CN102293641A

CN102293641A - 一种基于语音监听技术的新型自助式数字血压计

Info

Publication number: CN102293641A
Application number: CN2011102649588A
Authority: CN
Inventors: 焦保健; 段同华; 周宁; 张帆; 于旭东; 马建华; 战延谋
Original assignee: 焦保健; 张帆
Priority date: 2011-09-08
Filing date: 2011-09-08
Publication date: 2011-12-28

Abstract

本发明公开了一种基于语音监听技术的新型自助式数字血压计，由血压压力采集与处理单元和心跳音监听电路构成，所述血压压力采集与处理单元由血压计袖带、气囊、导气管、压力传感器和单片机构成，所述血压计袖带连接气囊和导气管，通过导气管连接压力传感器，压力传感器和单片机连接，单片机连接显示驱动电路、语音芯片和血压测量开关，所述语音芯片连接血压值播放喇叭；所述心跳音监听电路包括微音监听器，所述微音监听器连接一个固态功放，所述固态功放连接心跳音扩声喇叭，所述微音监听器安装于血压计袖带中。本发明利用血压测量开关构建成的触发中断，根据心跳音的显著变化进行血压收缩压和舒张压数值的采集，功能新颖、成本低廉、操作简单。

Description

一种基于语音监听技术的新型自助式数字血压计

技术领域

本发明涉及一种基于语音监听技术的新型自助式数字血压计。

背景技术

据有关统计资料显示，我国现有的高血压患者已达一亿，并且每年新增人数在300万以上。从高血压的危害来看，高血压病已成为人类的头号隐形杀手。高血压病不但是长期危害人体健康的一种慢性病，而且它还是脑中风、冠心病、心肌梗死、心力衰竭、肾衰等疾病的祸首，因此被人们称为“无形杀手”。

治疗高血压病，首先是要准确地测量血压。测量血压的仪器称为血压计。血压计可分为直接式和间接式两种。两种血压计的工作原理是不相同的，直接式是用压力传感器直接测量压力变化；间接式的工作原理则是控制从外部施加到被测部位上的压强，并将控制的结果与其相关的柯氏音的产生和消失的信息加以判断。前者不管对动脉或静脉都可连续测试，而后者只能测量动脉的收缩压和舒张压。

目前市面上常用的血压计有水银柱式血压计、气压表式血压计和电子血压计三种。水银式血压计比电子血压计和表式血压计准确而安全，全世界通用，被认为是血压测定的“金标准”。但水银柱式血压计对操作技术要求较高，而且含汞，如果处置不当，会成为医院、家庭主要污染源，一般适用于医院和诊所。由于含汞温度计含有污染和毒性很大的水银，近年来，世界各国纷纷对汞的供应和使用采取了限制和禁止措施。2007年，欧洲议会通过立法，禁止欧盟各国使用含汞温度计。到2007年年底，美国有13个州已经通过立法禁止使用含汞温度计，医疗系统转而购买更安全的替代品。在2009年2月肯尼亚内罗毕举行的联合国环境计划(UNEP)第25次管理理事会议上，各国环境部长达成共识：联合国环境规划署将在2010年至2013年间召开5次政府间谈判委员会系列会议，并计划到2013年达成国际汞污染控制公约。也就是说，传统水银血压计废弃之后，其它形式的血压计将全面占据市场。

气压表式血压计，利用气压泵操作测压，它体积小，携带方便，且无水银外泄的缺点，但随着应用次数的增加，会因弹簧形式改变而影响结果的准确性，所以需要定期与标准的水银柱式血压计进行校准。

电子血压计外观轻巧，携带方便，操作简易，显示明了，比较适合一般家庭使用。电子血压计主要采用示波法实现无创测量血压。利用电子压力传感器判别、记载血压测量过程中的压力和脉搏信号，通过临床考证过的算法程序处理，最终得出压缩压和舒张压。这种血压计的不足就是算法复杂，容易随条件的变化而产生较大的测量误差。市售的电子血压计，如按测量部位来区分，可分为手腕式与上臂式；如按测量方式来划分，可分为全自动式与半自动式。相对而言，手腕式电子血压计不及上臂式电子血压计准确，并且价格也较贵。

