專利名稱：電子血壓計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電子血壓計。
背景技術(shù)：
無創(chuàng)電子血壓計和血壓監(jiān)護(hù)儀絕大多數(shù)采用示波法，示波法血壓測量控
制硬件(PCBA)主要包括壓力傳感器、恒流源、放大和濾波器、拾建、泵\閥驅(qū)動、顯示等幾個部分。以降壓測試法為例，在放氣過程中，壓力傳感器將袖帶內(nèi)壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號，電信號通過濾波器得到拋物線包絡(luò)的脈搏壓力波，最后由血壓算法計算出收縮壓(SBP)、舒張壓(DBP)和平均血壓(MAP)。
目前，電子血壓計都是采用分離組件組合實現(xiàn)，電路復(fù)雜，成本高。它們通過電位器實現(xiàn)調(diào)試和標(biāo)定，操作麻煩，而且在運(yùn)輸過程中電位器受振動易產(chǎn)生變化，穩(wěn)定性差。

實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種外圍電路簡單、成本低、穩(wěn)定性好的電子血壓計.
本實用新型電子血壓計包括壓力傳感器、顯示屏和信號處理電路，壓力傳感器將袖帶內(nèi)壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)信號處理電路處理后在顯示屏上顯示收縮壓、舒張壓和平均血壓，其特征在于所述信號處理電路包括用于
將壓力傳感器的輸出信號按比例放大到與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入范圍相匹配的可編程增益放大器、用于從可編程增益放大器的輸出中提取脈搏信號的帶通濾波器、用于將帶通濾波器及可編程增益放大器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以及才艮據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的信號計算收縮壓、舒張壓和平
均血壓的MCU，所述可編程增益放大器、帶通濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、MCU以及所述顯示屏的驅(qū)動電路集成在一個SoC ( System on a Chip )芯片中。
進(jìn)一步還可在所述MCU內(nèi)置數(shù)字濾波程序，以濾除50Hz的工頻干擾對脈搏信號的影響。
進(jìn)一步可將為MCU和模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供時鐘信號的實時時鐘模塊集成于所述SoC芯片內(nèi)。
本實用新型將可編程增益放大器(PGA)、濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC),MCU、 LCD驅(qū)動電路等集成在一個SoC芯片內(nèi)，整個電子血壓計電路僅由一個SoC芯片、壓力傳感器和少量的外圍阻容元件組成，大大減化了外圍電路，減少了硬件開支，從而能大大提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。
其在SoC內(nèi)部內(nèi)置了可編程的增益和偏置參數(shù)設(shè)置，針對每個壓力傳感器的量程和偏置進(jìn)行個性化設(shè)置，把ADC的量程范圍發(fā)揮到極至，極大地提高了 ADC的使用效率，避免ADC的浪費，進(jìn)一步達(dá)到降低生產(chǎn)成本的目的。
其系統(tǒng)標(biāo)定和調(diào)試通過SoC內(nèi)的參數(shù)設(shè)置實現(xiàn)，可由程序控制自動完成，大大簡化了標(biāo)定工序，而且標(biāo)定完后的產(chǎn)品不會受運(yùn)輸過程中振動的影響，穩(wěn)定性好。


圖l是本電子血壓計的原理圖2是圖1中可編程增益放大器的原理圖3是圖1中帶通濾波器的原理圖4a是實驗中測得的PGA輸出的壓力信號的波形圖4b是實驗中測得的帶通濾波器輸出的脈搏信號的波形圖；圖5a-c是系統(tǒng)標(biāo)定過程的示意圖，其中a所示是零點預(yù)標(biāo)定，b所示是 滿幅點標(biāo)定，c所示是零點及中間點標(biāo)定。
具體實施方式
參照圖1,本電子血壓計包括壓力傳感器2、顯示屏3和信號處理電路1， 壓力傳感器2將袖帶內(nèi)壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)信號處理電路1處理后在 顯示屏3上顯示收縮壓、舒張壓和平均血壓，所述信號處理電路l包括用于 將壓力傳感器2的輸出信號按比例放大到與模數(shù)轉(zhuǎn)換器13的輸入范圍相匹配 的可編程增益放大器(PGA) 11、用于從可編程增益放大器11的輸出中提取 脈搏信號的帶通濾波器12、用于將帶通濾波器12及可編程增益放大器U輸 出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 13,以及根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換 器輸出的信號計算收縮壓、舒張壓和平均血壓的MCU14，所述可編程增益 放大器ll、帶通濾波器12、模數(shù)轉(zhuǎn)換器13、 MCU14以及所述顯示屏3的驅(qū) 動電路15集成在一個SoC芯片中。
