1 系統(tǒng)工作原理

　　血壓指血管內(nèi)的血液對于單位面積血管壁的側(cè)壓力，即壓強(qiáng),。正常的心臟是一個強(qiáng)有力的肌肉器官,，它日夜不停地、有節(jié)律地一張一縮,，使血液在循環(huán)器官內(nèi)流動,。血液在血管內(nèi)流動時,，無論心臟收縮或舒張，都對血管壁產(chǎn)生一定的壓力,。血壓有兩種,，一是收縮壓，它指在心室收縮時,，主動脈壓急劇升高,，在收縮期的中期達(dá)到最高值，這時的動脈血壓值稱為收縮壓,，也稱為“高壓”;另一是舒張壓,，它指在心室舒張時，主動脈壓下降,，在心舒末期動脈血壓的最低值稱為舒張壓,，也稱為“低壓”.

　　該多功能電子血壓計,，采用示波法進(jìn)行測量,，其原理是通過測量血液流動時對血管壁產(chǎn)生的振動，在袖帶放氣過程中,，只要袖帶內(nèi)壓強(qiáng)與血管壓強(qiáng)相同,，則振動最強(qiáng)。其優(yōu)點為：使用簡易,，可一人獨自操作,，測量值便于記錄，體積輕巧便于攜帶,。

　　2 硬件設(shè)計

　　2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　該多功能電子血壓計系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示,，主要包括LPC3250主控模塊、電源及復(fù)位模塊,、檢測模塊,、LCD觸摸屏模塊、WiFi模塊,、語音模塊和USB模塊等6大模塊,。

　　2.2 主控LPC3250

　　主控采用NXP新推出的高度集成LPC3250微處理器，具有高性能,、高集成度,、低功耗等的特點，非常適合本方案的設(shè)計要求,。它采用90 nm工藝和功能強(qiáng)大的ARM926EJ-S內(nèi)核,，主頻高達(dá)208 MHz,具有全系列標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)。其中包括帶專用DMA控制器的24位LCD控制器,，可支持STN和TFT面板,；三通道10位400 kHz A/D轉(zhuǎn)換器,，帶觸摸屏接口；內(nèi)部集成高達(dá)11個PWM通道,；USB OTG接口,，能全速連接主機(jī)和器件；一個支持DDR和SDR SDRAM,SRAM,FLASH和靜態(tài)器件的外部存儲控制器,。充分滿足了本設(shè)計的需要,，外部只需加入很少芯片就可實現(xiàn)系統(tǒng)功能，并可使整個系統(tǒng)體積減小,、功耗降低,、穩(wěn)定性增加和成本得到控制。

　　2.3 壓力傳感器XFGN-6025KPGSR

　　該設(shè)計采用日本Fujikura公司生產(chǎn)的新一代壓力傳感器XFGN-6025KPGSR,它的重量只有0.35 g,主要用于便攜式電子血壓計,，采用精密厚膜陶瓷芯片和尼龍塑料封裝,，內(nèi)部含有放大、溫度補(bǔ)償及預(yù)校正失調(diào)電壓和量程,，從而提高了測量的精度,、穩(wěn)定性，也省去了放大電路,。它直接將血壓轉(zhuǎn)換為0~4.5 V的電信號,，對應(yīng)的血壓值為0~25 kPa,即0~187.5 mmHg,與血壓計的設(shè)計要求非常匹配。

　　2.4 濾波器MAX267

　　所測得的模擬信號還要經(jīng)過濾波,，然后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,。其中濾波用于濾掉信號中的直流成分、電源及皮膚與袖帶摩擦的高頻噪聲和工頻干擾等,。該設(shè)計采用Maxim公司的MAX267,它是Maxim眾多開關(guān)電容濾波器（SCF）芯片中較簡潔的一種,。內(nèi)部包含2個已經(jīng)固定成帶通型，并且使用相同的Q參數(shù)和頻率變換比例的二階SCF和一個運(yùn)放,。通過選擇適當(dāng)?shù)姆答侂娮韬蚎參數(shù),，能夠組成不同波紋率的Butterworth或Chebyshev濾波器。這樣大大減少了外圍電路,，且使用靈活,，性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于采用集成運(yùn)放組成的濾波電路，非常適合于本設(shè)計,。

