專利名稱：一種血壓測(cè)量電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了一種血壓測(cè)量電路，特別是提供了一種不需要ADC轉(zhuǎn)換，而實(shí)現(xiàn)的 高精度血壓測(cè)量電路。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的血壓測(cè)量方法直接對(duì)壓力傳感器的信號(hào)進(jìn)行采樣，由于信號(hào)含有多次諧波 干擾信號(hào)以及電源信號(hào)等，導(dǎo)致有用信號(hào)被噪聲所淹沒。僅靠ADC轉(zhuǎn)換器對(duì)電壓值信號(hào)的 采樣所獲得的信號(hào)值并不是原始的壓電信號(hào)的大小，而是疊加噪聲之后的電壓信號(hào)值。由于ADC轉(zhuǎn)換器的采樣誤差大，精度低，以及由離散化帶來的各次的諧波的干擾， 加大了濾波和系統(tǒng)處理的難度，且數(shù)字信號(hào)精度受制于ADC轉(zhuǎn)換器的精度。因此，由ADC引 入的誤差導(dǎo)致對(duì)脈搏信號(hào)的判斷不夠準(zhǔn)確，從而影響對(duì)高壓低壓的判斷，引起誤診斷。而且，由于ADC的采樣效果較差，必須采用軟件濾波才能達(dá)到較好的濾波效果，但 是軟件濾波需要較長(zhǎng)的時(shí)間和較多的硬件資源以及復(fù)雜的算法，從而降低了系統(tǒng)的實(shí)時(shí) 性，增加了設(shè)計(jì)難度，若要解決此類問題，則需要增加成本采用處理能力更高的信號(hào)處理器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種血壓測(cè)量電路。采用 本發(fā)明可以不需要ADC轉(zhuǎn)換便可將脈搏電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，不僅避免了由于ADC轉(zhuǎn)換 引入的誤差，而且大大提高了輸出信號(hào)的精度。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是—種血壓測(cè)量電路包括差分放大電路、比較電路、鋸齒波發(fā)生電路、信號(hào)調(diào)理電 路、混頻電路和單片機(jī)，差分放大電路根據(jù)輸入的脈搏電信號(hào)產(chǎn)生差分信號(hào)，并將差分信號(hào)輸出到比較電 路；一級(jí)鋸齒載波發(fā)生電路在單片機(jī)的控制下產(chǎn)生頻率與幅度可控制的鋸齒波信號(hào)，并將 鋸齒波信號(hào)輸出到比較電路；比較電路利用輸入的鋸齒波信號(hào)對(duì)差分信號(hào)進(jìn)行采樣從而產(chǎn) 生占空比信號(hào)，并將占空比信號(hào)輸出到信號(hào)調(diào)理電路；信號(hào)調(diào)理電路對(duì)輸入的空比信號(hào)進(jìn) 行整形后輸出到混頻電路；混頻電路利用單片機(jī)產(chǎn)生的高頻載波信號(hào)對(duì)占空比信號(hào)進(jìn)行混 頻，并將混頻信號(hào)輸出到單片機(jī)；單片機(jī)根據(jù)輸入的混頻信號(hào)解釋成血壓值后顯示。所述的鋸齒波發(fā)生電路可產(chǎn)生頻率50Hz、波峰為1. 4V、波谷為200mV的鋸齒波信 號(hào)。所述的信號(hào)調(diào)理電路將比較電路輸出的信號(hào)分為兩路同時(shí)輸入，將兩路輸入信號(hào) 進(jìn)行與非操作進(jìn)行整形后輸出。所述的高頻載波信號(hào)為250kHz的占空比50%的方波信號(hào)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明先后使用鋸齒波信號(hào)與高頻載波信號(hào)對(duì)輸入的脈搏電信號(hào)進(jìn)行采樣，與ADC轉(zhuǎn)換相比，大大提高了采樣精度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)原始信號(hào)的還原。(2)本發(fā)明利用單片機(jī)控制鋸齒波信號(hào)與高頻載波信號(hào)的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)脈搏電 信號(hào)處理的控制，擴(kuò)展了本發(fā)明的可用性。(3)采用本發(fā)明所獲得的輸出信號(hào)，具有與原始信號(hào)十分相似的包絡(luò)分布，便于單 片機(jī)直接進(jìn)行處理分析，省去了進(jìn)一步濾波的處理，節(jié)省了單片機(jī)運(yùn)算的軟硬件資源。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖2為脈搏電信號(hào)波形圖3為鋸齒波信號(hào)波形圖4為高頻載波信號(hào)波形圖5為壓電傳感器電路圖6為實(shí)施例電路圖7為鋸齒波發(fā)生電路圖8為74HC00芯片管腳連接圖9為實(shí)施例輸出信號(hào)波形圖10為現(xiàn)有產(chǎn)品輸出信號(hào)波形圖
