智能血壓計(jì)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

劉士峰 徐燦銘 招明瑞 謝旭

摘 要：傳統(tǒng)血壓計(jì)為水銀血壓計(jì)，因其操作難度大，且需要專業(yè)人員，故不適合用于實(shí)時(shí)測(cè)量。提高電子血壓測(cè)量準(zhǔn)確度的關(guān)鍵是血壓的判別方法，所以使用新的算法，并利用嵌入式制作出的血壓計(jì)測(cè)量系統(tǒng)，不僅會(huì)對(duì)臨床醫(yī)學(xué)中血壓的測(cè)量產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，也將會(huì)為愛好健康的人們送去實(shí)時(shí)的血壓信息，這對(duì)于人類來說無疑是一個(gè)非常好的消息。

關(guān)鍵詞：嵌入式 血壓測(cè)量 收縮壓 舒張壓

中圖分類號(hào)：TH77 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）04（c）-0007-03

血壓通俗的說就是血液對(duì)血管壁的壓力，而血管又分為靜脈血管、動(dòng)脈血管和毛細(xì)血管，于是，血壓就有靜脈血壓、動(dòng)脈血壓（以下如無特別指出，則指動(dòng)脈血壓）和毛細(xì)血管血壓3種，這些壓力便是血液循環(huán)的動(dòng)力。靜脈血壓與毛細(xì)血管血壓很少用，人們?nèi)メt(yī)院所測(cè)量的血壓一般值得是指動(dòng)脈血壓。

嵌入式實(shí)際上就是一種小型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)通常只是單純地完成一種或幾種功能，但是針對(duì)性很強(qiáng)，效率也很高。生活中已經(jīng)有很多地方都在應(yīng)用嵌入式技術(shù)，例如：微波爐、電子鎖、錄像機(jī)、游戲機(jī)、手機(jī)等，再說廣一點(diǎn)，現(xiàn)在就連家里的冰箱洗衣機(jī)等都可以使用嵌入式系統(tǒng)，但是嵌入式系統(tǒng)的使用還不普遍，主要原因是成本較高。

隨著社會(huì)的發(fā)展人們生活水平的提高，老齡化加重，老人越來越多，隨之人們對(duì)本身身的健康越來越關(guān)注，尤其是老年人。高血壓是世界最常見的心血管疾病的病源，風(fēng)險(xiǎn)非常大。據(jù)相關(guān)資料顯示，我國(guó)每年高血壓患者增加300萬以上，因此而死亡的人更是不計(jì)其數(shù)。高血壓是一種慢性病，長(zhǎng)期的影響心腦血管的健康，所以，因心臟病、腎衰竭、心力衰竭的人很多都有高血壓。所以從目前高血壓帶來的風(fēng)險(xiǎn)來看，高血壓病無疑已成為了人類的頭號(hào)隱形殺手病。

為了讓每個(gè)愛好健康的人都能方便快捷地使用血壓計(jì)，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種操作便捷，測(cè)量精確的自動(dòng)測(cè)量血壓的裝置，用來幫助人們及早發(fā)現(xiàn)高血壓并去治療。利用嵌入式技術(shù)，人們可以隨時(shí)隨地了解到自己的血壓狀況，從而減少因高血壓而死亡的人。

1 血壓儀市場(chǎng)分析

目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的血壓儀存在著明顯的缺點(diǎn)，如體積大，質(zhì)量重，需要專業(yè)的人員來操作。而這些缺點(diǎn)就限制了人們對(duì)血壓計(jì)的使用，使人們不能及時(shí)地了解到自己的血壓情況，從而增大了人們患病卻得不到及時(shí)治療的風(fēng)險(xiǎn)。而國(guó)外的電子血壓計(jì)基本已經(jīng)普及，所以國(guó)內(nèi)提出了“無汞時(shí)代”。但是因?yàn)檫@種嵌入式設(shè)備的成本較高，所以市場(chǎng)的占用率較低。

國(guó)外的血壓計(jì)品牌主要有歐姆龍、松下、艾蒂安等等，國(guó)內(nèi)的品牌主要有魚躍、九安、可孚等。這些品牌中，歐姆龍無疑是質(zhì)量最好，測(cè)量最準(zhǔn)確的，所以它的市場(chǎng)占有率最高，但是它的價(jià)格太高，只適用于高端消費(fèi)人群。其次較好的就是日本的松下和國(guó)內(nèi)的魚躍血壓計(jì)，適用于中端消費(fèi)人群，但是缺點(diǎn)就是測(cè)量不夠準(zhǔn)確，質(zhì)量不夠好。所以針對(duì)于低端和中端消費(fèi)人群來說，測(cè)量較為準(zhǔn)確，價(jià)格合理的電子血壓計(jì)有很大的市場(chǎng)空間。

然而目前不論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，都缺少那種測(cè)量準(zhǔn)確，成本較低的血壓測(cè)量?jī)x。為了使人們能夠及時(shí)了解到自己的血壓情況，我們團(tuán)隊(duì)利用嵌入式技術(shù)設(shè)計(jì)了一種方便攜帶，操作簡(jiǎn)易，成本較低的電子血壓計(jì)測(cè)量產(chǎn)品。

