基于超聲多普勒原理的血壓測量系統(tǒng)申屠蛟龍艾信友范兵兵曾研

孫佳琪

摘 要：文章設(shè)計了基于超聲多普勒原理的血壓測量的系統(tǒng)，使用氣袖控制給定頻率的外部壓力變化，通過FPGA接收各傳感器采集的數(shù)據(jù)并處理分析，通過LCD1602顯示舒張壓與收縮壓，從而實現(xiàn)超聲對血壓的測量。

關(guān)鍵詞：FPGA；VeriLog HDL；超聲多普勒；壓力傳感器

中圖分類號：TH789 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）14-0100-02

Abstract： In this paper， a blood pressure measurement system based on ultrasonic Doppler principle is designed. The external pressure change of given frequency is controlled by air sleeve. The data collected by various sensors are received and analyzed by FPGA. Diastolic and systolic blood pressure is displayed by LCD1602， in order to realize ultrasound blood pressure measurement.

Keywords： FPGA； VeriLog HDL； ultrasonic Doppler； pressure sensor

引言

隨著社會經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，人們的生活方式比起以前有了重大的改變，加上人口日益增多并且日趨高齡化，隨之而起的健康養(yǎng)生意識逐漸受到大家重視，人們對醫(yī)療的追求越來越高，更加追求便捷化，家庭化的醫(yī)療設(shè)備。有助于人們了解更多關(guān)于自身健康方面的狀況。

1 系統(tǒng)概述

本設(shè)計把FPGA作為處理芯片，壓力傳感器和超聲多普勒傳感器為數(shù)據(jù)的采集端，LCD1602為顯示端。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2 硬件設(shè)計

本設(shè)計的硬件主要包括FPGA處理模塊、氣袖壓力控制模塊、壓力傳感器模塊、超聲多普勒傳感模塊。

2.1 FPGA核心處理模塊

本設(shè)計的處理核心應(yīng)用了Altera公司Cyclone IV系列的EP4CE10E22CBN作為數(shù)據(jù)處理和傳感器控制的核心系統(tǒng)板同時接收傳感器采集的數(shù)據(jù)信號處理并控制顯示。

2.2 氣袖壓力控制模塊

該系統(tǒng)采用了普通的橡膠球手壓式控制的氣袖控外部壓力。

2.3 壓力傳感器模塊

2.3.1 傳感器探頭RFP602

RFP壓力傳感器可以對本設(shè)計中氣袖對手臂的壓力進行靜態(tài)量和動態(tài)量的測量，薄膜壓力傳感器將施加在傳感器感應(yīng)區(qū)域的壓力轉(zhuǎn)換成電阻信號，然后根據(jù)力-電阻的標(biāo)定關(guān)系曲線獲得外界所施壓力的變化信息，壓力越大，傳感器輸出電阻越小。

2.3.2 薄膜壓力傳感器

原理圖如圖2所示，將RFP602的壓力轉(zhuǎn)換為電壓信號。

2.4 超聲多普勒傳感模塊

該系統(tǒng)采用了麥邦原裝的監(jiān)護儀配件M1720胎兒監(jiān)護的超聲多普勒探頭作為超聲信號采集裝置。

3 軟件設(shè)計

軟件設(shè)計部分主要由基于FPGA的Verilog hdl語言編程，包括信號的數(shù)字濾波部分，聲頻信號和壓力信號融合處理部分以及LCD1602顯示部分。

3.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計

初始化超聲傳感器與壓力傳感器采集聲頻信號和壓力信號，信號進行融合處理，初始化LCD1602顯示驅(qū)動程序，將結(jié)果通過LCD1602顯示系統(tǒng)主程序流程如圖3所示。

3.2 Verilog hdl部分程序設(shè)計

部分驅(qū)動程序如下：

assign lcd_rw = 0；

always @（posedge clk or negedge rst_n）begin

if（rst_n==1'b0）begin

lcd_rs <= 0 ；

end

else if（write_flag == 1）begin

if（（n_state==SET_FUNCTION）||（n_state==DISP_OFF）|| （n_state==DISP_CLEAR）||（n_state==ENTRY_MODE）||

（n_state==DISP_ON ） ||（n_state==ROW1_ADDR）||

（n_state==ROW2_ADDR））

begin lcd_rs<=0 ；end

else begin lcd_rs<= 1； end

end

else begin

lcd_rs<=lcd_rs；

end

end

3.3 信號分析處理

用一個傳感器進行測數(shù)據(jù)可能會影響結(jié)果的準確度，為使減小誤差我們設(shè)計使用的方法是增加測量的次數(shù)以求平均值。

信號數(shù)據(jù)處理原理如圖4所示，我們通過檢測開放和閉合兩個信號峰值進行與外部氣袖壓力比對，并通過已經(jīng)記錄好的氣袖壓力（以毫米汞柱為單位）對應(yīng)壓力傳感器采集的壓力值進行數(shù)據(jù)處理。

4 結(jié)束語

該系統(tǒng)的控制核心FPGA，超聲采集傳感器和壓力傳感器采集的信號通過的A/D轉(zhuǎn)換部分采用了ADC0809。數(shù)據(jù)處理采用了多次采集取平均值的方法，最后通過LCD1602顯示舒張壓和收縮壓值。該系統(tǒng)測量方式少有且較為精確，其應(yīng)用價值良好。

參考文獻：

[1]蔡覺平.Verilog HDL數(shù)字集成電路設(shè)計原理與應(yīng)用（第二版）[M].西安電子科技大學(xué)出版社，2016.

[2]馮冬青，徐海.智能血壓測量分析系統(tǒng)[J].微計算信息，2008（3）：111-112+123.

[3]余學(xué)飛.醫(yī)學(xué)電子設(shè)備原理與設(shè)計[M].華南理工大學(xué)出版社，2006.