智能血壓計系統的實現

劉士峰 徐燦銘 招明瑞 謝旭

摘 要：傳統血壓計為水銀血壓計，因其操作難度大，且需要專業人員，故不適合用于實時測量。提高電子血壓測量準確度的關鍵是血壓的判別方法，所以使用新的算法，并利用嵌入式制作出的血壓計測量系統，不僅會對臨床醫學中血壓的測量產生深遠的影響，也將會為愛好健康的人們送去實時的血壓信息，這對于人類來說無疑是一個非常好的消息。

關鍵詞：嵌入式 血壓測量 收縮壓 舒張壓

中圖分類號：TH77 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）04（c）-0007-03

血壓通俗的說就是血液對血管壁的壓力，而血管又分為靜脈血管、動脈血管和毛細血管，于是，血壓就有靜脈血壓、動脈血壓（以下如無特別指出，則指動脈血壓）和毛細血管血壓3種，這些壓力便是血液循環的動力。靜脈血壓與毛細血管血壓很少用，人們去醫院所測量的血壓一般值得是指動脈血壓。

嵌入式實際上就是一種小型的計算機系統，這種系統通常只是單純地完成一種或幾種功能，但是針對性很強，效率也很高。生活中已經有很多地方都在應用嵌入式技術，例如：微波爐、電子鎖、錄像機、游戲機、手機等，再說廣一點，現在就連家里的冰箱洗衣機等都可以使用嵌入式系統，但是嵌入式系統的使用還不普遍，主要原因是成本較高。

隨著社會的發展人們生活水平的提高，老齡化加重，老人越來越多，隨之人們對本身身的健康越來越關注，尤其是老年人。高血壓是世界最常見的心血管疾病的病源，風險非常大。據相關資料顯示，我國每年高血壓患者增加300萬以上，因此而死亡的人更是不計其數。高血壓是一種慢性病，長期的影響心腦血管的健康，所以，因心臟病、腎衰竭、心力衰竭的人很多都有高血壓。所以從目前高血壓帶來的風險來看，高血壓病無疑已成為了人類的頭號隱形殺手病。

為了讓每個愛好健康的人都能方便快捷地使用血壓計，我們設計了一種操作便捷，測量精確的自動測量血壓的裝置，用來幫助人們及早發現高血壓并去治療。利用嵌入式技術，人們可以隨時隨地了解到自己的血壓狀況，從而減少因高血壓而死亡的人。

1 血壓儀市場分析

目前國內市場上的血壓儀存在著明顯的缺點，如體積大，質量重，需要專業的人員來操作。而這些缺點就限制了人們對血壓計的使用，使人們不能及時地了解到自己的血壓情況，從而增大了人們患病卻得不到及時治療的風險。而國外的電子血壓計基本已經普及，所以國內提出了“無汞時代”。但是因為這種嵌入式設備的成本較高，所以市場的占用率較低。

國外的血壓計品牌主要有歐姆龍、松下、艾蒂安等等，國內的品牌主要有魚躍、九安、可孚等。這些品牌中，歐姆龍無疑是質量最好，測量最準確的，所以它的市場占有率最高，但是它的價格太高，只適用于高端消費人群。其次較好的就是日本的松下和國內的魚躍血壓計，適用于中端消費人群，但是缺點就是測量不夠準確，質量不夠好。所以針對于低端和中端消費人群來說，測量較為準確，價格合理的電子血壓計有很大的市場空間。

然而目前不論是國內還是國外，都缺少那種測量準確，成本較低的血壓測量儀。為了使人們能夠及時了解到自己的血壓情況，我們團隊利用嵌入式技術設計了一種方便攜帶，操作簡易，成本較低的電子血壓計測量產品。

2 智能血壓計的測量系統結構分析

智能血壓計測量分析系統結構圖如圖1所示。

該血壓測量系統的測量單元是傳感器，顯示單元為液晶顯示模塊，控制核心是單片機AT89C51微處理器，這些構成了整個血壓計。

3 智能血壓計測量分析原理

血壓計在整個過程中會測量兩種血壓：一種是舒張壓，一種是收縮壓。舒張壓是指動脈血管回縮時產生的壓力，此時壓力最低，又稱“低壓”；收縮壓是指心臟收縮的中期動脈血管產生的壓力，此時壓力最高，又稱“高壓”。這里我們將采用示波法進行測量，具體過程如下：

（1）袖帶套在手臂上。

（2）袖帶自動充氣至最大值，一般比高壓高出了30～50 mmHg，這里將采用180mmHg。

（3）當壓力達到最大值時，袖帶停止充氣，與此同時開始放氣，放氣速率為4mmHg/s。當氣壓降到與血壓相同時，血液就能夠通過血管，同時產生袖帶聲和震蕩波（此時壓力最大，為收縮壓）。此時壓力傳感器就可以通過震蕩波來檢測袖帶所差生的壓力，再通過A/D轉換裝置成數字信號，最后通過單片機的運算在顯示單元上顯示，直到壓力降到最低（此時壓力最小，為舒張壓）。

袖帶產生的振蕩波的變化就是血壓的變化，根據它的振幅包絡線就可以找出血壓的變化。振幅包絡線的第一個拐點就是收縮壓，第二個拐點就是舒張壓，并且第一個拐點與第二個拐點之間呈線性變化。

4 系統實現

主流程圖如圖3所示。

（1）主程序依此調用了5個單元。

（2）處理單元：在單片機的控制下，袖帶實現自動的充氣和放氣。

（3）測量單元：主要功能是對袖帶壓力的采集（即為血管壓力）。因為壓力傳感器的AD為10位，所以精確度最高可達1/210。采集后的數據經處理后，經計算可獲得舒張壓、收縮壓和心率。

信號處理單元：主要功能對采集來的壓力信號的處理和對脈搏波的判斷和檢測。大致分為兩個步驟。

第一步，將A/D采集的脈搏波信號通過高頻去除過濾，去除短期的不確定波動，保留長期的穩定波動，盡量的降低外界干擾，減小誤差。

第二步，分析信號，獲得波形的峰值和每一個脈搏的時間，以此得出平均壓、舒張壓和收縮壓。

（4）液晶顯示單元：主要顯示3種信息：測量過程中的壓力值、漏氣速率和步驟三分析出的信息（舒張壓、收縮壓和心率）。血壓初始值的設置主要包括起始加壓值、最高血壓值和每次遞增的值。這里放氣速率的設置值為4mmHg/s。

（5）電源處理單元：主要是為整個血壓計系統提供安全穩定的電壓。當按開/關鍵，電源模塊輸出穩定的電壓供充氣泵和其他單元用，這時，血壓計處于“開機”狀態；當再次按開/關鍵，電壓關閉，血壓計處于“關機”狀態。

5 結語

目前常用的血壓計測量系統大多數都存在以下缺點：第一，就是線路上傳送的是模擬信號，易受干擾和損耗從而造成測量結果不準確；第二，體積大，質量重，攜帶不方便，使用時還必須有專業的人員操作，為了克服這些缺點，一種數字化的嵌入式技術的系統應運而生，雖然還不太成熟，但已經具有了雛形。這種測量裝置不僅可以用于醫學方面，也可以普及到每一個人，為人民服務。這次設計，使我們團隊能夠把大學3年中所學的理論知識得以實踐應用，總結出了很多實踐設計中的技術經驗，提高了個人的實踐能力與學習能力，了解到要編好一個程序首先要有豐富程序積累并多去動手做實驗、調試。于此同時還了解到更多的新技術以及更多的電子產品的發展趨勢。

參考文獻

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