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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，使血液在循環器官內流動。血液在血管內流動時，無論心臟收縮或舒張，都對血管壁產生一定的壓力。血壓有兩種，一是收縮壓，它指在心室收縮時，主動脈壓急劇升高，在收縮期的中期達到最高值，這時的動脈血壓值稱為收縮壓，也稱為“高壓”;另一是舒張壓，它指在心室舒張時，主動脈壓下降，在心舒末期動脈血壓的最低值稱為舒張壓，也稱為“低壓”. 該多功能電子血壓計，采用示波法進行測量，其原理是通過測量血液流動時對血管壁產生的振動，在袖帶放氣過程中，只要袖帶內壓強與血管壓強相同，則振動最強。其優點為：使用簡易，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，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PWM通道；USB OTG接口，能全速連接主機和器件；一個支持DDR和SDR SDRAM,SRAM,FLASH和靜態器件的外部存儲控制器。充分滿足了本設計的需要，外部只需加入很少芯片就可實現系統功能，并可使整個系統體積減小、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過濾波，然后進行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眾多開關電容濾波器（SCF）芯片中較簡潔的一種。內部包含2個已經固定成帶通型，并且使用相同的Q參數和頻率變換比例的二階SCF和一個運放。通過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。系統啟動后，由U-boot引導啟動嵌入式Linux,初始化相關硬件和程序并進入主菜單。其中數據查詢，可在LCD上查看以往測量結果，并由機器進行簡單的健康情況分析；網絡服務，可手動將測得的結果通過WiFi傳送至醫院，并與醫生進行簡單的對話；開始檢測，血壓計進入檢測模式；系統設置，可對系統時間、網絡參數等進行設置，并可對系統固件進行升級；個人信息，可輸入自己的身高、體重、性別和年齡等信息，方便系統對每個人的測量數據進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，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，實現自動測量血壓。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，經分析計算后確定收縮壓和舒張壓的瞬態時間位置，接收血壓脈沖信號，觸發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開發出來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，它的源代碼完全開放，可以免費用于任何用途，包括商業目的；它提供了對SQL92的大多數支持，如支持多表、索引、事務、視圖、觸發和一系列的用戶接口及驅動，簡單易用，速度也很快，同時提供了豐富的數據庫接口。經過對需求的分析和優化，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的功能需求，可使實體類型的個數和所含屬性的個數少，實體類型間無冗余。 3．4 系統的界面設計 在系統界面中，通過觸摸屏發出各項命令，再通過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編寫實現，它是一個跨平臺的C++圖形用戶界面應用程序框架，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品中。圖5是采用輕量級跨平臺集成開發環境Qt creator所設計的界面。開機啟動后，首先進入如圖5(a)所示的主菜單，輕觸開始檢測，系統進入如圖5(b)所示的檢測菜單，顯示測得數據。考慮到老年人視力不佳，本界面的字體都已放大。 4 結語 隨著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品，具有三大創新點：大屏幕顯示和控制；采用嵌入式數據庫SQLite進行數據管理；通過網絡與醫院連接。實際應用表明，該系統體積小，功耗低，智能化，檢測速度快，實現了個人一儀器一醫療機構一體化的健康檢測網絡，很適合家庭用戶，特別是老年人的使用。如果該方案能廣泛推廣和應用，會產生不可估量的經濟效益和社會效益。 |
