专利名称：一种血压测量电路的制作方法
技术领域：
本发明提供了一种血压测量电路，特别是提供了一种不需要ADC转换，而实现的 高精度血压测量电路。
背景技术：
现有的血压测量方法直接对压力传感器的信号进行采样，由于信号含有多次谐波 干扰信号以及电源信号等，导致有用信号被噪声所淹没。仅靠ADC转换器对电压值信号的 采样所获得的信号值并不是原始的压电信号的大小，而是叠加噪声之后的电压信号值。由于ADC转换器的采样误差大，精度低，以及由离散化带来的各次的谐波的干扰， 加大了滤波和系统处理的难度，且数字信号精度受制于ADC转换器的精度。因此，由ADC引 入的误差导致对脉搏信号的判断不够准确，从而影响对高压低压的判断，引起误诊断。而且，由于ADC的采样效果较差，必须采用软件滤波才能达到较好的滤波效果，但 是软件滤波需要较长的时间和较多的硬件资源以及复杂的算法，从而降低了系统的实时 性，增加了设计难度，若要解决此类问题，则需要增加成本采用处理能力更高的信号处理器。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供了一种血压测量电路。采用 本发明可以不需要ADC转换便可将脉搏电信号转换为数字信号，不仅避免了由于ADC转换 引入的误差，而且大大提高了输出信号的精度。本发明的技术解决方案是—种血压测量电路包括差分放大电路、比较电路、锯齿波发生电路、信号调理电 路、混频电路和单片机，差分放大电路根据输入的脉搏电信号产生差分信号，并将差分信号输出到比较电 路；一级锯齿载波发生电路在单片机的控制下产生频率与幅度可控制的锯齿波信号，并将 锯齿波信号输出到比较电路；比较电路利用输入的锯齿波信号对差分信号进行采样从而产 生占空比信号，并将占空比信号输出到信号调理电路；信号调理电路对输入的空比信号进 行整形后输出到混频电路；混频电路利用单片机产生的高频载波信号对占空比信号进行混 频，并将混频信号输出到单片机；单片机根据输入的混频信号解释成血压值后显示。所述的锯齿波发生电路可产生频率50Hz、波峰为1. 4V、波谷为200mV的锯齿波信 号。所述的信号调理电路将比较电路输出的信号分为两路同时输入，将两路输入信号 进行与非操作进行整形后输出。所述的高频载波信号为250kHz的占空比50%的方波信号。本发明与现有技术相比具有如下优点(1)本发明先后使用锯齿波信号与高频载波信号对输入的脉搏电信号进行采样，与ADC转换相比，大大提高了采样精度，实现了对原始信号的还原。(2)本发明利用单片机控制锯齿波信号与高频载波信号的参数，实现了对脉搏电 信号处理的控制，扩展了本发明的可用性。(3)采用本发明所获得的输出信号，具有与原始信号十分相似的包络分布，便于单 片机直接进行处理分析，省去了进一步滤波的处理，节省了单片机运算的软硬件资源。
图1为本发明结构示意图2为脉搏电信号波形图3为锯齿波信号波形图4为高频载波信号波形图5为压电传感器电路图6为实施例电路图7为锯齿波发生电路图8为74HC00芯片管脚连接图9为实施例输出信号波形图10为现有产品输出信号波形图
具体实施例方式如图1所示，为本发明结构示意图。包括压电转换器、差分放大电路、比较电路、锯 齿波发生电路、信号调理电路、混频电路和单片机。各电路器件间的连接关系如图中所示。传统的电子血压计工作原理是将人的脉搏跳动信号叠加到逐渐放气过程中的袖 带气压信号，通过电机的转动带动袖带的收缩，使袖带压力增大致阻断血液流经上臂。在 逐渐减小袖带压力，在此过程中血流恢复，其中的脉搏信号逐渐增大，形成的波形如图2所
7J\ ο本发明基于已获取的脉搏曲线，利用锯齿波发生电路产生的锯齿波信号对差分放 大器输出的差分信号进行比较采样，从而获得占空比与压力成比的占空比信号如图3。单片 机再产生高频载波信号对占空比信号进行混频，从而可获得如图4所示的混频信号。最后，由单片机使能内部数字比较器对混频信号中的高频脉冲进行计数，通过换 算得到脉搏波峰峰值，进而按照血压计示波法计算收缩压、舒张压和心率。通过对脉搏曲线的处理，可简化血压计算法，省去了现有技术中的ADC采样电路， 从而避免了采用ADC转换所引入误差，提高产品精度和抗扰度，并为实际生产过程减低了 电路成本。实施例下面就结合实施例对本发明作进一步介绍。1、压电传感器在实施例中，采用压电传感器MPS获取脉搏信号。如图5，为MPS的电路图。当袖 带压力变化时压电传感器MPS的内部电桥会出现不平衡。电路连接方面MPS的4引脚悬空，1引脚与电阻电桥电路中的电阻Rll和电阻RlO