由此可见，研制一种新型环保方便实用的血压计迫在眉睫。

发明内容

本发明需要解决的技术问题就在于克服现有三种血压计污染较大、算法复杂、测量误差随条件变化较大等缺陷，提供一种基于语音监听技术的新型自助式数字血压计，它在传统血压计基础上进行改造，保留气囊、束带，对血压测量进行即时数字显示和播放，进而取代繁琐的传统机械指针式表头和水银柱式指示器单元。它采用新型压力传感器和单片机，对压力信号数据进行数据传输、采样和处理，动态精确监控血压，成本低廉、操作简单、功能新颖、便于携带，具备良好的临床应用与市场推广价值。非专业人士亦可自助操作，轻松获得血压体征参数。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种基于语音监听技术的新型自助式数字血压计，所述血压计由血压压力采集与处理单元和心跳音监听电路构成，所述血压压力采集与处理单元由血压计袖带、气囊、导气管、压力传感器、运算放大器、A/D转换单元和单片机构成，所述血压计袖带连接气囊和导气管，通过导气管连接压力传感器，压力传感器通过运算放大器、A/D转换单元和单片机连接，单片机连接显示驱动电路、语音芯片和血压测量开关，所述语音芯片连接血压值播放喇叭；所述心跳音监听电路包括微音监听器，所述微音监听器连接一个固态功放，所述固态功放连接心跳音扩声喇叭，所述微音监听器安装于血压计袖带中。

所述压力传感器通过运算放大器和A/D转换电路和单片机连接，单片机连接一个对A/D转换电路进行校准的电路。

所述显示驱动电路包括和单片机连接的LED显示器驱动电路，LED显示器驱动电路连接即时显示血压收缩压数值的LED显示器，和即时显示血压舒张压数值的LED显示器。

所述单片机连接复位和晶振电路，所述复位和晶振电路包括复位开关、复位电路和晶振电路，所述晶振电路和单片机连接，所述复位电路和单片机分别和复位开关连接。

所述单片机连接清零、校准开关及电源模块单元，所述清零、校准开关包括清零开关和校准开关，所述清零开关和校准开关分别和单片机连接，电源模块单元包括充电电池，所述充电电池分别连接给单片机供电的变压模块和给除单片机以外部件供电的变压模块，给单片机供电的变压模块通过电路总开关和单片机连接。

压力传感器为MPXM2053GS压力传感器，接受血压计袖带的压力值；单片机采用AT89S51；语音芯片采用ISD1700芯片；运算放大器采用MAX7652；A/D转换电路采用AD7710芯片构建完成；对A/D转换电路进行校准的电路采用X25045构建完成；LED显示器驱动电路采用MAX7219来驱动LED显示器；充电电池为9V充电电池，给单片机供电的变压模块以及给除单片机以外其它部件供电的变压模块均为LM7805CV芯片。

本发明工作原理不同于直接式和间接式血压计。既不像直接式血压计采用压力传感器直接测量压力变化；也不像间接式血压计控制从外部施加到被测部位上的压强，并将控制的结果与其相关的柯氏音的产生和消失的信息加以判断。本发明采用高灵敏度的微音监听器，记录心跳音，并放大至心跳音扩声喇叭；同时利用血压测量开关构建成的触发中断，根据心跳音的显著变化，来进行血压收缩压和舒张压数值的采集，之后将数值送入显示器，并进行语音播放。测量人可以随时观察。

本发明由于拥有心跳音监听电路，且利用手动气囊进气即可操作，并且利用血压测量开关构建成的触发中断，根据心跳音的显著变化进行血压收缩压和舒张压数值的采集。与目前市场各类血压计相比，操作简单，价格低廉，拥有较实用的价值。

本发明的工作原理为：

将袖带捆扎于手臂上，首先人工挤压气囊，对袖带充气，使其具有足够的压力，从而阻止血液在局部主动脉的流动。随着压力逐渐释放，当血液刚开始流过动脉时，此时压力传感器测量到的压力值即为心脏收缩压。此后压力一直在减小，直到血流完全恢复畅通时，此时压力传感器测量到的数值相当于心脏的舒张压。由此，完成一次完整的测量周期。压力大小经由运算放大器放大、由A/D转换电路送入单片机。同时，当气囊对血压计袖带进出气时，心跳音监听电路高效且不失真地放大心跳声音，并放大至心跳音扩声喇叭。

