一、选题内容 ………………………………………………………………………3 1.1 课题名称 ……………………………………………………………………3 1.2 设计任务 ……………………………………………………………………3 1.3 设计要求 ……………………………………………………………………3 二、总体方案 ………………………………………………………………………3 2.1 血压测量原理 ………………………………………………………………3 2.2 总体方案概述 ………………………………………………………………3
2.2.1 系统组成部分 ………………………………………………………………3 2.2.2 总体框图 ……………………………………………………………4
三、硬件设计 ………………………………………………………………………4 3.1 压力传感器BP01 ……………………………………………………………4 3.2 信号预处理电路设计 ………………………………………………………5
3.2.1 三运放前置放大器 …………………………………………………5 3.2.2 袖带压力信号处理 …………………………………………………6 3.2.3 脉搏波信号的处理 …………………………………………………6 3.2.4 预处理总电路图 ……………………………………………………7 3.3 数模转换电路设计 …………………………………………………………7
3.3.1 数模转换芯片ADC0808 …………………………………………………………7 3.3.2 ADC0808与单片机的连接 ………………………………………………………8
3.4 数据显示部分 ………………………………………………………………8 四、系统软件设计 …………………………………………………………………9 五、系统调试与仿真 ………………………………………………………………10 六、PCB布线结果 …………………………………………………………………12 七、心得体会 ………………………………………………………………………14 八、参考文献 ………………………………………………………………………14 九、附录 ……………………………………………………………………………14
一、 选题内容
1.1 课题名称
血压信号采集系统设计
1.2 设计任务
设计一种测量人体动脉血压的信号采集系统，该系统能够用于动脉信号的采集和血压的显示等功能。
1.3 设计要求
1）利用压力传感器、单片机或ARM获得血压信号，并对信号进行滤波； 2）具有计算血压信号的收缩压、舒张压、脉压的功能； 3）具备显示波形和收缩压、舒张压、脉压的功能； 4）给出系统整机电路图（利用PROTEL软件做出原理图SCH文件和PCB文件）。
二、 总体方案
2.1 血压测量原理
本设计采用示波法来测量血压，其实质就是用电子设备来测量脉博，分析
脉博，从而得出临床所需要的各种科学准确的数据。示波法是根据在袖带内压力下脉搏波幅度变化的特征，来识别动脉收缩压、平均压及舒张压。采用示波法测量血压不能从某一脉搏波信息中获得血压数值，而必须根据放气过程中脉搏波随袖带压变化的趋势图来判断血压值。
2.2 总体方案概述
2.2.1 系统组成部分
电子血压计由压力传感器、初级运算放大电路、滤波电路、次级放大电路、数模转换电路、显示电路、按键和单片机组成。压力传感器完成对血压信号的采集，运算放大电路及滤波电路对采集来的信号进行预处理得到两路所需信号，A/D转换电路对这两路信号进行数模转换，单片机作为电子血压计的控制核心，完成对信号的存储与计算，并通过计算所得数据来控制外围电路，进行血压数据的显示与报警。整个系统总体上主要由以下几个部分组成：
（1）信号采集部分
信号采集部分主要包括一个压力传感器、前置放大器、带通滤波器与低通滤波器主要完成袖带压力及脉搏信号检测。 （2）数模转换部分
该部分由多路A/D转换器组成，转换内容为袖带压力和袖带压力脉动波。在本设计中A/D转换器为单片机的外设。 （3）中央处理单元
中央处理单元的主要组成部分为单片机AT89C52,其主要完成的工作有:通过串口接收单片机给出的系统参数设置及控制命令，并向单片机传送测量数据，其中包括计算收缩压、舒张压、平均压数据、对气泵及模数转换的控制、测量过程中的各种算法实现。微控制器对气泵充气与排气进行控制，同
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时控制报警。 （4）显示模块
采用LCD1602显示人体的收缩压、舒张压、脉搏。 2.2.2 总体框图
系统的工作过程：压力传感器采集到信号后，送入运算放大电路。由于本 文选用的是幅值系数法，需要分离出袖带压信号和脉搏波信号，根据袖带压信号和脉搏波信号的频率特征，其中一路信号由低通滤波器分离出袖带压信号，另一路由带通滤波器分离出脉搏波信号，一并送入A/D转换器。袖带气压和脉搏波经数字信号处理后可得到收缩压、舒张压以及平均压。将计算所得结果输出至LCD1602显示。当舒张压或收缩压的值超出其正常值时，显示报警标识符“！！！”。气泵的充气以及排气也是由微处理器控制的。
系统组成框图如下：
压 力 传 感 器 基本放大器 手臂 差分放大器 低通滤波器 带通滤波器 带通滤波器 气泵 LCD显示 报警 AT89C52 AD转换 按键
三、硬件设计
3.1 压力传感器BP01
本系统采用了德利康公司的BP01型压力传感器来采集血压信号，BP01型
压力传感器是为监测血压而专门设计的,主要用于便携式电子血压计。具有高线性、低噪声和外界应力小的特点,采用内部标定和温度补偿方式,从而提高了测量的精度、稳定性以及可重复性,在全量程范围内,精度为±1％,零点失调不大于±300μV。
本系统内部集成运放LM324的输入正端为可设定的直流偏置电压Vref，LM324的输出端和输入正端提供了压力传感器电桥偏置的回路。
RVVCC 偏置电压：Vref?RV?RBP01的电路连接如下图：
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3.2 信号预处理电路设计
3.2.1 前置放大电路
从传感器BP01输出的信号为0～15mV的差分信号，动脉血压的参数范围为10～400mmHg。由于生理信号具有幅度小，频率底，内阻高等特点，且存在较强的背景噪声和干扰，无法进行直接记录与显示，针对此类生物信号的特殊性，初级放大电路应具有很高的共模抑制比，以及高增益、低噪声和高输入阻抗、有合适的通频带宽和动态范围等等特点。生理信号的这些特性对测量放大器的要求很高，为了满足这些要求，我们选择前置放大器。
前置放大电路原理图如下图所示：
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