摘要:介绍一种嵌入式电子血压计硬件设计方案,描述电子血压计各部分电路的设计,给出系统的输入通道电路、LCD显示电路、存储电路。该系统以S3C44B0为主控芯片,易于操作、可靠性高、功能强大、应用广泛。
本文从测量准确性、可靠性和功能等方面研究了当前市场上各个公司的电子血压计,在分析其优缺点的基础之上,确定了电子血压计的硬件设计方案。对电子血压计的硬件平台进行了详尽地分析,设计了血压测量压力信号转换的前向通道和滤波电路, LCD显示电路和存储电路等。
1 电子血压计硬件的总体设计
电子血压计的硬件包括S3C44B0、滤波及调理电路、显示电路、键盘电路、实时时钟电路、电源模块电路等。电子血压计硬件框图如图1所示。
2 电子血压计各部分电路设计
2.1 输入通道电路设计
血压脉动信号首先通过压力传感器得到电信号,然后经过适当的放大调理后送入A/D转换器。由于采集到的血压信号在传输过程中会受到外界干扰,所以采取硬件滤波和软件滤波来消除干扰。经过放大后得到的压力信号满足了S3C44B0的A/D输入范围,由于需要从压力传感器输出的信号中分离袖带压信号和脉搏波信号,所以要分别设计相应的滤波电路。输入信号处理框图如图2所示。
2.2 LCD显示电路设计
常用的显示装置有LED显示、LCD显示等。LED即发光二极管,正向压降一般在1.2~2.6V,发光工作电流在5~20mA; LCD显示是一种被动的显示,它不发光,只能使用周围环境的光,它显示图案和字符只需很小的能量,在许多便携式设备(多用电池供电)或能耗要求低的情况下采用。鉴于此设计能耗的要求采用LCD显示。
本文采用NOKIA3310手机液晶屏,它是一款48×84点阵图形LCD,使用Philips公司生产的PCD8544作为控制和驱动器。PCD8544是一款低功耗控制驱动器,设计为驱动行列的图形显示。所有必须的显示功能集成到一块芯片上,包括LCD电压偏置电压发生器,只须很少的外部元件且功耗小。PCD8544液晶控制器与微控制器的接口使用串行总线方式,主要应用在通信设备,如3310手机显示屏。这款液晶具体对外的接口引脚有9根,由于PCD8544用3.3V供电,所以和S3C44B0电平兼容,可以直接连接,不用考虑电平匹配问题。3310液晶模块与S3C44B0的接线如图3所示。
2.3 数据存储电路设计
目前市场上的电子血压计记录的数据量小且数据只存储在血压计中不利于信息的存储和处理。本文提出用外接盘来记录血压数据,可以较好地解决上述问题。
本文采用CH375与S3C44B0连接。由于CH375芯片内部包含有数字电路和模拟电路,还有时钟振荡及PLL倍频电路,它们的公共地端都与芯片的外部引脚GND相连,所以影响芯片工作是否稳定有以下因素:时钟信号不稳定,时钟信号受干扰,还有信号受干扰。基于上述考虑,硬件原理图如图4所示。在图中R5为限流电阻;在USB信号线D+和D-上串接电阻以减少信号干扰;在信号线D +和D-上并接高频二极管(IN4148),可以节约成本。
3 结论
本文结合先进的嵌入式技术及总线技术,基于便携式、低功耗的原则,设计了一款嵌入式电子血压计,它具有如下优点:
(1)系统稳定可靠(嵌入式实时操作系统)。
(2)体积小,便于携带;点阵显示,可方便显示文字、图形。
(3)采用Flash存储血压数据,可以长期记录用户血压变化情况,有利于掌握病人的病情,进而作出更加合理的治疗方案。
(4)具有定时提醒功能,对于老年人更加方便,可以在每天的固定时间测量血压,这样得到的数据具有可比性和合理性。
参考文献:
[1]甄斌,周永进,王素品.示波法血压测量的实现与讨论[J].生物医学工程学杂志, 2001, 16(1): 43-45.
[2]陈勇,罗岩.示波法数字式电子血压计动态鉴定方法的探讨[J].医疗保健器具, 1999(8): 18-19.
[3]王田苗.嵌入式系统设计与实例开发———基于微处理器与μC/OS-Ⅱ实时操作系统[M].北京:清华大学出版社,2003.
[4]杜春雷.ARM体系结构与编程[M].北京:清华大学出版社, 2003.
[5]杨心怀,周洁.ARM芯片的应用和选型[J].设计策略与方法, 2004(1): 41-44.
作者简介:付明明(1984—),女,硕士研究生,研究方向为计算机控制与系统集成;胡荣强(1946—),男,教授。
（收稿日期:2010-05）
