本实用新型涉及电子医疗设备技术领域，特别与一种基于AVR的血压脉搏检测装置有关。
背景技术：
由于社会飞速发展，过快的生活节奏导致人们工作和生存压力的加剧，使得大多数人都处于亚健康状态。越来越多的人对自身健康状态重视了起来，同时对医疗设备的要求也有所提高，比如需要更少时间的检测过程，使用起来要足够方便，仪器的检测数据要精确可信等等。
人体动脉的血压、心率等信号中蕴含着丰富且重要的个人生理信息，这些生理信息对临床医学具备重大的数据意义。昔日机械式水银血压器需要使用者受过一定的训练，不适合一般人使用，且在工作中使用机械式水银血压器需要工作者集中精神通过听诊器接收脉跳声记录数据，过程繁杂且劳累。被测者在不同医师那里所测得的数据也会有所不同，如今普遍接受的误差在10-15mmHg。相比于传统的机械式血压脉搏检测装置，电子血压脉搏检测仪普遍外观更加轻巧、易携带，它的操作更加简便，并且无需训练工作人员，所需血压值、心率会一次性直接显示在显示屏上。
因此本发明人就是基于目前电子技术的发展，结合AVR芯片，设计了一种电子血压脉搏检测装置，本案由此产生。
技术实现要素：
为解决上述问题，本实用新型提出一种基于AVR的血压脉搏检测装置，采用两个压力和光电两个传感检测模块，通过这两种信号同时收录并利用微机在同一时间轴上显示数据便能较为简单直观地观察血压、脉搏的信息。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种基于AVR的血压脉搏检测装置，包括两路检测支路；其中一路压力支路，信号从检测气袖压力的压力传感器，经过压力信号放大器模块、滤波模块，输入到AVR单片机中，另一路为光电支路，信号从检测手指血流状态的光电传感器，经过光电信号放大器模块，输入到AVR单片机中；两路信号经过AVR单片机的处理进行显示和启动控制。
所述的压力传感器采用芯片BP300T芯片。
所述的压力放大器模块中采用AD620仪用放大器。
所述的光电传感器安装在指套上，包括指套上位置相对的发光管和光敏管，指套外壳采用不透光的介质制成，且内部涂上一层吸光图层。
所述的光电传感器中的光敏管采用OPT101接收器。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：采用AVR芯片，包含两个检测模块，其一是压力传感器、仪用放大器、低通滤波组成的压力信号收录；第二个则是通过光电传感器、反向放大优化电路组成的脉搏信号收录。通过上述两种信号同时收录并利用微机在同一时间轴上显示数据便能较为简单直观地观察血压、脉搏的信息。本实用新型所具备的无创、易普及、简便等特点在如今快节奏的生活中能对提高人们的生活质量发挥重要作用，其精确的数据测试完全符合医学数据采集的要求，同时，使用方式的简便支持普及常规的体格检查，对提高个人的生理健康的意识有着深远的意义。
【附图说明】
图1是本实用新型较佳实施例的结构模块示意图；
图2是本实用新型较佳实施例压力信号与脉搏信号在时间上的关系图；
图3是本实用新型较佳实施例中BP300T型的外部电路结构图；
图4是本实用新型较佳实施例中AD620外部电路图；
图5是本实用新型较佳实施例中压力支路中的滤波电路；
图6是本实用新型较佳实施例中指套结构示意图；
图7是本实用新型较佳实施例中发光管部分电路图；
图8是本实用新型较佳实施例中SE2470发出光光谱带宽相对强度；
图9是本实用新型较佳实施例中OPT101型光接收转换电压关系；
图10是本实用新型较佳实施例中OPT101型内部电路结构
图11是本实用新型较佳实施例中光接收部分前置电路；
