CN205107656U - 一种高精度臂式电子血压计 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了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泵、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、高通滤波模块、放大器模块处理后，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，所述气泵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。本实用新型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。

Description

一种高精度臂式电子血压计

技术领域

本实用新型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。

背景技术

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。

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—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。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：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。

本实用新型采用的技术方案是这样的：

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泵、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，所述气泵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。

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。

作为优选，所述压力传感器采用MPXM2053GS型压力传感器。

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OPA333。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型结构简单，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。

2、本实用新型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

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的结构框图；

图2是本实用新型的2V电源电路原理图；

图3是本实用新型的10V电源电路原理图；

图4是本实用新型的5V电源电路原理图；

图5是本实用新型的3.3V电源电路原理图；

图6是本实用新型的负2V电源电路原理图；

图7是本实用新型的压力传感器和前级信号滤波放大电路原理图；

图8是本实用新型的后级低通滤波放大电路原理图；

图9是本实用新型的后级有源高通滤波电路原理图；

图10是本实用新型的后级有源低通滤波放大电路原理图；

图11是本实用新型的STM32F103RBT6最小系统原理图；

图12是本实用新型的信号采集板原理图(一)；

图13是本实用新型的信号采集板原理图(二)；

图14是本实用新型的信号采集板原理图(三)。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

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泵、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，所述气泵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。

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：气泵+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。

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10V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V1，则V1＝VREF(1+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10V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。

5V和3.3V电源电路采用普通线性稳压芯片AMS1117-5.0和片AMS1117-3.3。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。AMS1117-5.0输入电压为10V，AMS1117-3.3输入电压为5V。

负2V电源电路采用德州仪器公司60毫安充电泵电压反向器芯片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1uF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。

使用到了仪表放大器INA122和运算放大器OPA333。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。OPA333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100mV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)。OPA333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高的性能。

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10Hz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。

压力传感器采用的是飞思卡尔半导体公司MPXM2053GS型压力传感器。MPXM2053GS为硅材料压阻式压力传感器，该芯片提供一个高精度的线性差分输出电压，该电压与施加于其上的压力大小成正比关系，除此之外该芯片还具有激光微调精确跨度调节，失调校准和温度补偿等功能，是一款为无创血压测量量身打造的压力传感器芯片。其压力测量范围为0kPa到50kPa即0mmHg到375mmHg,其灵敏度为0.8mV/kPa。该芯片最大供电压为16V，在10V供电时具有最佳线性度。

图7中，一阶低通滤波器的上限截止频率为f＝1/4πR2(C7+C12/2)＝33Hz，放大倍数A＝(5+R1/200K)＝6，将差分血压信号变为单端信号。

血压信号经仪表放大器进行差分放大之后变为单端信号，由于此时交直流信号中夹杂的噪声仍然较多，而且信号幅值仍然非常小而不利于AD采集，故需要对其进一步进行滤波和放大。图8中，放大倍数为A＝-R12/R4//R＝-20,其低通滤波电路上限截止频率为f＝1/2πR12*C13＝4.83Hz。经过放大之后，此时得到的输出信号幅值较为适中，故此时将信号送入AD转换器通道1进行采集，AD转换后经过数据换算(压力传感器差分输出1mv电压变化对应9.375mmHg血压压力变化)可得到袖带内的实时静压力。

获得袖带内静压力只是第一步，更为重要的是要获得袖带放气过程中人体血压从被阻断到恢复血流的过程中血管的压力波形。图9中的输入信号中既有直流信号又有交流信号，故此时需加高通滤波器将直流信号滤除。该一阶高通滤波器截止频率为f＝1/2π*R6*C8＝0.78Hz。U2实际上为电压跟随器,目的是为了增大后级运放的输入阻抗，减小后级交流放大电路对前级放大电路的影响。

图10中，Vout1进来之后再次经过0.78Hz低通滤波器，进一步净化交流信号。Pulse_ADC输出的为纯模拟信号，实验过程中测得如果直接将其连接到AD转换器会对AD原来的信号产生很严重的干扰，因此需在其输出端加一个RC电路进行滤波，图中加了一个10k的电阻和104的电容进行滤波。

STM32系列处理器基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCortex-M3内核，为32位处理器。按性能分成两个不同的系列：STM32F103“增强型”系列和STM32F101“基本型”系列。增强型系列时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品；本实用新型中使用到的64脚STM32F103RBT6内部资源非常丰富，其时钟主频为72MHz，具有128K字节Flash,20K字节SRAM，2个自带12位精度具有16通道的AD转换器，3个通用定时器，1个高级定时器，3个UART口，2个SPI接口，2个I2C接口，1个USB接口和一个CAN无线控制局域网接口。其功能十分强大，性价比相当高。更为重要的是，STM32下载程序十分方便，他支持串口，SWD、JTAG多种程序下载方式，无需购买昂贵的编程器，即可轻松进行开发。

本实用新型将人体袖带裹在人的上臂，通过气泵、压力传感器来实现血压信号的采集，采集的信号通过检测控制装置进行数据处理分析、显示、储存，实现一键式血压测量。本实用新型在实际使用时，用户通过对按键的操作来控制气泵充气或者是停止充气，压力传感器采集到的信号被单片机读取，然后在程序的控制作用下，来处理血压信号，进行计算并通过TFTLCD来显示血压值。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.一种高精度臂式电子血压计，其特征在于，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泵、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，所述气泵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。

2.根据权利要求1所述的一种高精度臂式电子血压计，其特征在于，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。

3.根据权利要求1所述的一种高精度臂式电子血压计，其特征在于，所述压力传感器采用MPXM2053GS型压力传感器。

4.根据权利要求1所述的一种高精度臂式电子血压计，其特征在于，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OPA333。