具體實(shí)施例方式如圖1所示，為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。包括壓電轉(zhuǎn)換器、差分放大電路、比較電路、鋸 齒波發(fā)生電路、信號(hào)調(diào)理電路、混頻電路和單片機(jī)。各電路器件間的連接關(guān)系如圖中所示。傳統(tǒng)的電子血壓計(jì)工作原理是將人的脈搏跳動(dòng)信號(hào)疊加到逐漸放氣過程中的袖 帶氣壓信號(hào)，通過電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)袖帶的收縮，使袖帶壓力增大致阻斷血液流經(jīng)上臂。在 逐漸減小袖帶壓力，在此過程中血流恢復(fù)，其中的脈搏信號(hào)逐漸增大，形成的波形如圖2所
7J\ ο本發(fā)明基于已獲取的脈搏曲線，利用鋸齒波發(fā)生電路產(chǎn)生的鋸齒波信號(hào)對(duì)差分放 大器輸出的差分信號(hào)進(jìn)行比較采樣，從而獲得占空比與壓力成比的占空比信號(hào)如圖3。單片 機(jī)再產(chǎn)生高頻載波信號(hào)對(duì)占空比信號(hào)進(jìn)行混頻，從而可獲得如圖4所示的混頻信號(hào)。最后，由單片機(jī)使能內(nèi)部數(shù)字比較器對(duì)混頻信號(hào)中的高頻脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，通過換 算得到脈搏波峰峰值，進(jìn)而按照血壓計(jì)示波法計(jì)算收縮壓、舒張壓和心率。通過對(duì)脈搏曲線的處理，可簡(jiǎn)化血壓計(jì)算法，省去了現(xiàn)有技術(shù)中的ADC采樣電路， 從而避免了采用ADC轉(zhuǎn)換所引入誤差，提高產(chǎn)品精度和抗擾度，并為實(shí)際生產(chǎn)過程減低了 電路成本。實(shí)施例下面就結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步介紹。1、壓電傳感器在實(shí)施例中，采用壓電傳感器MPS獲取脈搏信號(hào)。如圖5，為MPS的電路圖。當(dāng)袖 帶壓力變化時(shí)壓電傳感器MPS的內(nèi)部電橋會(huì)出現(xiàn)不平衡。電路連接方面MPS的4引腳懸空，1引腳與電阻電橋電路中的電阻Rll和電阻RlO
4相連，6引腳與電阻電橋電路中的電阻Rl3和電阻Rl2相連。電阻Rl 1、電阻RlO與電阻Rl3 電阻R12中間形成一路輸出MPS16，MPS16與3引腳構(gòu)成MPS對(duì)脈搏的電位差信號(hào)輸出，電 阻電橋電路不平衡時(shí)，輸出電壓出現(xiàn)壓差，將兩不平衡的兩點(diǎn)分別接入差分放大器的兩個(gè) 輸入端，從而可為本電路提供所需的脈搏電信號(hào)。2與5引腳分別與LM324的14和13引腳 相連。2、差分放大電路差分放大電路圖如圖6中差分放大電路虛線框所圍部分。差分放大電路采用 LM324放大器。LM324的2引腳和3引腳為輸入，1引腳為輸出，電源正端從4引腳接入，將 電源負(fù)端從11引腳接入。電阻Rl = 240ΚΩ，串聯(lián)于LM324的2引腳與MPS的5引腳之 間；電阻R2 = 240ΚΩ ；LM324的2引腳與1腳間串聯(lián)電阻R3與電阻R4，其中R3 = R4 = 220ΚΩ ；電阻R3與電阻R4之間通過電阻R5、電阻R6與電阻R7與LM324的3引腳相連，電 阻R5 = 4. 7ΚΩ、R6 = 10ΚΩ、R7 = 220ΚΩ、R8 = 220ΚΩ組成匹配電阻，可使增益被配置 為30Ui+Vr，Vr = 200mV為參考電壓，Cl = 120nF為濾波電容，并聯(lián)在電阻Rl與電阻R2之 前，可濾除信號(hào)中的高頻差模擾動(dòng)。3、鋸齒波發(fā)生電路如圖7所示，為鋸齒波發(fā)生電路的電路圖，電路中各元器件的連接關(guān)系如圖中所 示。鋸齒波發(fā)生電路可以在單片機(jī)的控制下產(chǎn)生頻率與幅度可控制的鋸齒波信號(hào)，。實(shí)現(xiàn)時(shí)采用了一片LM324，其中LM324的7引腳為輸出。