简易电子血压计的设计
简易电子血压计的设计[20200406105049]
摘 要
AT89S51是一款由ATMEL公司生产的功耗低，性价比高的单片机，它能够适用于多种场合，也是目前普及率较高的单片机之一。本设计采用AT89S51单片机为控制核心，结合C语言编程，由US9111-006-D压力传感器进行血压信号采集，OP07、AD620运算放大器和滤波电路对进行信号放大和滤波，再由ADC0832 A/D转换芯片进行模数转换，最后将结果显示在1602点阵液晶显示屏上。本文所设计的电子血压计具有测量精度高、操作简便、实用性强、制作成本低等优点，可适用于日常的血压测量。
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关键字:单片机电子血压计传感器设计
目 录
1. 绪 论 1
1.1 课题背景与现实意义 1
1.2 电子血压计发展 2
1.3 本文的研究内容 2
2. 设计要求及方案论证 4
2.1 血压测量原理 4
2.2 设计要求 4
2.3 设计方案 5
2.4 器件介绍 6
2.4.2 模数转换器ADC0832简介 6
2.4.3 压力传感器（US9111-006-D）简介 8
2.4.4 运算放大器OP07和AD620简介 9
3. 硬件电路设计 11
3.1 数据处理模块 11
3.2 模数转换模块 12
3.3 1602点阵液晶显示 12
3.4 气体压力传感器电路模块 13
3.5 血压信号二次放大电路 14
3.6 滤波电路 15
3.7 气泵和气阀驱动电路 16
4. 软件设计 18
4.1 数据处理模块 18
4.2 A/D转换模块 19
4.3 液晶显示模块 20
5. 系统性能测试 23
结语 24
参考文献 25
致 谢 26
附 录 27
附1 实物图 27
附2 部分程序代码 28
1. 绪 论
1.1 课题背景与现实意义
伴随着单片机产业的不断进步，单片机的功能日益完善，使单片机成为智能型电器设计的新宠，成为许多电子产品不可或缺的部分，因此，现在的电子产品以单片机为开发核心。电子血压计就是单片机在家用医疗电子设备中应用的经典例子，而且伴随着人们的对健康的重视程度的提升，它的使用也逐渐的普及。电子血压计操作方便，使用限制更少，测量用时更短，结果却十分的准确，而且不会受其他的人为因素和环境因素影响。血压作为人体健康的重要指标，准确的知道自己的血压情况能够有效的预防和治疗高血压等疾病。
单片机拥有更小的体积，更低的功耗，却拥有强大的功能和极高的性价比，是作为电子血压计的开发平台的不二之选。我国早在80年代就掀起了单片机开发热，经过多年的研究，单片机成为智能电子产品的重要组成部分。它广泛的应用各个领域，小至家用电器，如手机、电脑，大至航空航天，如人造卫星，我们都能看到它的身影。单片机全称单片微型计算机（SCM），具有较为广泛的应用范围，例如电机控制，UPS控制，信号处理等。相对于微处理器更具个性的发展前景，得到了用户的广泛认可。
目前单片机伴随着嵌入式应用的扩展，不断扩充外围电路及接口电路，以适应时代的进步，技术的革新。在单片机的生产和制造方面，Intel和Philips两家公司的产品尤为受市场欢迎，这两家公司也成为推动单片机发展的主力军，虽然Intel已经淡出了单片机开发行业，但是其所制造的单片机在今天仍有着极高的市场需求。
单片机是嵌入式系统独立发展的重要分支之一，目前向着SoC级别发展，它也不仅只停留在裸机环境下开发和使用，许多高端的单片机成为智能手机和掌上电脑的新宠，这些单片机赋予了智能电子设备更高的性能。
单片机是靠运行程序来实现不同的功能的，所以它具有很高的开发自由度，也因此受到广大电子开发发烧友的喜爱。将自己的构思与单片机进行完美的结合创造出属于自己的独一无二的电子设备，既能凸显自己个性化的一面，同时还能锻炼自己的能力，可谓一举两得。
1.2 电子血压计发展
电子血压计的主要原理：听诊法和示波法两种，目前绝大部分电子血压计采用示波法，只有极少数采用听诊法。
第一代电子血压计（G1-NIBPM）
主要技术：MWD技术
主要特征：
1、采用了双排气阀；
2、一般设定200mmHg为初始加压压力，并且强调加快速加压，通常10s便能达到设定的初始加压值；
3、排气速度不能由一开始就稳定在2~7mmHg/s。
第一代电子血压计在使用的时候容易受到多种因素的影响，如被测者手臂或手腕的粗细，排气过程不稳定等，而且随着橡胶的老化，排气速度受到影响，测量精度下降。
第二代电子血压计（G2-NIBPM）
主要技术：MWD技术
主要特征：
1、排气过程中仅使用了一个电子控制排气阀。
2、加压智能化。在加压过程中，对被测者血压进行初次的估算，确定目标压力值。
