基于脈搏波傳導(dǎo)時間的血壓測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：本文設(shè)計(jì)了一個基于脈搏波傳導(dǎo)時間的分離便攜式血壓測量系統(tǒng)，系統(tǒng)將脈搏波數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理相互分開，并利用藍(lán)牙無線連接，測量血壓時只需要佩戴體積較小的數(shù)據(jù)采集部分，極大地改善了系統(tǒng)便攜性。另外，系統(tǒng)選用數(shù)字信號處理專用的DSP芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和低功耗STM32芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在保證血壓測量系統(tǒng)實(shí)時性和血壓計(jì)算精度的同時降低了系統(tǒng)功耗。

關(guān)鍵詞：脈搏波傳導(dǎo)時間 血壓測量 STM32&DSP

中圖分類號：TP371.76 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）10-0159-01

血壓是人體非常重要的一個生理參數(shù)，反映了人體心臟與血管的健康狀況，臨床上常作為疾病診斷與治療效果評估的判斷依據(jù)之一[1]。若能對血壓實(shí)時測量，就可以實(shí)現(xiàn)對自身健康狀況的實(shí)時監(jiān)測[2]。然而，目前的血壓測量系統(tǒng)由于計(jì)算精度較低或體積較大攜帶不便，對血壓實(shí)時監(jiān)測效果較差。因此，本文利用STM32芯片和DSP芯片的雙核運(yùn)算系統(tǒng)，聯(lián)合無線藍(lán)牙設(shè)計(jì)了一個基于脈搏波傳導(dǎo)時間的分離便攜式血壓測量系統(tǒng)，在保證系統(tǒng)測量精度的同時，極大改善了系統(tǒng)的便攜性，方便對血壓的實(shí)時測量。

1 基于脈搏波的連續(xù)血壓測量血壓原理

早在1878年Moens和Korteweg[3]等就通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對同一個體當(dāng)血壓升高時，脈搏波傳導(dǎo)時間變短，反之延長，因此可以通過測量脈搏波傳導(dǎo)時間間接獲得血壓值。具體關(guān)系可簡化為：

式中：P為血壓；TPTT為脈搏波傳導(dǎo)時間；a，b為模型參數(shù)，反映了不同生理狀況下血壓的變化。

脈搏波傳導(dǎo)時間TPTT可以通過測量動脈樹上兩點(diǎn)脈搏波信號到達(dá)求時間差ΔT獲得[4]，如圖1所示。

2 血壓測量系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

基于脈搏波傳導(dǎo)時間測量血壓的本質(zhì)是利用脈搏波傳導(dǎo)時間與血壓值之間相關(guān)性，通過測量脈搏波傳導(dǎo)時間，間接計(jì)算出血壓值。因此對脈搏波信號的采集頻率（最小采樣時間間隔）將直接影響血壓值的計(jì)算精度。系統(tǒng)采樣頻率越高，系統(tǒng)精度越高，但采樣頻率越高，數(shù)據(jù)量越多，處理數(shù)據(jù)時間就越長。本文為了提高采樣頻率，改善系統(tǒng)精度的同時又不增加系統(tǒng)運(yùn)行時間，本次設(shè)計(jì)的血壓測量系統(tǒng)采用了STM32和DSP組成的雙核處理器結(jié)構(gòu)，將數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理分別交由不同芯片完成，分散系統(tǒng)工作量，在提高脈搏波信號采樣頻率的同時保證系統(tǒng)實(shí)時性。中央處理器選用選用TI公司C55x系列的高速DSP芯片TMS320C5535，用于完成數(shù)據(jù)處理工作；協(xié)處理器選擇低電壓供電的低功耗STM32F103T4芯片，用于完成脈搏波信號的高速采樣。另外，系統(tǒng)采用了分離式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理兩部分硬件獨(dú)立，并通過藍(lán)牙無線連接，使得在測量血壓時只需佩戴體積很小的數(shù)據(jù)采集部分，極大的增強(qiáng)了系統(tǒng)的隨身佩戴性，方便隨身測量。系統(tǒng)硬件框圖如圖2所示。

如圖2所示，血壓測量系統(tǒng)硬件被獨(dú)立兩個部分，其中數(shù)據(jù)采集部分包含兩路脈搏波傳感器，信號調(diào)理電路，協(xié)處理器和電源模塊；數(shù)據(jù)處理部分包括用戶模塊，LCD顯示、電源模塊及中央處理器。兩部分相互不影響，可以充分發(fā)揮STM32高速信號采樣和DSP高速數(shù)據(jù)處理的優(yōu)勢，提供血壓測量系統(tǒng)性能。

系統(tǒng)工作時，A、B兩脈搏波傳感器進(jìn)行高速的脈搏波信號采集，然后經(jīng)系統(tǒng)信號調(diào)理電路，對信號進(jìn)行放大和去噪處理后，由協(xié)處理STM32完成對脈搏波信號的數(shù)模轉(zhuǎn)換到數(shù)字信號，然后由藍(lán)牙模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒胩幚砥鱀SP芯片內(nèi)，并按照公式（1）對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計(jì)算出血壓值，并輸出道LCD顯示屏上。

3 結(jié)語

本設(shè)計(jì)采用STM32和DSP組成的雙核處理器結(jié)構(gòu)，將系統(tǒng)中脈搏波信號采集和信號數(shù)據(jù)處理工作分散到不同處理器芯片上進(jìn)行，使得系統(tǒng)在提高了脈搏波信號采樣頻率的同時又精度的同時保證了系統(tǒng)的實(shí)時性。另外，系統(tǒng)將脈搏波數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理兩部分獨(dú)立分開，利用藍(lán)牙進(jìn)行無線連接，極大地增加了系統(tǒng)的可攜帶性，便于隨身測量。這使得設(shè)計(jì)的雙核血壓測量系統(tǒng)在自我健康監(jiān)測和血壓動態(tài)測量領(lǐng)域內(nèi)有著較大的應(yīng)用潛力和價值。

參考文獻(xiàn)

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[4]凌振寶，張銘等.基于脈搏波傳導(dǎo)時間的無袖帶血壓測量儀設(shè)計(jì)[J].電子測量與儀器學(xué)報(bào)，2012，26（12）：1080-1085.

收稿日期：2016-08-25

作者簡介：袁博（1991—），男，新疆昌吉人，本科，初級工程師，主要從事電子產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)及銷售。