4相连，6引脚与电阻电桥电路中的电阻Rl3和电阻Rl2相连。电阻Rl 1、电阻RlO与电阻Rl3 电阻R12中间形成一路输出MPS16，MPS16与3引脚构成MPS对脉搏的电位差信号输出，电 阻电桥电路不平衡时，输出电压出现压差，将两不平衡的两点分别接入差分放大器的两个 输入端，从而可为本电路提供所需的脉搏电信号。2与5引脚分别与LM324的14和13引脚 相连。2、差分放大电路差分放大电路图如图6中差分放大电路虚线框所围部分。差分放大电路采用 LM324放大器。LM324的2引脚和3引脚为输入，1引脚为输出，电源正端从4引脚接入，将 电源负端从11引脚接入。电阻Rl = 240ΚΩ，串联于LM324的2引脚与MPS的5引脚之 间；电阻R2 = 240ΚΩ ；LM324的2引脚与1脚间串联电阻R3与电阻R4，其中R3 = R4 = 220ΚΩ ；电阻R3与电阻R4之间通过电阻R5、电阻R6与电阻R7与LM324的3引脚相连，电 阻R5 = 4. 7ΚΩ、R6 = 10ΚΩ、R7 = 220ΚΩ、R8 = 220ΚΩ组成匹配电阻，可使增益被配置 为30Ui+Vr，Vr = 200mV为参考电压，Cl = 120nF为滤波电容，并联在电阻Rl与电阻R2之 前，可滤除信号中的高频差模扰动。3、锯齿波发生电路如图7所示，为锯齿波发生电路的电路图，电路中各元器件的连接关系如图中所 示。锯齿波发生电路可以在单片机的控制下产生频率与幅度可控制的锯齿波信号，。实现时采用了一片LM324，其中LM324的7引脚为输出。单片机输出与CCMl相 连，通过三极管S9013对电容C2进行充放电，从而可控制输出信号的频率与幅度。其中，电 阻 R14 = 4. 7K Ω、电阻 R15 = 180Κ Ω、电阻 R16 = 220Κ Ω、电阻 R17 = 200Κ Ω、电阻 R18 = IOK Ω、电阻 R19 = 200Κ Ω、电容 C5 = 120nF、电容 C2 = IOnF04、比较电路比较电路如图6中比较电路虚线框所围部分。比较电路由LM324与电阻R20、电阻 R21 和电容 C4 组成，其中电阻 R20 = 20ΚΩ、电阻 R21 = 1001(0、电容04 = 120nF。LM324 的9、10引脚分别通过电阻R21和电阻R20接收由差分放大电路与锯齿波发生电路输入的
差分信号和锯齿波信号。比较电路利用输入的锯齿波信号对差分信号进行采样。脉搏电信号如图2所示， 信号的峰峰值在时间上间隔为0. 8秒，范围在200mV 1. 4V之间的信号，锯齿波信号如图 3所示，频率为50Hz，波峰为1. 4V、波谷为200mV，频率与幅度均高于由脉搏电信号产生的差 分信号。利用锯齿波信号对差分信号的采样的规则为若锯齿波信号幅度高于差分信号，则输出高电平；若锯齿波信号幅度低于差分信号，则输出低电平。因此，比较电路可产生高低电平交替的占空比信号6、信号调理电路信号调理电路如图6中信号调理电路虚线框所围部分。信号调理电路采用了一 片74HC00。比较电路输出的占空比信号分为两路输入到74HC00中，对输入的同一信号进 行与非操作，从而可实现对占空比信号的整形，去掉信号中的毛刺，并将高电平信号拉高只 3. 3V，把低电平信号置为0V。