测量人用气囊进气，同时注意聆听心跳音。当血压计袖带的压力值从高于收缩压向低于收缩压变化时，产生心跳音。此时，利用血压测量开关构建成的触发中断，根据心跳音的显著变化，将此时压力传感器得来并送入单片机的血压收缩压数值进行采集，同时送至显示血压收缩压读数的LED显示器进行显示，之后该数值一直保持。当血压计袖带的压力值从高于舒张压向低于舒张压变化时，心跳音消失。此时，根据心跳音的显著变化，利用血压测量开关构建成的触发中断，将此时压力传感器得来并送入单片机的血压舒张压数值进行采集，同时送至显示血压舒张压读数的LED显示器进行显示，之后该数值一直保持。

最后，单片机再将血压收缩压和舒张压数值送至语音模块，配合已经录制好的“收缩压”、“舒张压”声音样本，送至血压值播放喇叭，播报出“收缩压×××”，“舒张压×××”。

至此，血压收缩压和舒张压测量完毕。

本系统的独有特点是：(1)功能新颖，直接根据心跳声的显著变化，利用血压测量开关构成的触发中断，即可确定血压收缩压和舒张压数值，不再采用电子血压计血压测试的繁琐算法。这是一个显著进步。(2)使测试者实时听见心跳和血压数值播报，同时在显示器上看见数值，操作简单，直观形象；非专业人士亦可自助操作，轻松获得血压参数。(3)在传统血压计基础上进行改造，只保留气囊和袖带，利用手动进气即可操作，进而取代繁琐的传统机械指针式表头和水银柱式指示器单元，成本非常低廉，具备良好的临床应用与市场推广价值。

附图说明

图1为本发明的系统组成结构图。

图中：1、血压计袖带；2、气囊；3、导气管；4、压力传感器；5、运算放大器；6、A/D转换电路；7、单片机MCU；8、对A/D转换电路进行校准的电路；9、微音监听器；10、四芯线；11、固态功放；12、心跳音扩声喇叭；13、复位开关；14、复位电路；15、晶振电路；16、LED显示器驱动电路；17、显示血压收缩压数值的LED显示器；18、显示血压舒张压数值的LED显示器；19、语音芯片；20、血压值播放喇叭；21、血压测量开关；22、清零开关；23、校准开关；24、充电电池；25、给单片机供电的变压模块；26、给除单片机以外其它部件供电的变压模块；27、电路总开关。

图2为本发明数据采集部分电路图。

图3为本发明中对AD7710进行校准的电路图。

图4为本发明显示驱动电路图。

图5为本发明中语音播放部分电路图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供了一种基于语音监听技术的新型自助式数字血压计，所述血压计由血压压力采集与处理单元和心跳音监听电路构成，所述血压压力采集与处理单元由血压计袖带1、气囊2、导气3管、压力传感器4、运算放大器5、A/D转换单元6、单片机7和对A/D转换电路进行校准的电路8构成，所述血压计袖带连接气囊和导气管，通过导气管连接压力传感器，压力传感器通过运算放大器、A/D转换单元和单片机连接，单片机连接对A/D转换电路进行校准的电路8，单片机连接显示驱动电路、语音芯片19和血压测量开关21，所述语音芯片连接血压值播放喇叭20；所述心跳音监听电路包括微音监听器9，所述微音监听器通过四芯线10连接一个固态功放11，所述固态功放连接心跳音扩声喇叭12，所述微音监听器安装于血压计袖带中。

所述显示驱动电路包括和单片机连接的LED显示器驱动电路16，LED显示器驱动电路连接即时显示血压收缩压数值的LED显示器17和即时显示血压舒张压数值的LED显示器18。

所述单片机连接复位和晶振电路，所述复位和晶振电路包括复位开关13、复位电路14和晶振电路15，所述晶振电路和单片机连接，晶振电路为单片机提供振荡频率。所述复位电路和单片机分别和复位开关连接。

所述单片机连接清零、校准开关及电源模块单元，所述清零、校准开关包括清零开关22和校准开关23，所述清零开关和校准开关分别和单片机连接，校准开关对A/D转换电路进行校准。电源模块单元包括充电电池24，所述充电电池分别连接给单片机供电的变压模块25和给除单片机以外部件供电的变压模块26，给单片机供电的变压模块通过电路总开关27和单片机连接。电路总开关起到控制整个系统电源开闭的作用。