2 智能血壓計(jì)的測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

智能血壓計(jì)測(cè)量分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

該血壓測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量單元是傳感器，顯示單元為液晶顯示模塊，控制核心是單片機(jī)AT89C51微處理器，這些構(gòu)成了整個(gè)血壓計(jì)。

3 智能血壓計(jì)測(cè)量分析原理

血壓計(jì)在整個(gè)過程中會(huì)測(cè)量?jī)煞N血壓：一種是舒張壓，一種是收縮壓。舒張壓是指動(dòng)脈血管回縮時(shí)產(chǎn)生的壓力，此時(shí)壓力最低，又稱“低壓”；收縮壓是指心臟收縮的中期動(dòng)脈血管產(chǎn)生的壓力，此時(shí)壓力最高，又稱“高壓”。這里我們將采用示波法進(jìn)行測(cè)量，具體過程如下：

（1）袖帶套在手臂上。

（2）袖帶自動(dòng)充氣至最大值，一般比高壓高出了30～50 mmHg，這里將采用180mmHg。

（3）當(dāng)壓力達(dá)到最大值時(shí)，袖帶停止充氣，與此同時(shí)開始放氣，放氣速率為4mmHg/s。當(dāng)氣壓降到與血壓相同時(shí)，血液就能夠通過血管，同時(shí)產(chǎn)生袖帶聲和震蕩波（此時(shí)壓力最大，為收縮壓）。此時(shí)壓力傳感器就可以通過震蕩波來檢測(cè)袖帶所差生的壓力，再通過A/D轉(zhuǎn)換裝置成數(shù)字信號(hào)，最后通過單片機(jī)的運(yùn)算在顯示單元上顯示，直到壓力降到最低（此時(shí)壓力最小，為舒張壓）。

袖帶產(chǎn)生的振蕩波的變化就是血壓的變化，根據(jù)它的振幅包絡(luò)線就可以找出血壓的變化。振幅包絡(luò)線的第一個(gè)拐點(diǎn)就是收縮壓，第二個(gè)拐點(diǎn)就是舒張壓，并且第一個(gè)拐點(diǎn)與第二個(gè)拐點(diǎn)之間呈線性變化。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

主流程圖如圖3所示。

（1）主程序依此調(diào)用了5個(gè)單元。

（2）處理單元：在單片機(jī)的控制下，袖帶實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的充氣和放氣。

（3）測(cè)量單元：主要功能是對(duì)袖帶壓力的采集（即為血管壓力）。因?yàn)閴毫鞲衅鞯腁D為10位，所以精確度最高可達(dá)1/210。采集后的數(shù)據(jù)經(jīng)處理后，經(jīng)計(jì)算可獲得舒張壓、收縮壓和心率。

信號(hào)處理單元：主要功能對(duì)采集來的壓力信號(hào)的處理和對(duì)脈搏波的判斷和檢測(cè)。大致分為兩個(gè)步驟。

第一步，將A/D采集的脈搏波信號(hào)通過高頻去除過濾，去除短期的不確定波動(dòng)，保留長(zhǎng)期的穩(wěn)定波動(dòng)，盡量的降低外界干擾，減小誤差。

第二步，分析信號(hào)，獲得波形的峰值和每一個(gè)脈搏的時(shí)間，以此得出平均壓、舒張壓和收縮壓。

（4）液晶顯示單元：主要顯示3種信息：測(cè)量過程中的壓力值、漏氣速率和步驟三分析出的信息（舒張壓、收縮壓和心率）。血壓初始值的設(shè)置主要包括起始加壓值、最高血壓值和每次遞增的值。這里放氣速率的設(shè)置值為4mmHg/s。

（5）電源處理單元：主要是為整個(gè)血壓計(jì)系統(tǒng)提供安全穩(wěn)定的電壓。當(dāng)按開/關(guān)鍵，電源模塊輸出穩(wěn)定的電壓供充氣泵和其他單元用，這時(shí)，血壓計(jì)處于“開機(jī)”狀態(tài)；當(dāng)再次按開/關(guān)鍵，電壓關(guān)閉，血壓計(jì)處于“關(guān)機(jī)”狀態(tài)。

5 結(jié)語

目前常用的血壓計(jì)測(cè)量系統(tǒng)大多數(shù)都存在以下缺點(diǎn)：第一，就是線路上傳送的是模擬信號(hào)，易受干擾和損耗從而造成測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確；第二，體積大，質(zhì)量重，攜帶不方便，使用時(shí)還必須有專業(yè)的人員操作，為了克服這些缺點(diǎn)，一種數(shù)字化的嵌入式技術(shù)的系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，雖然還不太成熟，但已經(jīng)具有了雛形。這種測(cè)量裝置不僅可以用于醫(yī)學(xué)方面，也可以普及到每一個(gè)人，為人民服務(wù)。這次設(shè)計(jì)，使我們團(tuán)隊(duì)能夠把大學(xué)3年中所學(xué)的理論知識(shí)得以實(shí)踐應(yīng)用，總結(jié)出了很多實(shí)踐設(shè)計(jì)中的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，提高了個(gè)人的實(shí)踐能力與學(xué)習(xí)能力，了解到要編好一個(gè)程序首先要有豐富程序積累并多去動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)、調(diào)試。于此同時(shí)還了解到更多的新技術(shù)以及更多的電子產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)。

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