死最新款，其運(yùn)算速度與其他類型產(chǎn)品不可同日而語；能源消耗量還沒有完全優(yōu)化。望讀者給予建議或意見。

參考文獻(xiàn):[1]楊益民，李旭雯，羅志昌，等.應(yīng)用光電容積脈搏波法研制新型血流參數(shù)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)[J]、中國醫(yī)療器械信息，2001,(05):6-8.[2]張媛，吳書裕，周凌宏.基于PTT的連續(xù)無創(chuàng)血壓測量系統(tǒng)的