图12是本实用新型较佳实施例中OPT101传感器采集信号的反向放大、滤波优化电路；
图13是本实用新型较佳实施例中LCD1602外部结构电路；
图14是本实用新型较佳实施例中电源部分示意图；
图15是本实用新型较佳实施例中ATMega16AVR单片机外围电路示意图。
【具体实施方式】
结合说明书附图，对本实用新型做进一步详细描述。
本实用新型主要涉及到的部件包括AVR单片机1、压力传感器21、压力信号放大器模块22、滤波模块23、光电传感器31、光电信号放大器模块32。
本实用新型利用压力传感器21与光电传感器31实时反馈血流信号通过AVR单片机1处理，当光电传感器31传输通道每次出现高电平时，记录当前压力传感器21所得信号。第一个高电平记录的压力值即为收缩压，最后一个压力值即为舒张压。使用时压力传感器21内嵌在气袖中，气袖固定在左上臂。光电传感器31的发光管33与光敏管34分别固定在手指两侧，为了方便固定，将两者安装在一个指套35上，位置相对。充气阀给气袖充气达到250mmHg，这时上臂由于高压导致血液停止流动，手指处亦无血液流动，透射光均匀，光电传感器31输出的电压稳定。气袖以2-3mmHg稳定放气，当气袖压力临近收缩压时血流断续流动，透射光产生变化，光电传感器31输电压产生波动，此时压力传感器21所测得的压力即为收缩压；光电传感器31持续输出波形，此为脉搏信号。当气袖压力临近舒张压，血流状态趋于稳定，透射光无明显变化，光电传感器31输出信号稳定，这个时刻从压力传感器21部分采集到的压力信号就是血管动脉的舒张压。参照图2。
一、压力信号采集部分
本实施例中采用的压力信号采集部分的采集接收器件是BP300T压力传感器，该系列传感器是六脚双列直插式封装的硅材料细微加工而成的压力传感器。该压力传感器是专门为电子血压检测、血压信号采集等医学仪器所开发的压力传感器。它是一种不需要补偿，并且具有信号的低滞后性、数据的高可靠性与工作的稳定性的较为理想的元件。该元件能把感应到的物理压力信号通过内部电路，转换为线性一一对应的电压信号。再加上它体通用性强，价格低廉，体积足够小，十分满足本实用新型所需要的臂式气体压力部分的检测。
应用范围
(1)血压计
(2)压力测量
(3)消费者、游戏产品
(4)医用仪器、监听
BP300T的主要参数
(1)到300mmHg左右的物理压力感受范围，最大可承受的超压为3倍；
(2)零漂：±20mv；100mv±30mv输出电压；
(3)重量<0.4克；直线性0.5％；磁滞现象+0.5％；
(4)5V直流的供电电压；
(5)-20℃～+100℃工作温度范围；-40℃～+125℃储藏温度范围；
(6)输入输出阻抗4～6K；
参见图3，是BP300T传感器的外部电路，1脚供5V直流电压以提供其工作，3、4脚再连一个10千欧的滑动变阻器后接地，也可以直接入地。信号从2、5脚输出。
二、压力信号放大部分
由BP300T采集到的模拟信号是一个微弱的混合信号，该信号需要经过放大才能处理。本实施例中的放大部分采用仪用放大器AD620仪用放大器。该放大器具有低噪声、低温漂、低漂移输入电流的特点，它十分适用于低电源供电，且输入电阻相对较大的电路中，是适用于生理信号的放大的理想元件。
AD620采用八引脚DIP和SOIC封装，只要调节一个外接电阻就能使放大倍数在1至10000倍的范围变化。功耗低，它的最大供电电流是1.3mA，具有出色的直流性能(B级)。它的供电电压范围在±2.3V至±18V之间，电源电压范围十分宽。它的输入失调电压最大值为50uV，最大失调漂溢为0.6uV/℃，最大输入偏置电流为1.0nA。共模抑制比为100dB(最小值，G＝10)低噪声。带宽为120KHZ(G＝100)。工作的温度范围是-40℃至85℃。该仪器应用于电子称、传感器接口、数据采集系统、工业过程控制、电池供电便携式设备和ECG和医疗仪器较多。