本发明中，压力传感器为MPXM2053GS，接受血压计袖带的压力值；单片机采用AT89S51；语音芯片采用ISD1700芯片；运算放大器采用MAX7652；A/D转换电路采用AD7710芯片构建完成；对A/D转换电路进行校准的电路采用X25045构建完成，其为美国Xicor公司生产的具有可编程看门狗、电压监控、串行E²PROM功能的高性能集成电路芯片，在本发明中主要功能就是存储AD7710的校准参数及系统复位。

LED显示器驱动电路采用了MAX7219来驱动LED显示器。MAX7219为MAXIM公司出品的串行输入输出、共阴极、8位数字LED显示驱动器，只须一个外部电阻就可以为所有的LED段电流进行设置，简化了电路设计，提高了系统的可靠性。MAX7219采用串行接口方式，AT89S51与其连接只需要用3条I/O线(LOAD、DIN、CLK)便可实现数据传送，各个数字均可被寻址和更新，而不需要重写整个显示器。

清零开关为清除显示器数值之用；校准开关为校准AD7710之用。充电电池为9V充电电池，通过LM7805CV芯片变压模块，输出+5V直流电压，分别为单片机及除单片机以外的其它部件提供工作电压。

本发明采用了如图2所示的数据采集部分电路图。压力传感器产生的原始电压信号，经过微电流前置放大器放大后以电压的形式输出至

通过MAX7652运算放大电路把电压信号放大再输入到AD7710的第7脚，AD7710会自动进行模数转换。当每次转换结束时，

端就会变低，当单片机的P0.5端口被查询到变低时，程序就启动一次对AD7710的读数。每次读数时是采用串行方式，通过AD7710的AO、SDATA、SCLK端来依次读入24位。一共3个字节，然后单片机对这三个字节数据进行计算，然后送LED显示器驱动电路。

本发明采用了如图3所示的对AD7710进行校准的电路图。校准后需要把A/D校准参数进行保留，此参数就存放在E²PROM中。当每次开机时。程序会自动从X25045中读取校准参数写入AD7710的有关寄存器中，从而可以达到所要求的测量精度。X25045是美国Xicor公司生产的具有可编程看门狗、电压监控、串行E²PROM功能的高性能集成电路芯片，在本系统中该电路主要功能就是存储AD7710的校准参数及系统复位。

本发明采用了如图4所示的显示驱动电路图。数码显示部分采用了MAX7219来驱动LED数码管。MAX7219采用串行接口方式，DIN、LOAD、CLK三个管脚分别与AT89S51的第17、18、19脚相连，实现数据传送。AT89S51的P1.5口接MAX7219的串行数据输入端DIN，DIN管脚上的16位串行数据包不受LOAD状态的影响，在MAX7219每个CLK信号上升沿，串行数据从DIN端装入到MAX7219内部的16位移位寄存器中。然后，在LOAD的上升沿数据被锁存到数字或控制寄存器中。LOAD必须在第16个时钟下降沿之后和下一个时钟上升沿之前变高，否则数据将会丢失。DIN端的数据通过移位寄存器传送，并在16.5个时钟周期后出现在DOUT端，随CLK的下降沿输出。此时DOUT端数据有效，这样就可以把要显示的ASCII码送到显示器了。

本发明采用了如图5所示的语音播放电路图。图5只画出了控制信号REC、PLAY、ERASE、FWD、VOL、RESET、FT等。在实现进行录音时，将录音电路接上ISD1700芯片的10脚和11脚，通过麦克风(MIC)进行声音预先录制。当进行声音播放时，则将模拟信号通过第9脚，或者将数字信号通过20脚(SPI接口输入)。

