基于單片機的自動血壓監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計原理

 1 引 言

目前醫(yī)院使用的自動血壓監(jiān)控系統(tǒng)大多為進口設(shè)備，價格昂貴，就醫(yī)成本高。本文所討論的系統(tǒng)價格低廉，測量準(zhǔn)確，有其獨特之處，具有很高的實用價值。

2 系統(tǒng)功能和構(gòu)成

該系統(tǒng)由一臺PC機實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)管理，再配合每個病房單獨使用的自動血壓監(jiān)測儀(在自動血壓計內(nèi)部加裝單片機測控板改裝而成)，構(gòu)成完整的自動血壓監(jiān)控系統(tǒng)。如圖1所示。

管理用PC機設(shè)置在護士站，在PC機上可設(shè)定各病房使用的血壓監(jiān)測儀啟動和測量的時間，并按設(shè)定的時間控制血壓監(jiān)測儀工作，然后接收血壓監(jiān)測儀傳回的測量數(shù)據(jù);最終將各病房24小時傳回的數(shù)據(jù)繪制成圖形或表格，供醫(yī)生參考。

市場上能完成自動測量的血壓計種類繁多，但只能完成單機的測量和少量數(shù)據(jù)存儲，無法完成無人操作時的定時啟動和自動測量以及測量數(shù)據(jù)的通信傳送功能。自動血壓監(jiān)測儀的設(shè)計方案，是在自動血壓計內(nèi)部加裝單片機測控板，可實現(xiàn)接收PC機發(fā)出的指令、按指令自動啟動、測量，并從自動血壓計的液晶顯示屏上采樣測量信號，經(jīng)分析、譯碼，最后得到測量數(shù)據(jù)并傳送給PC機進行存儲、統(tǒng)計、分析。

3 自動血壓計的液晶顯示屏工作原理

日本精工自動血壓計的液晶屏由7個數(shù)碼管及1個符號位組成，其中6個八段數(shù)碼管分別顯示高壓、低壓和脈搏數(shù)，1位小數(shù)碼管用來顯示測量次數(shù);1個符號位可顯示4種符號，分別反映4種不同的工作狀態(tài)。經(jīng)試驗觀測和邏輯分析發(fā)現(xiàn)，液晶屏的每個八段數(shù)碼管由2個信號引腳控制，符號位有1個信號引腳，還有1個同步信號引腳，作為信號同步的基準(zhǔn)。見圖2。液晶屏信號引腳時序關(guān)系如圖3所示。

液晶顯示屏引腳上的脈沖信號每4個同步信號為1個信號周期。在1個信號周期內(nèi)可以控制該數(shù)碼管的4個字段，這4個字段的控制在時序上采用時分方式實現(xiàn);符號位只顯示4種不同的符號，所以只需1個信號引腳。在每個引腳的周期信號內(nèi)，有4個脈沖與同步信號的脈沖相對應(yīng)，每一個脈沖對應(yīng)控制1個字段，當(dāng)該位置有正脈沖時，則對應(yīng)的字段就被點亮。這樣，4個不同位置的脈沖波形就對應(yīng)該數(shù)碼管4個不同字段(如a，b，c，d)。因此一個八段的數(shù)碼管只需要2個信號引腳，如圖3中引腳1、2所示波形為數(shù)字3(見圖2)的脈沖信號波形。

4 單片機的硬件設(shè)計

單片機測控板的工作需要按照自動血壓計的工作流程來實現(xiàn)。硬件電路須滿足以下功能：

a)由單片機的兩個I/O端口送出控制信號，完成血壓計的啟動和測量。

b)整形與電平轉(zhuǎn)換。單片機從血壓計液晶屏的信號引腳上采樣獲得的信號電平與單片機I/O接口的電平不一致，且取出的引腳信號在上升沿和下降沿有毛刺干擾，需要通過模擬電壓比較器實現(xiàn)整形與電平轉(zhuǎn)換功能。

c)信號采樣。為取得液晶屏顯示的數(shù)字，需對16個引腳信號進行采樣，即要占用單片機的16個端口，為了使電路板能放置到血壓計內(nèi)部，盡量縮小電路板，減少占用單片機的輸入通道，先將16個引腳信號經(jīng)過2個八選一模擬數(shù)據(jù)選擇器，變成2路輸出信號，這樣只需占用單片機2個I/O端口，再用3個I/O端口作為八選一模擬數(shù)據(jù)選擇器的譯碼控制信號，用軟件掃描方法完成對引腳信號的采樣，這樣就大大減少對I/O端口的占用。

d)與PC機的通信。為構(gòu)造一個RS-232串行通信端口，采用了單片機的3個I/O端口和1片MAX232集成電路。

e)單片機選型。綜上分析，選用具有10個I/O端口的單片機即可滿足系統(tǒng)需求。為將信號波形整形為適合單片機需要的電平，需多個模擬電壓比較器。由于PIC16C622單片機有13個I/O端口，內(nèi)部還設(shè)有比較器模塊，充分利用單片機的這一特點，不僅可以省去多片比較器集成芯片，且其I/O端口也可滿足系統(tǒng)的要求。硬件電路組成示意圖如圖4所示。

5 單片機的軟件設(shè)計

單片機要完成的任務(wù)，一是要接收管理計算機指令，按設(shè)定時間開啟電源、啟動血壓計開始測量;二是要監(jiān)測整個測量過程。這不僅需要相應(yīng)的硬件電路，還需要有軟件的配合，濾除干擾信號，并按正確的時序，將每個數(shù)碼管的引腳信號和符號位信號從相應(yīng)引腳上取出，對照同步信號與不同的引腳信號的對應(yīng)關(guān)系，用軟件掃描的方法，分別將同一數(shù)碼管的2個引腳上的信號組合在一起，經(jīng)過分析、譯碼得到最終測量結(jié)果。最后要完成單片機與PC機的通信，將測量結(jié)果送到管理機上。主程序框圖如圖5所示。

6 程序調(diào)試

程序調(diào)試的難點是如何按照液晶屏引腳信號的正確時序準(zhǔn)確地取出顯示數(shù)據(jù)，這不僅需要配合硬件電路，觀察液晶屏引腳的信號時序，而且需要通過反復(fù)試驗和測量，調(diào)整軟件參數(shù)，找出準(zhǔn)確的時序數(shù)據(jù)，完整地取出顯示數(shù)字的波形數(shù)據(jù)，然后通過對波形數(shù)據(jù)的總結(jié)譯碼，得到正確的測量數(shù)據(jù)。最后，單片機與PC機通信，也需要準(zhǔn)確的配合來完成數(shù)據(jù)的傳送。

7 結(jié)束語

由于目前醫(yī)院使用的自動血壓監(jiān)控系統(tǒng)大多為進口設(shè)備，價格昂貴，就醫(yī)成本高，所以較之于自動心電監(jiān)護儀，自動血壓監(jiān)護還遠沒有得到普及。本文所討論的自動血壓監(jiān)控系統(tǒng)由一臺PC機實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)管理，設(shè)計思路獨特，系統(tǒng)構(gòu)成簡單，操作和使用方便，與同類設(shè)備相比，性價比高，測量準(zhǔn)確，有很高的實用價值。