如图4所示AD620在1脚和8脚之间接上可调电阻之后便能通过调节电阻值对放大倍数进行调节。通过2、3引脚输入-Vo、+Vo即能得到经过放大后的混合信号。其放大倍数如公式1：
公式1
其中G为放大倍数，R2为外接电阻阻值。原信号经过AD620放大后的输出信号实际上是手臂处气袖内部气体压力信号与外界多种环境干扰的叠加。考虑到输入AD620的信号在100mV左右，输出信号需要经过滤波，结合ATMega单片机I/O口输入要低于3V在这里取R2＝2KΩ，信号约被放大25倍。可知输出信号大概在2.5V左右。
三、压力信号滤波部分
考虑到传感器和电路中的器件会产生噪声，包括发射源也可以通过各种耦合方式使我们无法直接检测到我们需要的有用信号。即其中夹杂着工频干扰，人为的干扰(如受测人较大的动作等)，实际上我们需要的是其中气袖从300mmHg线性下降的模拟的静压力信号，但是脉搏信号在静压力信号中的影响力不大，所以只需接二阶Butterworth低通滤波电路就能有效地抑制50HZ的工频干扰。这样我们就能得到一个较为清晰的较光滑直线。在以2mmHg至3mmHg的速度稳定释放气体的过程中，袖带处采集到的电压信号属于低频信号，滤出低频的静压力信号。其中用到的LM324AD是带有差动输入的四运算放大器，其中每个运算放大器都能独立工作的集成运放，和标准运放相比它所能接受的工作电压范围在3.0V到32.0V之间，而不必再去考虑其在本仪器中的供电问题。滤波电路图如图5所示。信号通过D1、D2、C1组成的一介滤波再输入放大器，R2，R3可以都取1K满足匹配，放大倍数取1，即R4/R3＝1。
四、光电传感器部分
考虑到郎伯——比尔(Lamber——Beer)定律中所讲的，当某束光线照射在物质上，这个物质吸收该光线的程度与该物质的浓度成正比。通过人为设置的相对恒定波长的光线照射在人体手指的组织上，经过手指处组织对该光线的吸收、反射、折射等衰减后的光强在某种程度上反馈了该手指部位组织的结构特性。人体手指指尖位置，由于组织厚度相对于其他大多部位较薄，但是动脉成分多，所以在该处检测动脉血液变化最佳。用一束光线透过手指末端，随着血管受一定挤压的情况下，脉搏波动所导致的血液量波动在流经光透射点的血管会比平时更加容易检测，即透过手指的光强变化更加明显。已知静脉血液相较于动脉血液流动，它的波动是非常小的，即无论在收缩压或舒张压情况下，手指部位血液流动的微小变化可以忽略，手指部位其它组织的光吸收量也是基本不变的。那么就可以认为光信号接收器接收到的光强的波动主要是随着在一定手臂处压力下(该压力处于收缩压与舒张压之间)，动脉血管由于脉搏而产生的类似断续但有周期的血液流动的变化而引起的。可以根据这个特征将脉搏信号通过光电式传感器转换成电信号进行检测。手指处光电传感器指套检测装置示意如图6所示。
手指末端套进带有发光管33与光敏管34的指套，指套外壳采用不透光的介质，并且在内部涂上一层吸光图层就能有效隔绝环境光对脉搏信号测量的影响，如今有许多指套类型产品，可以根据此类产品对其进行轻微加工便能符合本仪器的要求。
发光管33采集脉搏信号有如下特点需要考虑：
(1)脉搏信号幅度很小，非常容易引入干扰。也会有来自肌体抖动、精神紧张等原因造成的假现象。
(2)高输入阻抗。因为信号源阻抗较高，脉搏信号的微弱会使如果输入的阻抗不高，采集到的脉搏信号就会出现十分严重的损失。