圖1中PWMO是壓力泵的驅(qū)動信號，用于控制壓力泵向袖帶內(nèi)充氣。 PWM1是排氣閥的驅(qū)動信號，用于驅(qū)動排氣閥工作，控制袖帶內(nèi)氣體的排出。
壓力傳感器2采用電阻式壓力傳感器，由四個等值電阻組成電橋，其輸 出電壓和輸入壓力成正比，如全壘MPS-3110和聯(lián)電US-09111-006。壓力 傳感器2采用恒流源驅(qū)動，所述恒流源由運(yùn)放OPl和兩個電阻構(gòu)成，為壓力 傳感器2提供恒定電流，構(gòu)成恒流源的運(yùn)放OPl集成于所述SoC芯片中。壓 力傳感器2也可以采用恒壓源驅(qū)動。
可編程增益放大器ll采用可編程儀用放大器，儀用放大器的主要特點就 是具有高輸入阻抗而不會對傳感器的恒流電路產(chǎn)生影響，同時又能保證對小 信號放大的高增益性。參照圖2，可編程儀用放大器ll包含兩個部分的可編程
增益，可分別多檔設(shè)置增益倍數(shù)，如需要調(diào)整輸出范圍可分別通過VREn及
VREF2兩個偏置電壓實現(xiàn)。參照圖1、2,可編程儀用放大器11一路輸出至ADC13
6的輸入通道AN1，該路同時輸出至帶通濾波器12，可編程儀用放大器ll另一 路輸出至ADC13的輸入通道AN0 。
參照圖3，所述帶通濾波器12由兩個運(yùn)放OP2、 OP3和外圍電阻、電容 構(gòu)成，所述運(yùn)放OP2的同相端依次接電阻R2和電容Cl，電阻R2和電容C1 的公共端通過電阻R1接第一偏置電路，同相端另接電容C2到地，運(yùn)放OP2 的反相端接電阻R3到地，運(yùn)放OP2的輸出端和其反相端之間并接電阻R4
的同相端，電容C4和電阻R6的公共端通過電阻R5接第二偏置電路，所述 運(yùn)放OP3的同相端接電容C5到地，反相端接電阻R7到地，運(yùn)放OP3的輸 出端和其反相端之間接電阻R8。其中第一偏置電路由串聯(lián)在電源AVDD和 地之間的兩個電阻R9和R10構(gòu)成，第二偏置電路由串聯(lián)在電源AVDD和地 之間的兩個電阻Rll和R12構(gòu)成。帶通濾波器12的帶寬為10Hz-500Hz。參 照圖1，帶通濾波器12輸入端接可編程增益放大器11的一輸出端，帶通濾波 器12輸出端接模數(shù)轉(zhuǎn)換器13的輸入通道AN2?？删幊淘鲆娣糯笃?1輸出的 壓力信號通過帶通濾波器12濾波后得到脈搏信號。從而得到了示波法血壓測 量所需要的兩路信號壓力信號和脈4^f言號。圖4a所示是實驗中測得的可編 程增益放大器ll輸出的壓力信號的波形，圖4b所示是圖4a壓力信號經(jīng)帶通 濾波器12濾波后的脈搏信號的波形，信號的采集過程是以袖帶放氣時檢測壓 力和脈搏信號為例。
針對于50Hz的工頻干擾，前端在硬件電路上已經(jīng)通過低通濾波處理，如 未完全抑制，在應(yīng)用中將影響系統(tǒng)對脈搏峰值的確認(rèn)，因此本發(fā)明中在 MCU14內(nèi)置數(shù)字濾波程序，通過一定的算法實現(xiàn)濾除50Hz的工頻干擾對脈搏 信號的影響，以提高血壓計的測量精度。
SoC芯片內(nèi)建實時時鐘(RTC)模塊，為MCU和模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供時 鐘信號。另外，本電子血壓計設(shè)有省電模式，SoC內(nèi)建喚醒電路，省電模式 下可用于關(guān)閉DC/DC器件。由于半導(dǎo)體材料固有的特性，壓力傳感器普遍存在以下問題I. 一致性 問題即使是同一批生產(chǎn)的傳感器，其特性也會有比較大的離散性，為了確 保足夠的精確度，必須對每個傳感器進(jìn)行校正。II.溫度飄移問題半導(dǎo)體材 料對溫度變化是很敏感的，實際測試lmmHg/10。C,必須采取一定的措施對傳 感器的溫度飄移進(jìn)行補(bǔ)償。HL時間飄移問題實際測試半導(dǎo)體材料有時飄現(xiàn) 象， 一分種有3mmHg。 一般而言，測試過程不會超過40秒。本發(fā)明電子血壓 計采用開機(jī)歸零方式(壓力傳感器開機(jī)時要先進(jìn)行零點偏移校正)，可以有 效解決飄移問題。
對于傳感器的離散性問題，本發(fā)明電子血壓計通過系統(tǒng)標(biāo)定過程中對內(nèi) 建的可編程增益放大器的增益參數(shù)和偏置參數(shù)調(diào)整來實現(xiàn)對傳感器的校正。 血壓計的標(biāo)定可通過程序自動實現(xiàn)，參照圖5a-c，具體標(biāo)定方法依次包括以下 步驟
a、 給可編程增益放大器設(shè)置一個經(jīng)驗增益參數(shù)和偏置參數(shù)；
b、 使壓力傳感器受力為O， MCU改變可編程增益放大器的偏置參數(shù)并 檢測模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出是否在合適的零點內(nèi)碼值范圍內(nèi)，進(jìn)行零點預(yù)標(biāo)定， 使可編程增益放大器得到準(zhǔn)確的偏置參數(shù)；
c、 使壓力傳感器受力為血壓計量程的最大值，MCU改變可編程增益放 大器的增益參數(shù)并檢測模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出是否在合適的滿幅點內(nèi)碼值范圍 內(nèi)，進(jìn)行滿幅點標(biāo)定，使可編程增益放大器得到準(zhǔn)確的增益參數(shù)；
