外国人形容你gorgeous:电子脉搏频率测量电路

摘 要： 本文介绍了基于Motorola公司MC68HC908LJ12和示波法的电子血压计的设计方法，具体分析了硬件软件结构。
关键词： 电子血压计；示波法

背景
现代人患心血管疾病呈现低龄化趋势，血压是最重要的健康指标，如果能经常测量自己的血压，就做到对自己的健康情况心理有数，早期发现问题，就能得到较好的治疗效果。一般医院使用的水银血压计，是基于柯氏法，专业医生可以用听诊器听到动脉血管的不同声音，来判断收缩压和舒张压的值。但科氏法存在一些固有的缺点：一是确定舒张压比较困难；二是此法凭人的视觉和听觉，带有主观因素，除非专业医生，一般人很难测准血压。以前也出现了多种科氏法电子血压计，试图实现血压的自动检测，但很快发现这类血压计未能克服柯氏法的固有缺点，误差大，重复性差。目前，国外大多数无损自动血压自动检测仪器都采用示波法。
示波法的测量过程中，与柯氏法类似，仍采用充气袖套来阻断上臂动脉血流。由于心搏的血液动力学作用，在气袖压力上将重叠与心搏同步的压力波动，即脉搏波。当气袖压力远高于收缩压时，脉搏波消失。随着袖套压力下降，脉搏开始出现。当袖套压力从高于收缩压降到收缩压以下时，脉搏波会突然增大。到平均压时达到最大值。然后又随袖套压力下降而衰减。示波法血压测量就是根据脉搏波振幅与气袖压力之间的关系来估计血压的。与脉搏波最大值对应的是平均压，收缩压和舒张压分别对应脉搏波最大振幅的比例来确定。
我们设计的电子血压计也采用示波法， 采用Motorola公司微控制器MC68HC908LJ12及压力传感器 ，操作简单，无需听诊器，血压心率测量一次完成，大屏液晶显示，低耗电设计，体积小重量轻，携带方便。
电子血压计由气袖、电动气泵、压力传感器，电磁气阀、微控制器、液晶显示器等构成。在开始测量前先由气泵将袖套压力升到一定值(这个值可以由血压计自动设定或人工设定)。然后逐步以每秒4至5mmHg速度放气，每次检测脉搏波的振幅(峰--峰值)及袖套的静压送入CPU进行处理，并根据脉搏的频率计算心率，当检测到收缩压、平均压和舒张压后，打开气阀，使袖套全部放气，完成一次测量过程，并把测量结果保存。整个测量过程由MC68HC908LJ12控制并完成各种计算。

图1 电子血压计电路方框图

图2 电子血压计的主程序

示波法测量血压的工作原理
示波法是根据气袖在减压过程中，其压力振荡波的振幅变化包络线来判定血压的。目前比较一致的看法是当气袖压力振荡波的振幅最大时，气袖的压力就是动脉的平均压。动脉的收缩压对应于振幅包络线的第一个拐点，舒张压对应于包络线的第二个拐点。
收缩压判据的确定：通常采用最大振幅法，即在放气过程中脉搏波幅度包络线的上升段，当某一个脉搏波的幅度Ui与最大幅度Um之比>Ks时，就认为此时对应的气袖压力为收缩压。
Ps=P|Ui=Ks-Um
舒张压判据的确定：也是用最大振幅法来判定，不过是在脉搏波幅度包络线的下降段，当某一个脉搏波的幅度Ui与Um之比
Pd=P|Ui=Kd·Um
根据上海医用仪表厂多年的研究成果，我们取Ks=0.58,Kd=0.77。
MC68HC908LJ12单片机特性:
·与MC6805，MC146805和MC68HC05向上兼容，时钟频率8MHz；
·512B片内RAM，具有保密功能的12K FLASH存储器；
·2个16位计数器，实时时钟功能；
·SPI口，红外SCI口；
·6通道10位ADC，4×26液晶显示驱动器。

硬件结构
硬件采用MC68HC908LJ12为控制芯片，直接驱动14×4段液晶显示器，电路框图如图1所示。
电路使用片内10位A/D转换器，脉搏波和静态压力分两路A/D输入，其中脉搏波是静态压力值(实际上是静态压力值与脉搏波的叠加)经隔直放大得到。电源开采用硬件方式，电源关采用软件控制方式，当电压低于4.0V时报警。采用Motorola公司的MPX53作为压力传感器，用来测量脉搏波的振幅及静态压力值。串行口与PC机通信，设定血压计的工作参数。

软件流程
电子血压计的主程序如图2所示。主程序依此调用5个模块：
键盘处理模块—判断键盘的当前状态(开/关电源、起动/停止测量、校准状态、记忆状态)执行相应的操作。
测量模块—MPX53压力传感器的信号经放大送AD1，作为静态血压信号；隔直后经再次放大送AD2，作为脉搏波信号。由于MC68HC908LJ12的AD为10位，因此最高精度可达1/1024。采样后的信号经信号处理模块的处理，最终计算得到收缩压、舒张压和心率。
信号处理模块—主要功能是脉搏波的判断和检测，主要分两步：第一步，对A/D采样的脉搏波信号进行低通滤波处理，排除因外界干扰造成的信号读数的误差；第二步，采用相关运算，最大程度地排除因手臂的运动造成的误差。在这基础上，分析信号，得到波形的峰-峰值(判断收缩压，舒张压和平均压)，得到每个脉搏波的时间(供心率的计算)。
显示模块—主要显示3种信息：测量过程显示当前压力值、漏气速率；测量结束后分别以mmHg和Kpa方式滚动显示收缩压、舒张压及心率；校准状态下显示当前压力值、漏气速率。
串行通信模块—采用PC机主叫的中断方式，一旦接到PC机发来的命令，对血压计进行初始值的设定,主要包括起始加压值，每次的压力递增值和最高压力限制。
电源处理模块—用于稳压模块的控制，按开/关键时，稳压模块的控制端为高电平，稳压模块处于正常输出状态，MC68HC908LJ12上电复位，立刻对PA0置高电平，维持稳压模块的的正常输出状态，此时，血压计处于“开”状态；再此按开/关键，置PA0低电平，关闭稳压模块的输出，处于断电的“关”状态。此外，如果3分钟没有操作，就置PA0为低电平，自动关机。