3、初始排气速度就能稳定在3~4mmHg/s 之间。
第三代电子血压计（G3-NIBPM）
主要技术：MWI技术
主要特征：
1、加压时测量血压；
2、只使用了一个电子快速排气阀，用于测量结束时的快速排气。
1.3 本文的研究内容
本次设计将选用AT89S51单片机作为控制核心，运用C语言对各个模块进行编程处理，最终完成简易电子血压计的设计。为实现测量血压的功能将电子血压计硬件部分分为：A/D转换模块、数据处理模块和数据显示模块。完成硬件的搭建后再用C语言对三个模块进行编程处理。然后用仿真软件进行模拟，在模拟测试通过后将C语言程序烧录进硬件中，以完成整个简易电子血压计的设计。
本次设计侧重于对单片机和仿真软件的熟悉和使用，其次对于C语言编程以及硬件电路设计的考察也得到充分的体现。
本课题各章内容安排如下：
第一章简易电子血压计设计课题的概述。
第二章阐述设计要求、方案论证及主要元器件功能介绍。
第三章为硬件电路设计。
第四章为软件设计。
第五章为系统性能测试。
2. 设计要求及方案论证
2.1 血压测量原理
血压是人体健康的一项重要指标，精确测量血压十分重要，测量时一般以毫米水银柱(mmHg)为计量单位。水银血压计使用时需要使用者拥有较高的使用经验，否则无法确定收缩压和舒张压，而且本身在使用水银血压计的时候存在诸多的个人因素，以及使用时的环境因素对测量结果也有较大的影响。虽然经过多次的改进，但是仍无法克服其自身存在的问题。现在市场上所用的电子血压计多采用示波法。
示波法的测量过程：
1、通过将空气注入充气袖套使其产生较大的压力阻断上臂动脉血流；
2、借助血液动力学原理，血液压力波动叠会加在气袖压力上，由此可得到脉搏波。
3、在充气和排气的过程中，根据脉搏波与袖带压力的关系估算血压。
在实际的测量过程中采用最大振幅法确定收缩压与舒张压，具体过程如下：
在排气阶段，在脉搏波的振幅包络线的上升段中，当脉搏波幅度 与 之比 时，即认定此时的压力值为收缩压；在包络线的下降段中，当脉搏波的幅度 与 之比 时，即认定此时的压力值为舒张压。
图2.1 袖带压力、脉搏波形
对气袖压力和脉搏波进行信号处理后，得到如图2.1所示数据。图中的下方不规则曲线为被测者的脉搏波动，上方则是血压测量过程中气袖压力波动。在两者的基础上进行信号分析，得到收缩压、舒张压及平均压的数值。
2.2 设计要求
摘 要
AT89S51是一款由ATMEL公司生产的功耗低，性价比高的单片机，它能够适用于多种场合，也是目前普及率较高的单片机之一。本设计采用AT89S51单片机为控制核心，结合C语言编程，由US9111-006-D压力传感器进行血压信号采集，OP07、AD620运算放大器和滤波电路对进行信号放大和滤波，再由ADC0832 A/D转换芯片进行模数转换，最后将结果显示在1602点阵液晶显示屏上。本文所设计的电子血压计具有测量精度高、操作简便、实用性强、制作成本低等优点，可适用于日常的血压测量。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:单片机电子血压计传感器设计
目 录
1. 绪 论 1
1.1 课题背景与现实意义 1
1.2 电子血压计发展 2
1.3 本文的研究内容 2
2. 设计要求及方案论证 4
2.1 血压测量原理 4
2.2 设计要求 4
2.3 设计方案 5
2.4 器件介绍 6
2.4.2 模数转换器ADC0832简介 6
2.4.3 压力传感器（US9111-006-D）简介 8
2.4.4 运算放大器OP07和AD620简介 9
3. 硬件电路设计 11
3.1 数据处理模块 11
3.2 模数转换模块 12
3.3 1602点阵液晶显示 12
3.4 气体压力传感器电路模块 13
3.5 血压信号二次放大电路 14
3.6 滤波电路 15
3.7 气泵和气阀驱动电路 16
4. 软件设计 18
4.1 数据处理模块 18
4.2 A/D转换模块 19
4.3 液晶显示模块 20
5. 系统性能测试 23
结语 24
参考文献 25
致 谢 26
附 录 27
附1 实物图 27
附2 部分程序代码 28
1. 绪 论
1.1 课题背景与现实意义
伴随着单片机产业的不断进步，单片机的功能日益完善，使单片机成为智能型电器设计的新宠，成为许多电子产品不可或缺的部分，因此，现在的电子产品以单片机为开发核心。电子血压计就是单片机在家用医疗电子设备中应用的经典例子，而且伴随着人们的对健康的重视程度的提升，它的使用也逐渐的普及。电子血压计操作方便，使用限制更少，测量用时更短，结果却十分的准确，而且不会受其他的人为因素和环境因素影响。血压作为人体健康的重要指标，准确的知道自己的血压情况能够有效的预防和治疗高血压等疾病。