7、混频电路混频电路利用单片机产生高频载波信号与占空比信号进行混频，即利用频率更高 的高频载波信号对占空比信号进行采样。混频电路同样采用了一片74HC00，电路连接如图 6中混频电路虚线框所围部分。混频操作为利用高频载波信号与占空比信号相与非，本实施例中的高频载波信 号为如图4所示的频率250kHz的占空比50%的方波信号。当占空比信号为高电平时，混频电路输出与高频载波信号相位相反，频率相同的 方波信号；当占空比信号为低电平时，混频电路始终输出高电平。因此，通过混频操作可以进一步提高对占空比信号的精度。如图8所示，为74HC00芯片管脚连接图，信号调理电路与混频电路共用一片 74HC00芯片。Output用于连接比较电路的输出，将信号分为两路后分别从74HC00芯片的 1、2引脚输入到信号调理电路；3引脚为信号调理电路的输出，4引脚为混频电路的占空比 信号输入，3引脚与4引脚相连；5引脚与单片机的MCUcontrol相连接，作为混频电路的高 频载波信号输入；FinalOutput为混频电路的输出。生成的混频信号送回到单片机，由单片机使能内部数字比较器功能对混频信号中 的高频脉冲进行计数，通过计算得出最后的结果。本发明对输出信号的精度的设计指标为对于心跳次数的测量结果误差在Ibpm 以内(即每分钟不超过1下)，对于血压精度的测量结果误差可控制在5毫米汞柱以内。而 对于当前市场上的血压计的血压精度则一般在10毫米汞柱左右。对于本血压测量电路精度的分析可进一步参考图9与图10。其中，如图9所示为 采用本发明电路输出的混频信号，可以看出图9中的信号波形与图2所示的脉搏电信号波 形具有很高的相似程度。而图10为当前市场上所使用的血压计测量电路输出的信号，分析 信号的上下包络曲线可以看出，信号具有较多毛刺，此信号输入到单片机后仍然需要进一 步的软件滤波操作，以达到单片机对信号分析的要求。而进行软件滤波则需要消耗单片机 的软硬件资源，造成单片机成本的提高或单片机分析精度的降低。因此，比较图9与图10可进一步看出本发明对输出信号精度的改善程度，且在提 高了精度的基础上，节省了相应的软硬件计算资源。本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
权利要求
1.一种血压测量电路，其特征在于包括差分放大电路、比较电路、锯齿波发生电路、 信号调理电路、混频电路和单片机，差分放大电路根据输入的脉搏电信号产生差分信号，并将差分信号输出到比较电路； 一级锯齿载波发生电路在单片机的控制下产生频率与幅度可控制的锯齿波信号，并将锯齿 波信号输出到比较电路；比较电路利用输入的锯齿波信号对差分信号进行采样从而产生占 空比信号，并将占空比信号输出到信号调理电路；信号调理电路对输入的空比信号进行整 形后输出到混频电路；混频电路利用单片机产生的高频载波信号对占空比信号进行混频， 并将混频信号输出到单片机；单片机根据输入的混频信号解释成血压值后显示。
2.根据权利要求1所述的一种高精度血压测量电路，其特征在于所述的脉搏电信号 通过压电转换器获取，利用压电传感器可以将测得的脉搏跳动转换为两路具有抖动的脉搏 电信号，并将这两路脉搏电信号输出到差分放大电路。
3.根据权利要求1所述的一种高精度血压测量电路，其特征在于所述的锯齿波发生 电路可产生频率50Hz、波峰为1. 4V、波谷为200mV的锯齿波信号。
4.根据权利要求1所述的一种高精度血压测量电路，其特征在于所述的信号调理电 路将比较电路输出的信号分为两路同时输入，将两路输入信号进行与非操作进行整形后输 出。
5.根据权利要求1所述的一种高精度血压测量电路，其特征在于所述的高频载波信 号为250kHz的占空比50%的方波信号。
全文摘要
一种血压测量电路，其特征在于包括差分放大电路、比较电路、锯齿波发生电路、信号调理电路、混频电路和单片机，通过单片机可控制锯齿波发生电路产生锯齿波信号，利用比较电路对差分放大电路输出的信号进行一级采样，在利用信号调理电路对比较电路输出信号进行调理后，再利用混频电路对信号进行二级采样产生最终可利用单片机分析的信号。使用本发明避免由于AD采样所带来的采样精度低的问题，省去了单片机中软件滤波的处理，节省了软硬件资源。
文档编号A61B5/021GK101999893SQ20101029797
公开日2011年4月6日 申请日期2010年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者刘国华, 李克, 温春玉, 王永云, 祝建彬, 赵京伟, 陈敏 申请人:中国航天科技集团公司第九研究院第七七二研究所, 北京时代民芯科技有限公司