智能血压计系统的实现

刘士峰 徐灿铭 招明瑞 谢旭

摘 要：传统血压计为水银血压计，因其操作难度大，且需要专业人员，故不适合用于实时测量。提高电子血压测量准确度的关键是血压的判别方法，所以使用新的算法，并利用嵌入式制作出的血压计测量系统，不仅会对临床医学中血压的测量产生深远的影响，也将会为爱好健康的人们送去实时的血压信息，这对于人类来说无疑是一个非常好的消息。

关键词：嵌入式 血压测量 收缩压 舒张压

中图分类号：TH77 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）04（c）-0007-03

血壓通俗的说就是血液对血管壁的压力，而血管又分为静脉血管、动脉血管和毛细血管，于是，血压就有静脉血压、动脉血压（以下如无特别指出，则指动脉血压）和毛细血管血压3种，这些压力便是血液循环的动力。静脉血压与毛细血管血压很少用，人们去医院所测量的血压一般值得是指动脉血压。

嵌入式实际上就是一种小型的计算机系统，这种系统通常只是单纯地完成一种或几种功能，但是针对性很强，效率也很高。生活中已经有很多地方都在应用嵌入式技术，例如：微波炉、电子锁、录像机、游戏机、手机等，再说广一点，现在就连家里的冰箱洗衣机等都可以使用嵌入式系统，但是嵌入式系统的使用还不普遍，主要原因是成本较高。

随着社会的发展人们生活水平的提高，老龄化加重，老人越来越多，随之人们对本身身的健康越来越关注，尤其是老年人。高血压是世界最常见的心血管疾病的病源，风险非常大。据相关资料显示，我国每年高血压患者增加300万以上，因此而死亡的人更是不计其数。高血压是一种慢性病，长期的影响心脑血管的健康，所以，因心脏病、肾衰竭、心力衰竭的人很多都有高血压。所以从目前高血压带来的风险来看，高血压病无疑已成为了人类的头号隐形杀手病。

为了让每个爱好健康的人都能方便快捷地使用血压计，我们设计了一种操作便捷，测量精确的自动测量血压的装置，用来帮助人们及早发现高血压并去治疗。利用嵌入式技术，人们可以随时随地了解到自己的血压状况，从而减少因高血压而死亡的人。

1 血压仪市场分析

目前国内市场上的血压仪存在着明显的缺点，如体积大，质量重，需要专业的人员来操作。而这些缺点就限制了人们对血压计的使用，使人们不能及时地了解到自己的血压情况，从而增大了人们患病却得不到及时治疗的风险。而国外的电子血压计基本已经普及，所以国内提出了“无汞时代”。但是因为这种嵌入式设备的成本较高，所以市场的占用率较低。

国外的血压计品牌主要有欧姆龙、松下、艾蒂安等等，国内的品牌主要有鱼跃、九安、可孚等。这些品牌中，欧姆龙无疑是质量最好，测量最准确的，所以它的市场占有率最高，但是它的价格太高，只适用于高端消费人群。其次较好的就是日本的松下和国内的鱼跃血压计，适用于中端消费人群，但是缺点就是测量不够准确，质量不够好。所以针对于低端和中端消费人群来说，测量较为准确，价格合理的电子血压计有很大的市场空间。

然而目前不论是国内还是国外，都缺少那种测量准确，成本较低的血压测量仪。为了使人们能够及时了解到自己的血压情况，我们团队利用嵌入式技术设计了一种方便携带，操作简易，成本较低的电子血压计测量产品。

2 智能血压计的测量系统结构分析

智能血压计测量分析系统结构图如图1所示。

该血压测量系统的测量单元是传感器，显示单元为液晶显示模块，控制核心是单片机AT89C51微处理器，这些构成了整个血压计。

3 智能血压计测量分析原理

血压计在整个过程中会测量两种血压：一种是舒张压，一种是收缩压。舒张压是指动脉血管回缩时产生的压力，此时压力最低，又称“低压”；收缩压是指心脏收缩的中期动脉血管产生的压力，此时压力最高，又称“高压”。这里我们将采用示波法进行测量，具体过程如下：

（1）袖带套在手臂上。

（2）袖带自动充气至最大值，一般比高压高出了30～50 mmHg，这里将采用180mmHg。

（3）当压力达到最大值时，袖带停止充气，与此同时开始放气，放气速率为4mmHg/s。当气压降到与血压相同时，血液就能够通过血管，同时产生袖带声和震荡波（此时压力最大，为收缩压）。此时压力传感器就可以通过震荡波来检测袖带所差生的压力，再通过A/D转换装置成数字信号，最后通过单片机的运算在显示单元上显示，直到压力降到最低（此时压力最小，为舒张压）。

袖带产生的振荡波的变化就是血压的变化，根据它的振幅包络线就可以找出血压的变化。振幅包络线的第一个拐点就是收缩压，第二个拐点就是舒张压，并且第一个拐点与第二个拐点之间呈线性变化。

4 系统实现

主流程图如图3所示。

（1）主程序依此调用了5个单元。

（2）处理单元：在单片机的控制下，袖带实现自动的充气和放气。

（3）测量单元：主要功能是对袖带压力的采集（即为血管压力）。因为压力传感器的AD为10位，所以精确度最高可达1/210。采集后的数据经处理后，经计算可获得舒张压、收缩压和心率。

信号处理单元：主要功能对采集来的压力信号的处理和对脉搏波的判断和检测。大致分为两个步骤。

第一步，将A/D采集的脉搏波信号通过高频去除过滤，去除短期的不确定波动，保留长期的稳定波动，尽量的降低外界干扰，减小误差。

第二步，分析信号，获得波形的峰值和每一个脉搏的时间，以此得出平均压、舒张压和收缩压。

（4）液晶显示单元：主要显示3种信息：测量过程中的压力值、漏气速率和步骤三分析出的信息（舒张压、收缩压和心率）。血压初始值的设置主要包括起始加压值、最高血压值和每次递增的值。这里放气速率的设置值为4mmHg/s。

（5）电源处理单元：主要是为整个血压计系统提供安全稳定的电压。当按开/关键，电源模块输出稳定的电压供充气泵和其他单元用，这时，血压计处于“开机”状态；当再次按开/关键，电压关闭，血压计处于“关机”状态。

5 结语

目前常用的血压计测量系统大多数都存在以下缺点：第一，就是线路上传送的是模拟信号，易受干扰和损耗从而造成测量结果不准确；第二，体积大，质量重，携带不方便，使用时还必须有专业的人员操作，为了克服这些缺点，一种数字化的嵌入式技术的系统应运而生，虽然还不太成熟，但已经具有了雏形。这种测量装置不仅可以用于医学方面，也可以普及到每一个人，为人民服务。这次设计，使我们团队能够把大学3年中所学的理论知识得以实践应用，总结出了很多实践设计中的技术经验，提高了个人的实践能力与学习能力，了解到要编好一个程序首先要有丰富程序积累并多去动手做实验、调试。于此同时还了解到更多的新技术以及更多的电子产品的发展趋势。

参考文献

[1] 彭楚武，余建坤.微机原理与接口技术[M].湖南大学出版社，2004：1-58.

[2] 何立民.单片机教程[M].北京航空航天大学出版社， 1999：150-167.

[3] 杜春雷.ARM体系结构与编程[M].清华大学出版社，2003.

[4] 李驹光.ARM开发详解[M].清华大学出版社，2004.

[5] 宋家友，张友汉.新编电子线路设计实用手册[M].福建科学技术社，2007.