(3)血液波动的微弱导致相应电压波动十分小，只有在经过较大的放大后才能对脉搏信号即电压信号进行数字化处理。
(4)高共模抑制比。主要是滤除频率为50HZ的工频干扰。
(5)低漂溢。防止高放大倍数的放大电路出现饱和现象。
(6)合适的带宽。可以有效抑制噪声。
在脉搏信号的测量过程中为了最大可能地减少光源供电部分可能产生的波动对脉搏信号采集的影响，则有必要自制一个理想的提供稳定电流源的电路来控制光源发光的稳定，发光源的供电电路如图7所示，图中D为驱动电路的稳压管作为恒流源加在晶体管Q1的基极，由于基极偏压的稳定，集电极电流稳定，从而使发光二极管发光稳定。
考虑到光源太强的话，发光易发热导致手指山光电血管扩张影响测量，同时考虑到805nm波长的光，血液中存在的血红蛋白对其的吸收率相较于其他波长的光比较低，所以发射光源的波长选择红外光比较合适。发光管选择SE2470红外线发射二极管，该发光二极管能输出760至1000nm波长最适输出强度为880nm能达到本设计仪器发光部分的要求。它的最大额定正向电流为75mA，功耗125mW，工作温度范围在-55℃到125℃之间。图8为SE2470的光谱带宽，图9为OPT101的基本应用电路的输出电压与照射光波长的关系。OPT101能有效接收SE2470发出的红外线。
五、OPT101型光接收器件
本实施例中的光接收器件采用美国B-B公司研制的OPT101型传感器，它的内部本身自带了一个放大电路，优势在于内接一个一级放大电路可以在一定程度上抑制外界电磁信号对采集到的原始波信号的干扰从而提高采集精度。该元件支持±2.7V至±36V单电源供电，拥有较大的供电范围可以与其他模块进行很好的匹配，它的输出电压随着接收到的光照强度呈线性变化，十分适合应用于医疗设备中。图10与图11为OPT101型传感器的内部电路结构以及外部引脚匹配，只要将4、5引脚连接便能构成基本应用电路。
六、光接收电路的放大、滤波优化电路
本实施例中采用的OPT101传感器采集信号的反向放大、滤波优化电路如图12所示，电路采用差分形式，信号源从反向端输入，同向端只需要没有脉搏信号的直流分量，由可知光强变化所产生的输入信号中只放大了其中脉搏波动而变化的电压信号。利用差分电路的抑制共模信号的特性，要把直流共模信号有效滤除，把形似交流的脉搏波动信号有效的进行滤波放大。考虑到其中夹杂了50HZ的工频干扰，而脉搏信号频率主要分布于0.5HZ～20HZ之间，同向输入端通过由R7、C2所组形成的无源低通滤波，选择其截至频率为，式中取0.5HZ，R为R3，C为C2。这样便能够很好地抑制信号的基线漂移。考虑到信号源输出的电压信号会随接收到的光照强度变化所产生的峰峰值有可能会超过运算放大器的线性工作区间，所以图中在反向输入端添加由R1，R2，R4等组成的一个电压抬升电路目的是为了能让运放工作在线性区。为防止有效的交流信号从支路R4到R1导入地导致采集信号的衰减，图中R4可以取一个大电阻。电路中C1与R3组成一个有源低通滤波，截止频率取10HZ。R5与R6取相同阻值以满足阻抗匹配。放大倍数A通过R3/R5决定。
七、显示部分
本实施例中显示部分采用LCD1602液晶显示屏，如图13所示：它的功耗十分低，体积大小满足大多数医疗仪器需要，显示内容足够丰富等诸多优点使它在小型仪器仪表和需要低功耗应用的电子产品中得到十分广泛的应用。LCD1602采用标准的十六引脚DIP。两种型号，其一是15、16引脚供电后能有背光效果，可以在夜间使用，还有一种是15、16脚NC，即没有背光效果。LCD1602的16个引脚中，1脚接地，2脚接+5VDC，3脚接滑动变阻器后是用来对显示器做对比度调整的，可以接一个10K滑动变阻器进行调整。