单片机拥有更小的体积，更低的功耗，却拥有强大的功能和极高的性价比，是作为电子血压计的开发平台的不二之选。我国早在80年代就掀起了单片机开发热，经过多年的研究，单片机成为智能电子产品的重要组成部分。它广泛的应用各个领域，小至家用电器，如手机、电脑，大至航空航天，如人造卫星，我们都能看到它的身影。单片机全称单片微型计算机（SCM），具有较为广泛的应用范围，例如电机控制，UPS控制，信号处理等。相对于微处理器更具个性的发展前景，得到了用户的广泛认可。
目前单片机伴随着嵌入式应用的扩展，不断扩充外围电路及接口电路，以适应时代的进步，技术的革新。在单片机的生产和制造方面，Intel和Philips两家公司的产品尤为受市场欢迎，这两家公司也成为推动单片机发展的主力军，虽然Intel已经淡出了单片机开发行业，但是其所制造的单片机在今天仍有着极高的市场需求。
单片机是嵌入式系统独立发展的重要分支之一，目前向着SoC级别发展，它也不仅只停留在裸机环境下开发和使用，许多高端的单片机成为智能手机和掌上电脑的新宠，这些单片机赋予了智能电子设备更高的性能。
单片机是靠运行程序来实现不同的功能的，所以它具有很高的开发自由度，也因此受到广大电子开发发烧友的喜爱。将自己的构思与单片机进行完美的结合创造出属于自己的独一无二的电子设备，既能凸显自己个性化的一面，同时还能锻炼自己的能力，可谓一举两得。
1.2 电子血压计发展
电子血压计的主要原理：听诊法和示波法两种，目前绝大部分电子血压计采用示波法，只有极少数采用听诊法。
第一代电子血压计（G1-NIBPM）
主要技术：MWD技术
主要特征：
1、采用了双排气阀；
2、一般设定200mmHg为初始加压压力，并且强调加快速加压，通常10s便能达到设定的初始加压值；
3、排气速度不能由一开始就稳定在2~7mmHg/s。
第一代电子血压计在使用的时候容易受到多种因素的影响，如被测者手臂或手腕的粗细，排气过程不稳定等，而且随着橡胶的老化，排气速度受到影响，测量精度下降。
第二代电子血压计（G2-NIBPM）
主要技术：MWD技术
主要特征：
1、排气过程中仅使用了一个电子控制排气阀。
2、加压智能化。在加压过程中，对被测者血压进行初次的估算，确定目标压力值。
3、初始排气速度就能稳定在3~4mmHg/s 之间。
第三代电子血压计（G3-NIBPM）
主要技术：MWI技术
主要特征：
1、加压时测量血压；
2、只使用了一个电子快速排气阀，用于测量结束时的快速排气。
1.3 本文的研究内容
本次设计将选用AT89S51单片机作为控制核心，运用C语言对各个模块进行编程处理，最终完成简易电子血压计的设计。为实现测量血压的功能将电子血压计硬件部分分为：A/D转换模块、数据处理模块和数据显示模块。完成硬件的搭建后再用C语言对三个模块进行编程处理。然后用仿真软件进行模拟，在模拟测试通过后将C语言程序烧录进硬件中，以完成整个简易电子血压计的设计。
本次设计侧重于对单片机和仿真软件的熟悉和使用，其次对于C语言编程以及硬件电路设计的考察也得到充分的体现。
本课题各章内容安排如下：
第一章简易电子血压计设计课题的概述。
第二章阐述设计要求、方案论证及主要元器件功能介绍。
第三章为硬件电路设计。
第四章为软件设计。
第五章为系统性能测试。
2. 设计要求及方案论证
2.1 血压测量原理
血压是人体健康的一项重要指标，精确测量血压十分重要，测量时一般以毫米水银柱(mmHg)为计量单位。水银血压计使用时需要使用者拥有较高的使用经验，否则无法确定收缩压和舒张压，而且本身在使用水银血压计的时候存在诸多的个人因素，以及使用时的环境因素对测量结果也有较大的影响。虽然经过多次的改进，但是仍无法克服其自身存在的问题。现在市场上所用的电子血压计多采用示波法。
示波法的测量过程：
1、通过将空气注入充气袖套使其产生较大的压力阻断上臂动脉血流；
2、借助血液动力学原理，血液压力波动叠会加在气袖压力上，由此可得到脉搏波。
3、在充气和排气的过程中，根据脉搏波与袖带压力的关系估算血压。
在实际的测量过程中采用最大振幅法确定收缩压与舒张压，具体过程如下：
在排气阶段，在脉搏波的振幅包络线的上升段中，当脉搏波幅度 与 之比 时，即认定此时的压力值为收缩压；在包络线的下降段中，当脉搏波的幅度 与 之比 时，即认定此时的压力值为舒张压。
图2.1 袖带压力、脉搏波形
对气袖压力和脉搏波进行信号处理后，得到如图2.1所示数据。图中的下方不规则曲线为被测者的脉搏波动，上方则是血压测量过程中气袖压力波动。在两者的基础上进行信号分析，得到收缩压、舒张压及平均压的数值。
2.2 设计要求
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