單片機(jī)輸出與CCMl相 連，通過三極管S9013對(duì)電容C2進(jìn)行充放電，從而可控制輸出信號(hào)的頻率與幅度。其中，電 阻 R14 = 4. 7K Ω、電阻 R15 = 180Κ Ω、電阻 R16 = 220Κ Ω、電阻 R17 = 200Κ Ω、電阻 R18 = IOK Ω、電阻 R19 = 200Κ Ω、電容 C5 = 120nF、電容 C2 = IOnF04、比較電路比較電路如圖6中比較電路虛線框所圍部分。比較電路由LM324與電阻R20、電阻 R21 和電容 C4 組成，其中電阻 R20 = 20ΚΩ、電阻 R21 = 1001(0、電容04 = 120nF。LM324 的9、10引腳分別通過電阻R21和電阻R20接收由差分放大電路與鋸齒波發(fā)生電路輸入的
差分信號(hào)和鋸齒波信號(hào)。比較電路利用輸入的鋸齒波信號(hào)對(duì)差分信號(hào)進(jìn)行采樣。脈搏電信號(hào)如圖2所示， 信號(hào)的峰峰值在時(shí)間上間隔為0. 8秒，范圍在200mV 1. 4V之間的信號(hào)，鋸齒波信號(hào)如圖 3所示，頻率為50Hz，波峰為1. 4V、波谷為200mV，頻率與幅度均高于由脈搏電信號(hào)產(chǎn)生的差 分信號(hào)。利用鋸齒波信號(hào)對(duì)差分信號(hào)的采樣的規(guī)則為若鋸齒波信號(hào)幅度高于差分信號(hào)，則輸出高電平；若鋸齒波信號(hào)幅度低于差分信號(hào)，則輸出低電平。因此，比較電路可產(chǎn)生高低電平交替的占空比信號(hào)6、信號(hào)調(diào)理電路信號(hào)調(diào)理電路如圖6中信號(hào)調(diào)理電路虛線框所圍部分。信號(hào)調(diào)理電路采用了一 片74HC00。比較電路輸出的占空比信號(hào)分為兩路輸入到74HC00中，對(duì)輸入的同一信號(hào)進(jìn) 行與非操作，從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)占空比信號(hào)的整形，去掉信號(hào)中的毛刺，并將高電平信號(hào)拉高只 3. 3V，把低電平信號(hào)置為0V。
7、混頻電路混頻電路利用單片機(jī)產(chǎn)生高頻載波信號(hào)與占空比信號(hào)進(jìn)行混頻，即利用頻率更高 的高頻載波信號(hào)對(duì)占空比信號(hào)進(jìn)行采樣?；祛l電路同樣采用了一片74HC00，電路連接如圖 6中混頻電路虛線框所圍部分?；祛l操作為利用高頻載波信號(hào)與占空比信號(hào)相與非，本實(shí)施例中的高頻載波信 號(hào)為如圖4所示的頻率250kHz的占空比50%的方波信號(hào)。當(dāng)占空比信號(hào)為高電平時(shí)，混頻電路輸出與高頻載波信號(hào)相位相反，頻率相同的 方波信號(hào)；當(dāng)占空比信號(hào)為低電平時(shí)，混頻電路始終輸出高電平。因此，通過混頻操作可以進(jìn)一步提高對(duì)占空比信號(hào)的精度。如圖8所示，為74HC00芯片管腳連接圖，信號(hào)調(diào)理電路與混頻電路共用一片 74HC00芯片。Output用于連接比較電路的輸出，將信號(hào)分為兩路后分別從74HC00芯片的 1、2引腳輸入到信號(hào)調(diào)理電路；3引腳為信號(hào)調(diào)理電路的輸出，4引腳為混頻電路的占空比 信號(hào)輸入，3引腳與4引腳相連；5引腳與單片機(jī)的MCUcontrol相連接，作為混頻電路的高 頻載波信號(hào)輸入；FinalOutput為混頻電路的輸出。生成的混頻信號(hào)送回到單片機(jī)，由單片機(jī)使能內(nèi)部數(shù)字比較器功能對(duì)混頻信號(hào)中 的高頻脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，通過計(jì)算得出最后的結(jié)果。本發(fā)明對(duì)輸出信號(hào)的精度的設(shè)計(jì)指標(biāo)為對(duì)于心跳次數(shù)的測(cè)量結(jié)果誤差在Ibpm 以內(nèi)(即每分鐘不超過1下)，對(duì)于血壓精度的測(cè)量結(jié)果誤差可控制在5毫米汞柱以內(nèi)。而 對(duì)于當(dāng)前市場(chǎng)上的血壓計(jì)的血壓精度則一般在10毫米汞柱左右。對(duì)于本血壓測(cè)量電路精度的分析可進(jìn)一步參考圖9與圖10。其中，如圖9所示為 采用本發(fā)明電路輸出的混頻信號(hào)，可以看出圖9中的信號(hào)波形與圖2所示的脈搏電信號(hào)波 形具有很高的相似程度。