　　3 軟件設(shè)計

　　3.1 程序流程

　　軟件部分是系統(tǒng)有效工作的核心,，其程序流程如圖2所示。系統(tǒng)啟動后,，由U-boot引導(dǎo)啟動嵌入式Linux,初始化相關(guān)硬件和程序并進(jìn)入主菜單,。其中數(shù)據(jù)查詢，可在LCD上查看以往測量結(jié)果，并由機(jī)器進(jìn)行簡單的健康情況分析,；網(wǎng)絡(luò)服務(wù),，可手動將測得的結(jié)果通過WiFi傳送至醫(yī)院，并與醫(yī)生進(jìn)行簡單的對話,；開始檢測,，血壓計進(jìn)入檢測模式；系統(tǒng)設(shè)置,，可對系統(tǒng)時間,、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)等進(jìn)行設(shè)置，并可對系統(tǒng)固件進(jìn)行升級,；個人信息,，可輸入自己的身高、體重,、性別和年齡等信息,，方便系統(tǒng)對每個人的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分別管理和有針對性的健康情況分析。

　　3．2 電子血壓計檢測模式流程

　　當(dāng)測量血壓時,，微處理器PWM輸出控制氣泵充氣,，先充氣至壓力傳感器的最大額定值25 kPa，即187．5 mmHg,，再慢慢以每秒下降約3 mmHg的速度勻速放氣,，調(diào)整袖帶內(nèi)氣壓，實現(xiàn)自動測量血壓,。一路A／D采樣袖帶內(nèi)氣壓直流分量，以便取得收縮壓和舒張壓,，即高壓和低壓,，并對心跳周期取平均計算心率；另一路A／D采樣袖帶內(nèi)氣壓交流分量,，經(jīng)分析計算后確定收縮壓和舒張壓的瞬態(tài)時間位置,，接收血壓脈沖信號，觸發(fā)ADC工作,，計算出收縮壓和舒張壓的結(jié)果,。心率、血壓計算流程圖如圖3所示,。

　　3．3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計

　　該設(shè)計的數(shù)據(jù)管理采用SQLite嵌入式數(shù)據(jù)庫,，它是2000年由D．Richard Hipp開發(fā)出來的一種中小型嵌入式數(shù)據(jù)庫，可以較為方便地運(yùn)用于嵌入式系統(tǒng)中,，它的源代碼完全開放,，可以免費(fèi)用于任何用途，包括商業(yè)目的；它提供了對SQL92的大多數(shù)支持,，如支持多表,、索引、事務(wù),、視圖,、觸發(fā)和一系列的用戶接口及驅(qū)動，簡單易用,，速度也很快,，同時提供了豐富的數(shù)據(jù)庫接口。經(jīng)過對需求的分析和優(yōu)化,，可設(shè)計出數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的E-R圖如圖4所示,。其全面準(zhǔn)確地反應(yīng)了用戶的功能需求，可使實體類型的個數(shù)和所含屬性的個數(shù)少,，實體類型間無冗余,。

　　3．4 系統(tǒng)的界面設(shè)計

　　在系統(tǒng)界面中，通過觸摸屏發(fā)出各項命令,，再通過數(shù)據(jù)庫的連接由圖形界面顯示,。該設(shè)計的應(yīng)用程序窗口界面采用Qt編寫實現(xiàn)，它是一個跨平臺的C++圖形用戶界面應(yīng)用程序框架,，完全面向?qū)ο?，很容易擴(kuò)展，并且允許真正的組件編程,，被廣泛地應(yīng)用于各種嵌入式產(chǎn)品中,。圖5是采用輕量級跨平臺集成開發(fā)環(huán)境Qt creator所設(shè)計的界面。開機(jī)啟動后,，首先進(jìn)入如圖5(a)所示的主菜單,，輕觸開始檢測，系統(tǒng)進(jìn)入如圖5(b)所示的檢測菜單,，顯示測得數(shù)據(jù),。考慮到老年人視力不佳,，本界面的字體都已放大,。

　　4 結(jié)語

　　隨著生活水平和城市老齡化比例的不斷提高，醫(yī)療電子設(shè)備的家庭化,、智能化逐漸成為趨勢,。本文給出了完整的智能電子血壓計設(shè)計方案，區(qū)別于傳統(tǒng)只有單一檢測功能的產(chǎn)品,，具有三大創(chuàng)新點：大屏幕顯示和控制,；采用嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite進(jìn)行數(shù)據(jù)管理,；通過網(wǎng)絡(luò)與醫(yī)院連接。實際應(yīng)用表明,，該系統(tǒng)體積小,，功耗低，智能化,，檢測速度快,，實現(xiàn)了個人一儀器一醫(yī)療機(jī)構(gòu)一體化的健康檢測網(wǎng)絡(luò)，很適合家庭用戶,，特別是老年人的使用,。如果該方案能廣泛推廣和應(yīng)用，會產(chǎn)生不可估量的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益,。