本发明的工作过程为：

气囊对血压计袖带进行进出气操作，血压脉搏压力经过导气管进入压力传感器，经过运算放大器和A/D转换电路，进入单片机。同时，对A/D转换电路进行校准的电路保证了A/D转换电路的精度和准确性。血压计袖带里的微音监听器，通过四芯线和固态功放，直接推动心跳音扩声喇叭进行心跳音的监听。复位开关控制复位电路进行系统复位。晶振电路为单片机提供振荡频率。LED显示器驱动电路将血压数值分别送至显示血压收缩压数值的LED显示器和显示血压舒张压数值的LED显示器中。语音芯片将血压收缩压和舒张压数值，配合已经录制好的“收缩压”、“舒张压”声音样本，送至血压值播放喇叭。血压测量开关构建成触发中断，根据心跳音的显著变化，来进行血压收缩压和舒张压数值的采集，之后将数值送入显示血压收缩压数值的LED显示器和显示血压舒张压数值的LED显示器中，最终送至血压值播放喇叭进行语音播放。清零开关起到清除显示参数的作用。校准开关则对AD7710进行校准。9V充电电池通过给单片机供电的变压模块给单片机和复位电路等多个部件提供工作电压，9V充电电池通过给除单片机以外其它部件供电的变压模块，分别为压力传感器、运算放大器、A/D转换电路、对A/D转换电路进行校准的电路、微音传感器、固态功放、心跳音扩声喇叭、LED显示器驱动电路、显示血压收缩压读数的LED显示器、显示血压舒张压读数的LED显示器、语音芯片以及血压值播放喇叭等多个部件进行供电。电路总开关起到控制整个系统电源开闭的作用。

本发明的工作原理为：

测量人用气囊进气，同时注意聆听心跳音。当血压计袖带的压力值从高于收缩压向低于收缩压变化时，产生心跳音。此时，利用血压测量开关构建成的触发中断，根据心跳音的显著变化，将此时压力传感器得来并送入单片机的血压收缩压数值进行采集，同时送至显示血压收缩压读数的LED显示器进行显示。当血压计袖带的压力值从高于舒张压向低于舒张压变化时，心跳音消失。此时，利用血压测量开关构建成的触发中断，根据心跳音的显著变化，将此时压力传感器得来并送入单片机的血压舒张压数值进行采集，同时送至显示血压舒张压读数的LED显示器进行显示。

最后，单片机再将血压收缩压和舒张压数值送至语音模块，配合已经录制好的“收缩压”、“舒张压”声音样本，送至血压值播放喇叭进行播报。

至此，血压收缩压和舒张压测量完毕。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims

1.一种基于语音监听技术的新型自助式数字血压计，其特征在于：所述血压计由血压压力采集与处理单元和心跳音监听电路构成，所述血压压力采集与处理单元由血压计袖带、气囊、导气管、压力传感器和单片机构成，所述血压计袖带连接气囊和导气管，通过导气管连接压力传感器，压力传感器和单片机连接，单片机连接显示驱动电路、语音芯片和血压测量开关，所述语音芯片连接血压值播放喇叭；所述心跳音监听电路包括微音监听器，所述微音监听器连接一个固态功放，所述固态功放连接心跳音扩声喇叭，所述微音监听器安装于血压计袖带中。

2.如权利要求1所述的基于语音监听技术的新型自助式数字血压计，其特征在于：所述压力传感器通过运算放大器和A/D转换电路和单片机连接，单片机连接一个对A/D转换电路进行校准的电路。

3.如权利要求2所述的基于语音监听技术的新型自助式数字血压计，其特征在于：所述显示驱动电路包括和单片机连接的LED显示器驱动电路，LED显示器驱动电路连接即时显示血压收缩压数值的LED显示器和即时显示血压舒张压数值的LED显示器。

4.如权利要求3所述的基于语音监听技术的新型自助式数字血压计，其特征在于：所述单片机连接复位和晶振电路，所述复位和晶振电路包括复位开关、复位电路和晶振电路，所述晶振电路和单片机连接，所述复位电路和单片机分别和复位开关连接。

5.如权利要求4所述的基于语音监听技术的新型自助式数字血压计，其特征在于：所述单片机连接清零、校准开关及电源模块单元，所述清零、校准开关包括清零开关和校准开关，所述清零开关和校准开关分别和单片机连接，电源模块单元包括充电电池，所述充电电池分别连接给单片机供电的变压模块和给除单片机以外部件供电的变压模块，给单片机供电的变压模块通过电路总开关和单片机连接。

6.如权利要求5所述的基于语音监听技术的新型自助式数字血压计，其特征在于：压力传感器为MPXM2053GS压力传感器，接受血压计袖带的压力值；单片机采用AT89S51；语音芯片采用ISD1700芯片；运算放大器采用MAX7652；A/D转换电路采用AD7710芯片构建完成；对A/D转换电路进行校准的电路采用X25045构建完成；LED显示器驱动电路采用MAX7219来驱动LED显示器；充电电池为9V充电电池，给单片机供电的变压模块以及给除单片机以外其它部件供电的变压模块均为LM7805CV芯片。