第4脚RS，用来对寄存器选择，当处于高电平时就选择数据寄存器。处于低电平时选择指令寄存器。第5脚RW，作用是控制信号读写，当处于高电平时进行读操作，处于低电平时进行写操作。当4脚RS处于低电平，5脚RW也处于低电平时可以写入指令或者显示地址。当4脚RS处于低电平，5脚RW处于高电平时可以读忙信号。当4脚RS处于高电平，5脚RW处于低电平时可以写入数据。第6脚由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令，即使能端。
第7到14引脚即D0到D7为8位双向数据线。15引脚和16引脚为空脚。
八、电源部分
本实施例中所用器件的供电都设定在+5V与-5V，设计了220V交流电通过变压、整流、稳压等过程转换为所需的供电电压，如图14。
九、AVR外围电路及软件思路
本实用新型中采用ATMega16AVR单片机作为核心处理芯片。其作用主要是将采集到的压力信号与脉搏信号进行A/D转换，并通过它支持的C语言实现将有用数据通过显示器显示。ATMega16拥有32个8位可编程I/O口，40引脚PDIP封装，工作电压为2.7V～5.5V。芯片的外围电路如图15所示。
端口PA0与PA1做为A/D转换器的气袖静压力模拟信号(通过PA0)与脉搏波动模拟信号(PA1)的输入端。端口PA0至PA7八个端口是8位的双向I/O口，每个端口内部都配有可以编程的上拉电阻。该端口内部的输出缓冲器都具备相对称的驱动特性可以输出或吸收大电流。作为输入使用端口时，如果内部的上拉电阻使能，该端口的外部电路拉低时将会输出电流。在将其复位过程中，哪怕系统时钟还没有起振，端口PA将处于高阻状态。压力信号通过PA0输入ATMega16，脉搏信号通过PA1输入。考虑到防止引脚及ATMega内部电路损坏，图中PA0引脚处的外部并联一个3V稳压管，3V的稳压管是为了保证万一外界的输入信号高于3V的时候，输入信号仍旧能稳定在3V保证芯片的使用寿命。并联的C1为0.01uF电容，它的作用是可以滤掉可能产生的高频干扰对输入信号的影响，保证处理过的静压力信号的清晰。考虑到ATMega内部参考电压是2.56V，ARFE引脚处串联一个0.1uF的电容即C2再接地，这样能够提高电源工作的稳定性。AVCC引脚即是端口PA(ATMega16芯片的PA口具有多种功能)进入A/D转换器功能的电源。ACVV引脚直接与VCC引脚连接的时候为不使用A/D功能，ACVV引脚与一个2.2Hm电感串联再连接VCC引脚为使用A/D功能的时候。图中AVCC引脚通过一个低通滤波与电源VCC连接。AGND引脚直接连电压信号地。ATMega16的复位RESET最小脉冲宽度为1.5us，上电复位门限电压(电压由低到高上升)典型值为1.4V，最大值为2.3V，(电压由高到低跌落)典型值1.3V，最大值2.3V。RESET与外部按键电路连接以达成外部复位效果。当S1没按下时，RESET状态为高电平，不会产生复位效果；S1按下后电容C4经过图中闭合回路放电会导致RESET处于低电平，因为按下S1键和弹起S1键的时间远远的大于芯片介绍书中的1.5us即最小脉冲宽度，所以能通过上述电路实现芯片通过外部电路进行外部复位的目的。图中频率选择11.0592MHZ的晶振与两个串联的电容C5、C6并联以提供芯片工作。
以上的具体实施方式仅为本创作的较佳实施例，并不用以限制本创作，凡在本创作的精神及原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本创作的保护范围之内。