一种高精度臂式电子血压计及其检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及生物医学工程的人体信号检测技术领域，具体涉及一种高精度臂式电子血压计及其检测方法。
【背景技术】
[0002]国民经济的发展使人们对健康的关注程度越来越高，生活观念也同步发生了很多转变，现阶段，社会上相当多家庭都将一部分收入用于健康保健方面的投资，伴随生活结构及方式的不断变化，医疗器械及医疗电子类测量设备的使用也将越来越普遍，随之而来的将会是医疗设备市场规模的迅猛增长。
[0003]一般医院使用基于柯氏法的气压式血压计，专业医生可以用听珍器听到动脉血管的不同声音，来判断收缩压和舒张压的值。这种血压计除医生外一般人不容易掌握，且自己为自己测量多有不便。柯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，带有较强主观因素，除非专业医生，一般人很难测准血压。七十年代出现了多种柯氏音法电子血压计，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，所以未能推广。目前，现代电子科学技术的发展使这一测量仪器进入了电子时代一电子血压计。早期的电子血压计有在电子手表的功能上再附加测量血压功能，操作比较繁琐。因此，亟需研发一种简单方便，使测量既轻松又舒适的血压计。
【发明内容】
[0004]本发明的发明目的在于:针对上述存在的技术问题，提供了一种高精度臂式电子血压计及其检测方法。
[0005]本发明采用的技术方案是这样的:
[0006]—种高精度臂式电子血压计，包括人体袖带和检测控制装置，所述人体袖带上设有压力传感器，人体袖带和检测控制装置通过气管相连接；所述检测控制装置包括气栗、单片机模块、电源模块、液晶显示模块、低通滤波模块、放大器模块和高通滤波模块，所述压力传感器采集的信号依次经低通滤波模块、放大器模块一、高通滤波模块、放大器模块二处理后，通过AD通道输入给单片机模块处理，并通过液晶显示模块显示，所述气栗通过放气电池阀连接单片机模块，所述电源模块给整个装置供电。
[0007]如上所述的一种高精度臂式电子血压计的检测方法，包括如下步骤:
[0008]S1:将人体袖带裹在人体的上臂，气栗对人体袖带进行充气，此时通过压力传感器获取被测者的血压信号；
[0009]S2:将步骤SI中得到的血压信号依次经低通滤波电路、仪表放大器电路、高通滤波电路和运算放大器电路，得到输出信号；
[0010]S3:将输出信号通过AD通道输入到单片机模块，单片机模块经过计算处理得出血压值；
[0011]S4:将该血压值传输给液晶显示模块，通过液晶显示模块显示出准确的血压值。
[0012]作为优选，所述单片机模块包括STM32F103RBT6单片机最小系统、上电复位电路和晶振电路。
[0013]作为优选，所述压力传感器采用MPXM2053GS型压力传感器。
[0014]作为优选，所述放大器模块一为仪表放大器INA122，放大器模块二为运算放大器0PA333o
[0015]综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是:
[0016]1、本发明结构简单，设计合理，能够准确无误地对人体血压进行检测、实时存储，既轻松又舒适，并可实现与上位机(PC机)的实时通讯，电路系统简单，体积小，功耗低，系统稳定性高，携带方便。
[0017]2、本发明能够实现对人体生理血压进行一键式电子测量，方便快捷，同时采用双放大器以及低通、高通两级滤波器进行滤波，减少了干扰信号，提高了检测精度。
【附图说明】
[0018]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0019]图1是本发明的结构框图；
[0020]图2是本发明的2V电源电路原理图；
[0021]图3是本发明的1V电源电路原理图；
[0022]图4是本发明的5V电源电路原理图；
[0023]图5是本发明的3.3V电源电路原理图；
[0024]图6是本发明的负2V电源电路原理图；
[0025]图7是本发明的压力传感器和前级信号滤波放大电路原理图；
[0026]图8是本发明的后级低通滤波放大电路原理图；
[0027]图9是本发明的后级有源高通滤波电路原理图；
[0028]图10是本发明的后级有源低通滤波放大电路原理图；
[0029]图11是本发明的STM32F103RBT6最小系统原理图；
[0030]图12是本发明的信号采集板原理图(一)；
[0031]图13是本发明的信号采集板原理图(二)；
[0032]图14是本发明的信号采集板原理图(三)；
