單片機(jī)醫(yī)用參數(shù)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)研究

李鐵山羅德松彭秀生王乃民杜銀昌

（1.海洋石油工程股份有限公司，天津塘沽300451；2.北京華商電力管道有限公司，北京朝陽(yáng)100027）

1.引言

體溫、血壓是人體重要的生命活動(dòng)現(xiàn)象。當(dāng)人體處于失健康狀態(tài)時(shí)，體溫、血壓可以顯示出不同程度的變化；而體溫、血壓的變化又會(huì)對(duì)正常生命活動(dòng)帶來(lái)一定的影響。嚴(yán)重時(shí)危及生命，所以人們習(xí)慣將體溫、呼吸、血壓稱(chēng)之為生命體征。準(zhǔn)確掌握生命體征的測(cè)量，對(duì)確立護(hù)理診斷、明確護(hù)理目標(biāo)、為病人提供優(yōu)質(zhì)的護(hù)理服務(wù)，均具有十分重要的意義[1]。

在設(shè)計(jì)中，對(duì)人體體溫采用分布式測(cè)溫，利用數(shù)據(jù)融合技術(shù)，從而使體溫測(cè)量更加準(zhǔn)確。本設(shè)計(jì)的理論依據(jù)是數(shù)據(jù)融合技術(shù)理論和概念。所為數(shù)據(jù)融合，就是指一個(gè)設(shè)計(jì)對(duì)來(lái)自各種信息源的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行檢測(cè)、聯(lián)合、相關(guān)、評(píng)價(jià)及合并的多級(jí)、多方面處理過(guò)程，最終獲得提煉后的狀態(tài)和目標(biāo)評(píng)估。設(shè)計(jì)中，在測(cè)量體溫、血壓值、心律值之后還有語(yǔ)音報(bào)讀功能[2]。

2.芯片選型

美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司的DS18B20是可編程一線(xiàn)數(shù)字溫度傳感器芯片，它僅用一線(xiàn)就可完成與單片微控制器的硬件接口，具有使用簡(jiǎn)單方便、分辯率高的優(yōu)點(diǎn)。用DS18B20數(shù)字溫度傳感器來(lái)做分布式溫度測(cè)量,體溫檢測(cè)的范圍不寬，但精度要求高且線(xiàn)性要好。

AT89C51是一個(gè)低電壓、高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，內(nèi)置功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89C51提供了高性?xún)r(jià)比的解決方案。Motorola公司的MPX系列硅壓力傳感器利用單片硅壓敏電阻器產(chǎn)生隨壓力變化而變化的輸出電壓，該電阻器用離子注入工序制作在硅膜上，電阻器本身就是一個(gè)應(yīng)變計(jì)。施加在硅膜上的壓力使應(yīng)變計(jì)的阻值發(fā)生變化，從而使輸出電壓隨所加壓力產(chǎn)生成正比的變化。應(yīng)變計(jì)制作在硅膜上，因而二者間不存在熱膨脹系數(shù)的差異而引起溫度效應(yīng)，但應(yīng)變計(jì)本身的輸出與溫度有關(guān)。因此，如果在較寬的溫度范圍內(nèi)使用，就需進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

ADC0808是CMOS集成工藝制成的逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換芯片。分辨率10位,轉(zhuǎn)換時(shí)間100μS,輸入模擬電壓范圍0至6.5V,片內(nèi)含8通道多路開(kāi)關(guān),鎖存邏輯控制調(diào)制器,具有三態(tài)輸出鎖存緩沖器,能與微機(jī)兼容。

3.血壓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件電路

4.血壓的測(cè)量系統(tǒng)工作原理

4.1 充放氣過(guò)程

在預(yù)知被測(cè)對(duì)象血壓范圍的前提下，一次性給氣袖加壓到適當(dāng)值。系統(tǒng)放氣完全依賴(lài)氣袖自身內(nèi)部的氣壓、通過(guò)泄氣閥釋放。為保證系統(tǒng)能勻速放氣，系統(tǒng)采用了多閥分段放氣方法，使放氣速度調(diào)整在每秒2mmHg(1mmHg＝133Pa)左右，以保證測(cè)量精度。

4.2 模擬部分工作原理

氣袖中的壓力及脈搏信號(hào)通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào),其中包括反映氣袖壓力的直流分量及反應(yīng)脈搏強(qiáng)弱的交流分量。前置放大器將傳感器輸出的微弱信號(hào)放大到適當(dāng)值，并將直流、交流分量分離。直流分量直接送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器，交流分量經(jīng)自動(dòng)增益控制、多路交流放大電路后再送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

4.3 中央處理單元

中央處理單元是本系統(tǒng)的核心部分，系統(tǒng)的所有控制、檢測(cè)及測(cè)量運(yùn)算都由中央處理單元完成。中央處理單元除了對(duì)充放氣過(guò)程、自動(dòng)增益調(diào)節(jié)、模數(shù)轉(zhuǎn)換通道選擇的控制及與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換之外，另一項(xiàng)工作就是對(duì)信號(hào)的數(shù)字濾波和測(cè)量計(jì)算。

5.單片機(jī)醫(yī)用參數(shù)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

體溫檢測(cè)的范圍不寬，但精度要求高且線(xiàn)性要好，工作可靠性高且抗干擾能力強(qiáng)。床墊上均勻分布64個(gè)數(shù)字溫度傳感器。工作時(shí)，按下按鈕，AT98C51發(fā)出取指令信號(hào)，數(shù)字溫度傳感器直接取數(shù)字信號(hào)進(jìn)入AT98C51，取完信號(hào)AT98C51發(fā)出取指令結(jié)束信號(hào)，記錄這個(gè)信號(hào)。然后AT98C51繼續(xù)發(fā)出取指令信號(hào)，取第二個(gè)信號(hào)。直至取完所有溫度傳感器上的信號(hào)數(shù)據(jù)，然后將所有信號(hào)數(shù)據(jù)融合，去掉35℃-42℃以外的溫度值，再求平均值作為輸出（體溫顯示），體溫超過(guò)設(shè)定值時(shí)（不同人的正常體溫有區(qū)別，一般是超過(guò)37℃時(shí)），蜂鳴器做報(bào)警。

在血壓測(cè)量中，工作時(shí)，按下按鈕，AT98C51發(fā)出取指令信號(hào)，壓阻傳感器采集到的收縮壓數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)放大電路放大，進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器ADC0808,轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號(hào)進(jìn)入AT98C51，取完信號(hào)AT98C51發(fā)出取指令結(jié)束信號(hào)，記錄這個(gè)信號(hào)，然后將信號(hào)作為輸出（血壓收縮壓顯示）。然后AT98C51繼續(xù)發(fā)出取指令信號(hào)，取舒張壓信號(hào)。取完血壓傳感器上的信號(hào)數(shù)據(jù)，然后將信號(hào)作為輸出（血壓舒張壓顯示），血壓超過(guò)設(shè)定值時(shí)（不同人的正常血壓有區(qū)別，一般是收縮壓超過(guò)140mmHg,或舒張壓低于80mmHg時(shí)），蜂鳴器做報(bào)警。

[1]肖貴遐,劉國(guó)慶.一種新的分段生物電阻抗評(píng)估人體成分方法的實(shí)現(xiàn)：人體參數(shù)相關(guān)性分析[J].生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志，2001,(4).

[2]許懷湘.采用示波原理間接測(cè)量血壓方法的進(jìn)展[J].航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程，2000,(3).