d、 使傳感器受力為0， MCU采集模數(shù)轉(zhuǎn)換器此時的內(nèi)碼值并存儲，完 成零點標(biāo)定；以及
e、 使傳感器受力為指定值，MCU采集模數(shù)轉(zhuǎn)換器對應(yīng)的內(nèi)碼值并存儲， 完成中間點標(biāo)定。
8上述步驟b中，所述零點內(nèi)碼值為2"xl/8，其中n為模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)， 當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出接近2"x 1/8時，將此時的偏置參數(shù)定為可編程增益放大 器的準(zhǔn)確偏置參數(shù)。
上述步驟c中，所述滿幅點內(nèi)碼值為2nx7/8，其中n為模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位 數(shù)，當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出接近2nx7/8時，將此時的增益參數(shù)定為可編程增益 放大器的準(zhǔn)確增益參數(shù)。
所述標(biāo)定是指記錄壓力傳感器的固定點壓力所對應(yīng)的ADC的內(nèi)碼值， 標(biāo)定的目的是為了在測量過程中MCU能通過所得內(nèi)碼值計算出實際壓力。 具體標(biāo)定點的選擇視壓力傳感器線性特性而定。
權(quán)利要求1、一種電子血壓計，包括壓力傳感器、顯示屏和信號處理電路，壓力傳感器將袖帶內(nèi)壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)信號處理電路處理后在顯示屏上顯示收縮壓、舒張壓和平均血壓，其特征在于所述信號處理電路包括用于將壓力傳感器的輸出信號按比例放大到與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入范圍相匹配的可編程增益放大器、用于從可編程增益放大器的輸出中提取脈搏信號的帶通濾波器、用于將帶通濾波器及可編程增益放大器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以及根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的信號計算收縮壓、舒張壓和平均血壓的MCU，所述可編程增益放大器、帶通濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、MCU以及所述顯示屏的驅(qū)動電路集成在一個SoC芯片中。
2、 如權(quán)利要求l所述的電子血壓計，其特征在于所述壓力傳感器采用恒流源驅(qū)動，所述恒流源由運(yùn)放和電阻構(gòu)成，構(gòu)成恒流源的運(yùn)放集成于所述SoC芯片中。
3、 如權(quán)利要求1所述的電子血壓計，其特征在于所述帶通濾波器由兩個運(yùn)放OP2、 OP3和外圍電阻、電容構(gòu)成，所述運(yùn)放OP2的同相端依次接電阻R2和電容C1，電阻R2和電容C1的公共端通過電阻R1接第一偏置電路，同相端另接電容C2到地，運(yùn)放OP2的反相端接電阻R3到地，運(yùn)放OP2的輸出端和其反相端之間并接電阻R4和電容C3，運(yùn)放OP2的輸出端依次通過電容C4和電阻R6接至運(yùn)放OP3的同相端，電容C4和電阻R6的公共端通過電阻R5接第二偏置電路，所述i放OP3的同相端接電容C5到地，反相端接電阻R7到地，運(yùn)放OP3的輸出端和其反相端之間接電阻R8。
4、 如權(quán)利要求3所述的電子血壓計，其特征在于所述帶通濾波器的帶寬為10Hz-500Hz。
5、 如權(quán)利要求1所述的電子血壓計，其特征在于所述MCU內(nèi)置數(shù)字濾波程序，以濾除50Hz的工頻干擾對脈搏信號的影響。
6、如權(quán)利要求l所述的電子血壓計，其特征在于為MCU和模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供時鐘信號的實時時鐘模塊集成于所述SoC芯片內(nèi)。
專利摘要一種電子血壓計，包括壓力傳感器、顯示屏和信號處理電路，壓力傳感器將袖帶內(nèi)壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)信號處理電路處理后在顯示屏上顯示收縮壓、舒張壓和平均血壓，所述信號處理電路包括可編程增益放大器、帶通濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及MCU，所述可編程增益放大器、帶通濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、MCU以及所述顯示屏的驅(qū)動電路集成在一個SoC芯片中。本電子血壓計外圍電路簡單、成本低、穩(wěn)定性好。
文檔編號A61B5/021GK201404212SQ200920131470
公開日2010年2月17日 申請日期2009年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月15日
發(fā)明者丘守慶, 單大地, 軍 彭, 許申生 申請人:深圳市鑫匯科科技有限公司