而圖10為當(dāng)前市場(chǎng)上所使用的血壓計(jì)測(cè)量電路輸出的信號(hào)，分析 信號(hào)的上下包絡(luò)曲線可以看出，信號(hào)具有較多毛刺，此信號(hào)輸入到單片機(jī)后仍然需要進(jìn)一 步的軟件濾波操作，以達(dá)到單片機(jī)對(duì)信號(hào)分析的要求。而進(jìn)行軟件濾波則需要消耗單片機(jī) 的軟硬件資源，造成單片機(jī)成本的提高或單片機(jī)分析精度的降低。因此，比較圖9與圖10可進(jìn)一步看出本發(fā)明對(duì)輸出信號(hào)精度的改善程度，且在提 高了精度的基礎(chǔ)上，節(jié)省了相應(yīng)的軟硬件計(jì)算資源。本發(fā)明未詳細(xì)說明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。
權(quán)利要求
1.一種血壓測(cè)量電路，其特征在于包括差分放大電路、比較電路、鋸齒波發(fā)生電路、 信號(hào)調(diào)理電路、混頻電路和單片機(jī)，差分放大電路根據(jù)輸入的脈搏電信號(hào)產(chǎn)生差分信號(hào)，并將差分信號(hào)輸出到比較電路； 一級(jí)鋸齒載波發(fā)生電路在單片機(jī)的控制下產(chǎn)生頻率與幅度可控制的鋸齒波信號(hào)，并將鋸齒 波信號(hào)輸出到比較電路；比較電路利用輸入的鋸齒波信號(hào)對(duì)差分信號(hào)進(jìn)行采樣從而產(chǎn)生占 空比信號(hào)，并將占空比信號(hào)輸出到信號(hào)調(diào)理電路；信號(hào)調(diào)理電路對(duì)輸入的空比信號(hào)進(jìn)行整 形后輸出到混頻電路；混頻電路利用單片機(jī)產(chǎn)生的高頻載波信號(hào)對(duì)占空比信號(hào)進(jìn)行混頻， 并將混頻信號(hào)輸出到單片機(jī)；單片機(jī)根據(jù)輸入的混頻信號(hào)解釋成血壓值后顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度血壓測(cè)量電路，其特征在于所述的脈搏電信號(hào) 通過壓電轉(zhuǎn)換器獲取，利用壓電傳感器可以將測(cè)得的脈搏跳動(dòng)轉(zhuǎn)換為兩路具有抖動(dòng)的脈搏 電信號(hào)，并將這兩路脈搏電信號(hào)輸出到差分放大電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度血壓測(cè)量電路，其特征在于所述的鋸齒波發(fā)生 電路可產(chǎn)生頻率50Hz、波峰為1. 4V、波谷為200mV的鋸齒波信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度血壓測(cè)量電路，其特征在于所述的信號(hào)調(diào)理電 路將比較電路輸出的信號(hào)分為兩路同時(shí)輸入，將兩路輸入信號(hào)進(jìn)行與非操作進(jìn)行整形后輸 出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度血壓測(cè)量電路，其特征在于所述的高頻載波信 號(hào)為250kHz的占空比50%的方波信號(hào)。
全文摘要
一種血壓測(cè)量電路，其特征在于包括差分放大電路、比較電路、鋸齒波發(fā)生電路、信號(hào)調(diào)理電路、混頻電路和單片機(jī)，通過單片機(jī)可控制鋸齒波發(fā)生電路產(chǎn)生鋸齒波信號(hào)，利用比較電路對(duì)差分放大電路輸出的信號(hào)進(jìn)行一級(jí)采樣，在利用信號(hào)調(diào)理電路對(duì)比較電路輸出信號(hào)進(jìn)行調(diào)理后，再利用混頻電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行二級(jí)采樣產(chǎn)生最終可利用單片機(jī)分析的信號(hào)。使用本發(fā)明避免由于AD采樣所帶來的采樣精度低的問題，省去了單片機(jī)中軟件濾波的處理，節(jié)省了軟硬件資源。
文檔編號(hào)A61B5/021GK101999893SQ20101029797
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者劉國華, 李克, 溫春玉, 王永云, 祝建彬, 趙京偉, 陳敏 申請(qǐng)人:中國航天科技集團(tuán)公司第九研究院第七七二研究所, 北京時(shí)代民芯科技有限公司