一种基于智能手机的动态血压监测仪设计与实现

2020-03-26黄峰，钱安，陈林

湖南工程学院学报(自然科学版) 2020年1期

黄峰，钱安，陈林

(1.湖南工程学院电气与信息工程学院，湘潭 411104; 2.湖南康验医疗科技有限公司，长沙 410011)

我国高血压人群超过3.3亿人，全世界高血压人群超过10亿人.高血压会引起心、脑、肾的损害，长期得不到控制容易患上冠心病、脑中风等疾病.

血压监测仪主要包括电源、气泵、数据处理、显示等模块.文献[1]提出了一种基于MCS1210的便携式数字血压监测仪设计方案.文献[2]设计了基于MSP430的防水型电子血压监测仪.文献[3]针对传统电子血压监测仪精度等缺点，以STM 32为核心设计了基于示波法的电子血压监测仪.

高血压敏感人群一般是中老年，传统血压监测仪不仅速度慢、示值不准，而且携带不便.文献[4]设计了基于手机APP的智能血压监测仪，但APP软件必须依赖手机系统平台.

本文以STM 32为核心，通过可跨平台的微信小程序实时动态显示人体心率、舒张压和收缩压等数据，能随时监测血压变化并评估人体健康状况.为疾病预警、大病诊治、健康生活、体育锻炼等提供科学、准确的血压参考，实现对高血压高危人群的血压实时监测.

1 硬件设计

血压监测仪的原理如图1所示，微控制器采用STM 32，硬件包括数据采集、电源、气动驱动、按键、存储、报警等电路，实现数据采集、语音播报、LCD显示等功能.

图1 血压监测仪原理

1.1 数据采集模块

模块通过压力传感器对袖带中的震荡波进行测量，得到动脉血压值.模块采用串口通信，数字输出，便于二次开发，如图2所示.

1.2 电源电路

电源电路采用两个AMS1117-3.3 V稳压芯片，将外部输入的6 V电压稳压到3.3 V.配置四个电容对电源滤波使电压稳定.通过两个上拉电阻接入两个LED，作为指示灯，如图3所示.

1.3 按键电路

将STM 32的3个GPIO端口引出，连接到3个按键，构成了按键电路，如图4所示.3个按键实现开关、设置和记忆等功能，其中开关按键控制系统电路通断，设置按键设置单位和开关声音，记忆按键控制EEPROM数据的存储和显示.

图2 数据采集模块

图3 电源电路

图4 按键电路

1.4 存储电路

将STM 32的两个引脚与EEPROM的时钟线和数据线相连构成存储电路.电路采用滤波电容稳定芯片电压.通过记忆按键实现数据的存储，如图5所示.

图5 存储电路

2 系统软件设计

采用Keil编写STM 32软件程序，编程语言采用C语言，程序烧录器采用ST-Link.微信小程序基于微信web开发者工具，编程语言为JavaScript、WXML和WXSS.

2.1 血压模块软件

利用AT指令集向血压模块发送加压、测量等指令.利用switch语句，将接收到的数据以自定义的格式进行封装，再通过蓝牙发送数据.将血压数据存储到EEPROM上，利用记忆按键，存储显示历史血压测试数据.

2.2 按键检测

通过Keil编程环境中的Key_Read()按键检测函数，读取键值.程序中调用了HAL_GPIO_ReadPin()函数接口.设置3个if条件语句，循环检测是否有按键按下.利用key_num变量标记键值：按下启动按键标记key_num为1；按下记录查询按键标记key_num为2；按下设置按键标记key_num为3.key_num的值可作为按键检测函数的返回值.在Control()血压计中心控制函数中，通过switch-case语句，针对不同的key_num值，做出不同的控制操作.

2.3 液晶屏显示

在软件中的menu.c中，调用LCD_DrawLine()画线函数，先选取一个合适的相对坐标系，通过偏移量，将数据显示在合理的位置.液晶屏幕上可以显示血压的相关数据、声音图标、记录的数据编号、状态标志消息和蓝牙状态标志.

2.4 微信小程序

采用基于Bluetooth Specification V4.0 BLE蓝牙协议的HC-08蓝牙串口通信模块.通过与HC-08蓝牙匹配建立连接.在微信小程序中利用API函数，对微信蓝牙模块进行初始化.

2.5 云存储

调用云开发API函数，将血压的监测数据存储到云平台，用户可进行数据存储和历史记录查询.

3 系统测试

将血压监测仪袖带绑在手臂上，按下开关按键，气泵开始工作，对袖带进行充气，等待气压到达设定值后，加压结束，气泵停止工作，开始测量并得到心率、舒张压和收缩压，在液晶屏上进行显示.同时通过HC-08蓝牙模块，将测量数据发送到手机微信小程序中进行显示和存储.数据存储在云平台上，可进行历史记录查询等，如图6所示.