[0033]图15是本发明的整体软件设计流程图；
[0034]图16是本发明的ADC数据分析处理流程图；
[0035]图17是本发明的收缩压与舒张压算法流程图；
[0036]图18是本发明的袖带振荡波形图；
[0037]图19是本发明的血压和心率测试结果示意图。
【具体实施方式】
[0038]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0039]本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0040]如图1所示，一种高精度臂式电子血压计，包括人体袖带和检测控制装置，所述人体袖带上设有压力传感器，人体袖带和检测控制装置通过气管相连接；所述检测控制装置包括气栗、单片机模块、电源模块、液晶显示模块、低通滤波模块、放大器模块和高通滤波模块，所述压力传感器采集的信号依次经低通滤波模块、放大器模块一、高通滤波模块、放大器模块二处理后，通过AD通道输入给单片机模块处理，并通过液晶显示模块显示，所述气栗通过放气电池阀连接单片机模块，所述电源模块给整个装置供电。
[0041]如图2至图14所示，信号采集和单片机部分供电需求分别为:气栗+12V，微处理器+3.3V，压力传感器和运算放大器+10V，+3.3V，-2V。根据此需求电源部分需要得到稳定的+12V，+10V，+3.3V和-2V。本系统采用12V可充供电电池进行供电。
[0042]电源采用德州仪器公司DC-DC降压开关电源芯片TPS5430将电池输出的12V降为1V和2V。TPS5430有着非常宽的电压输入范围5.5V到36V，其最大输出电流可达3A，最大电源转换效率高达95%，完全能够满足本系统需要。此芯片外围电路简单，其内部基准电压VREF为1.221V，设我们想要得到的电压为Vl JlJVl = VREF (l+Rpot2/R2)，我们只需选择合适的电阻即可得到我们想要的电压，使用相对方便。以1V电源电路为例，图中电解电容C5用来对电池输出的12V进行滤波，电感L2和电容C6用来存储芯片内固定500KHZ开关导通时释放的能量，续流二极管D2用于在芯片内开关断开，L2对负载供电时形成放电回路。
[0043]5V和3.3V电源电路采用普通线性稳压芯片AMSl 117-5.0和片AMSl 117-3.3。其输入和输出分别加两个电容一大一小进行电源滤波，大电容滤除低频噪声，小电容滤除高频噪声。AMSl117-5.0输入电压为10V，AMSl117-3.3输入电压为5V。
[0044]负2V电源电路采用德州仪器公司60毫安充电栗电压反向器芯片TPS60400，此芯片输入电压范围较小为1.6V到5.5V，但是对本系统来说已经足够，该芯片外围只需三个IuF的电容即可实现电压反向，使用非常简单。采用-2V供电是因为压力传感器为差分输出，其输出的差分电压既可以是正向的也可能是反向的。
[0045]使用到了仪表放大器INA122和运算放大器0PA333。INA122为精密仪器仪表放大器，具有高精度，低噪声的对差分信号进行采集的性能。它的双运算放大器设计使其具有非常低的静态电流，非常适用于便携式仪表和数据采集系统。INA122还可进行单电源操供电。其供电范围非常宽为2.2V至36V，静态电流仅为60毫安，它亦可进行双电源供电工作。0PA333系列CMOS运算放大器采用了专有的自动校准技术，同时提供极低的失调电压和随时间和温度接近于零的漂移。这些小型，高精度，低静态电流放大器在10mV共模信号的范围内具有极高的输入阻抗，其轨对轨输出时仅有50mV电压的摆动幅度，它可用于单电源或双电源低至+1.8V(±0.9V)和高达+5.5V(±2.75V)。0PA333系列运算放大器提供出色的共模抑制比避免了传统补偿输入级常见的交越。这种卓越的设计使其在驱动模拟数字转换器时具有超尚的性能。
[0046]压力传感器提取的信号包括血压信号、脉搏信号、及其它杂波信号等，但是我们的最终目的是提取有用的血压信号及脉搏信号，为了提取有用信号，我们必须使用滤波器进行滤波，由于血压信号主要分布在0.1HZ到38Hz，其中绝大多数的有用信号分布在0.5Hz到1Hz之间。所以必须采用低通及高通两级滤波器进行滤波。低通滤波器主要用来滤除高频干扰信号及放气过程中产生的斜坡信号，整个信号通过低通滤波器滤波后获取的是静压力信号，随后信号送高通滤波器进行滤波处理，高通滤波器主要用来滤除袖带静压力信号，从而获取袖带内压力变化信号。通过改变滤波电路的电容及电阻的参数值可以改变滤波电路的滤波效果，鉴于此，在滤波电路设计的过程中，各电子元器件的参数值的选取是很重要的。
[0047]压力传感器采用的是飞思卡尔半导体公司MPXM2053GS型压力传