基于SPCE061A的血壓模擬發生器的設計

l 系統結構和設計方案
系統主要包括凌陽16位單片機SPCE061A，傳感器輸入模塊，電磁閥驅動模塊，語音播放模塊，液晶顯示模塊，鍵盤控制等幾個部分。本系統采用凌陽16位單片機SPCE061A作為主控制芯片，該芯片CPU時鐘O．32～9．152 MHz(2．6～3．6 V)；內置2 KB SRAM和32 KB FLASH；32位可編程的多功能I／O端口；兩個16位定時器／計數器；可編程音頻處理；系統備用狀態下(時鐘處于停止狀態)耗電僅為2μA；7通道10位電壓模／數轉換器；雙通道10位DAC方式的音頻輸入功能，只需要外接功放(SPY0030A)即可完成語音的播放，方便實現系統的語音功能；14個中斷源可來自定時器A／B時基，2個外部時鐘源輸入；具備觸鍵喚醒的功能。另外該單片機具有自己的集成開發環境，支持標準的C語言。可以實現C語言與匯編語言的相互調用，并提供了語音播放的庫函數，這樣很容易就完成語音的播放，為軟件開發提供了方便的條件。血壓模擬發生器總體系統設計方案如圖1所示。

2 系統硬件部分
該部分主要分為SPCE061A系統部分，電源管理模塊，電磁閥驅動，氣體壓力傳感器，語音輸出，液晶顯示，鍵盤設置。系統在單片機的控制下，由氣體壓力傳感器對壓力采集，并進行A／D轉換后交給MCU，將測量結果與預設值進行比較，播放脈搏跳動聲音。同時電磁閥開始工作。系統硬件連接圖如圖2所示。

2．1 電源管理模塊
電源管理是任何電子產品都無法回避的問題，也是系統的核心部分，隨著能源成本的提升，降低功耗成為電子產品的競爭優勢之一。以移動性取勝的便攜式產品中以電池供電為主，降低能耗成為便攜式產品中電源管理急需解決的問題。系統電源部分采用MAX1705升降壓芯片和BQ2057充電管理芯片，MAX1705具有低功耗，高效、低噪聲的特點，輸出電壓在2．5～5．5 V范圍內。最大輸出電流850 mA，完全可以滿足大部分便攜式儀器的需要。同時還采用了美國TI公司生產的先進鋰電池充電管理芯片BQ2057，它適合單節或雙節鋰離子電池的充電需要，BQ2057可以動態補償鋰電池組的內阻以減少充電時間，帶有可選的電池溫度監測，利用電池組溫度傳感器連續檢測電池溫度，當電池溫度超出設定范圍時BQ2057關閉對電池充電。內部集成的恒壓恒流器帶有高／低邊電流感測和可編程充電電流，充電狀態識別可由輸出的LED指示燈或與主控器接口實現，具有自動重新充電、最小電流終止充電、低功耗睡眠等特性。利用該芯片設計的充電器外圍電路極其簡單，非常適合便攜式電子產品的緊湊設計需要。
2．2 氣體壓力傳感器
該模塊采用摩托羅拉公司的MPX5100系列氣體壓力傳感器，可以承受0～100 kPa的壓強，輸出電壓在O．5～4．5 V的范圍內，可以滿足凌陽單片機I／O的電壓輸入范圍，通過凌陽單片機的A／D轉換采集氣體壓力傳感器電壓的變化，由于血壓計壓力表的量程范圍是0～300 mmHg，根據760 mmHg=101.3 kPa，得到300 mmHg=39.9868 kPa，并且壓力傳感器的輸入與輸出為線性關系，根據多次測量得到公式：
ADValue=K1Value*mmHgValue+offset*K2Value
其中：ADValue為電壓經過AD轉換后的數字量；mmHgValue為壓力表上的刻度值；K1Value=1．8；K2Value=329.17；offset=0.2，offset為校準系數，通過調整offset可以使誤差控制在2 mmHg。
2．3 電磁閥驅動電路
該部分主要是模擬人體脈搏跳動，為了更好地模擬血壓測量環境，帶來更加逼真的效果，采用的電磁閥靈敏度高、噪音小，其吸合電流為100 mA，釋放電流為12 mA，工作電壓為5 V，當系統初始化以后電磁閥便開始根據設定的心率值工作。通過MCU控制其跳動頻率，為了增大驅動電流采用達林頓管，其放大倍數是兩個三極管放大倍數的乘積，達到小的基極電流控制大的集電極電流的目的，驅動電磁閥工作，如圖3所示。