醫療級別血壓計設計方案

方案概述

電子血壓計具有無創性/操作簡單/使用方便等特點，得到了廣泛的應用。血壓計，可以快捷的獲得患者的血壓，脈搏等體征參數，方便患者。

血壓計方案的核心芯片是SILICON LABS的SOC芯片C8051F930。

方案設計集成了一個高速的51內核，8路10 位A/D,3個8/16定時器，4K RAM ，64K FLASH。可以單節或雙節供電，有SLEEP,IDLE等工作模式，最低電流消耗1uA，。可以非常好的滿足醫療產品體積小，功耗低，RAM相對較大，運算快的要求。

系統架構框圖

測量原理：

血壓計方案血壓測量采用顯波法， 示波法又稱為壓力振蕩法。

其工作過程是先將袖帶充氣以阻斷動脈血流，然后在放氣過程中檢測袖帶內的氣體壓力并提取微弱的脈搏波。如下圖所示，當袖帶壓力P遠高于收縮壓時，脈搏波消失，隨著袖帶壓力下降，脈搏開始出現。當袖帶壓力從高于收縮壓降到收縮壓Ps以下時，脈搏波會突然增大，在平均壓Pm時幅值達到最大。然后脈搏波又隨袖帶壓力下降而衰減。示波法血壓測量就是根據脈搏波幅度與袖帶壓力之間的關系來估計血壓的。脈搏波最大值對應的是平均壓Pm，收縮壓Ps和舒張壓Pd分別由對應脈搏波最大幅值的比例來確定。

測量血壓時，隨著袖帶壓力的下降血管由阻斷變導通，這一過程會在袖帶中產生一系列的小脈沖。將小脈沖拾取出來，將其峰值連成曲線，得出包絡線，。利用示波法判定收縮壓和舒張壓的具體方法很多，主要可以歸納為兩種：波形特征法和幅度系數法。波形特征法基本原理是利用脈搏波包絡線的拐點測量血壓，上升時拐點對應的靜壓力為收縮壓，下降時拐點對應的靜壓力為舒張壓。這種方法測量的個體適應性較差，測量精度不穩定，已逐漸被幅度系數法所替代。

幅度系數法又稱“歸一法”。它是將脈搏波振動信號的幅值與信號的最大幅值相比進行歸一化處理，通過確定收縮壓和舒張壓的歸一化系數來識別收縮壓與舒張壓，如圖3所示。其中，As為收縮壓對應的脈搏波幅度，Am為平均壓所對應的脈搏波的幅度，Ad為舒張壓對應的脈搏波幅度，As/Am為收縮壓Ps的歸一化值，Ad/Am為舒張壓Pd的歸一化值，Pc為袖帶壓力，橫坐標代表放氣過程中袖帶內壓力的不斷減小。As/Am=C1，Ad/Am=C2，分別對應收縮壓和舒張壓的位置。根據測得的脈搏波幅值和對應的靜壓力，就可以得出收縮壓Ps、舒張壓Pd和平均壓Pm。一般收縮壓的幅度系數為0.46～0.64，舒張壓的幅度系數為0.43～0.73。

血壓/脈搏判斷方法：

收縮壓判據的確定：在充氣過程中脈搏波幅度包絡線的上升段，當某一個脈搏波的幅度Ui與最大幅度Um之比Ui/Um=Ks時，就認為此時對應的氣袖壓力為收縮壓。即Ps=POUi=Ks·Um。舒張壓判據的確定：在脈搏波幅度包絡線的下降段，當某一個脈搏波的幅度Ui與最大幅度Um之比Ui/Um=Kd時，就認為此時對應的氣袖壓力為舒張壓。即Pd=POUi=Kd·Um。心率指心臟每分鐘搏動的次數。由于心臟與脈搏搏動一致，所以在測量血壓的同時可以測得心率。測定心率的關鍵是判斷脈搏波的峰值，然后根據一定時間內有多少個脈搏波計算出心率。

硬件電路：

氣動部分：

氣動電路由袖帶、氣泵、壓力傳感器和放氣閥構成。壓力傳感器輸出的兩路信號分別經過濾波，放大后與主控制器兩路A/D相接，完成靜壓信號和脈搏信號的測量;氣泵和放氣閥由主控制器經驅動芯片直接控制，完成測量時候的充放氣。

壓力傳感部分：

人體生理信號的特點是低頻小信號，一般是μV～mV級的，頻率范圍是0～300 Hz，信噪比低，因此選擇一個性能良好的傳感器就非常重要，本方案選擇US9111傳感器配合兩路精心設計的濾波放大電路獲得較高質量的信號。

濾波放大部分：

從壓力傳感器出來的信號是脈搏信號和靜壓信號的混合信號，還夾雜著來自外界的高頻干擾和直流或低頻分量。靜壓信號屬低頻信號，頻率小于或等于0.04 Hz，脈搏信號頻率一般約為1 Hz。將混合信號分為兩部分，一路經過一個低通濾波電路后連接A/D轉換器進行模/數轉換，得到靜壓信號數據;另一路通過另一路濾波放大電路后進行模/數轉換，得到放大的脈搏信號數據。具體電路如圖

此電路不僅可以提取出所需的脈搏信號，還對微弱的脈搏信號進行了放大。脈搏信號的強度因人而異，但一般范圍為1～3 mmHg。

性能優勢

●方案采用低功耗設計, 用2節 AAA 電池供電,供電電壓/DC 3V

●電流消耗：

氣泵充氣狀態： 32mA

放氣放氣測量狀態： 21mA

休眠狀態： 20uA

●使用微電子氣泵控制系統全自動加壓/泄壓，自動完成血壓/脈博測量，及測量結果的顯示。