標(biāo)題: 基于51單片機(jī)的電子血壓計(jì)設(shè)計(jì)論文 [打印本頁(yè)]

作者: 初心不忘~!    時(shí)間: 2018-6-18 12:02
標(biāo)題: 基于51單片機(jī)的電子血壓計(jì)設(shè)計(jì)論文
基于51單片機(jī)的電子血壓計(jì)設(shè)計(jì)
希望能幫到大家,里有元器件,原理圖及子程序,設(shè)計(jì)框圖。

基于單片機(jī)的電子血壓計(jì)設(shè)計(jì)
摘 要

現(xiàn)代社會(huì)的迅速發(fā)展,導(dǎo)致環(huán)境日益惡化,不健康的生活習(xí)性與不科學(xué)的飲食習(xí)慣,導(dǎo)致人類疾病越來越多的出現(xiàn)。其中,有著人類第一無形殺手稱號(hào)的高血壓病,已逐漸上升到人類疾病危害排行榜的前幾名,長(zhǎng)期危害著人體健康,讓飽受高血壓折磨的患者痛不欲生。如何便捷有效地測(cè)量與監(jiān)控高血壓,從而有效預(yù)防與治療高血壓,成為人們對(duì)抗高血壓病的首要問題。于是,設(shè)計(jì)一臺(tái)便捷的測(cè)量血壓的裝置,成為重中之重。
目前市場(chǎng)上的大部分動(dòng)態(tài)血壓記錄儀,只記錄每次測(cè)量的結(jié)果,醫(yī)生面對(duì)的是一批真?zhèn)坞y辯的數(shù)字,無法判別血壓計(jì)的準(zhǔn)確性、可靠性。本課題研究最終旨在設(shè)計(jì)出全信息的動(dòng)態(tài)血壓記錄儀,使每次測(cè)量結(jié)果完全透明,使醫(yī)生可以對(duì)照原始波形判斷數(shù)據(jù)的真?zhèn)危行д鐒e出干擾和偽差引起的錯(cuò)誤檢測(cè),恢復(fù)真實(shí)血壓,保證血壓報(bào)告的有效性和可靠性。
家用電子血壓計(jì),主要是用于家庭。家庭醫(yī)療保健已成為現(xiàn)代人的醫(yī)療保健時(shí)尚。過去人們測(cè)量血壓必須到醫(yī)院才行,而今只要擁有了家用電子血壓計(jì),坐在家里便可隨時(shí)監(jiān)測(cè)血壓的變化,如發(fā)現(xiàn)血壓異常便可及時(shí)去醫(yī)院治療,起到了預(yù)防腦出血、心功能衰竭等疾病猝發(fā)的作用。本文將詳細(xì)介紹便攜式血壓測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)。



目 錄
前言
第一章 便攜式血壓計(jì)裝置總體概述
§1.1 便攜式血壓計(jì)簡(jiǎn)介
§1.1.1 便攜式血壓計(jì)的介紹
§1.1.2 便攜式血壓計(jì)功能簡(jiǎn)介
§1.1.3 便攜式血壓計(jì)使用注意事項(xiàng)[7]
§1.2 血壓計(jì)裝置設(shè)計(jì)方案
§1.2.1 設(shè)計(jì)總體要求
§1.2.2 具體設(shè)計(jì)方案
§1.3 便攜式血壓計(jì)工作原理
§1.3.1 血壓測(cè)量的工作原理
§1.3.2 便攜式血壓計(jì)的工作原理
第三章 硬件電路的設(shè)計(jì)
§3.1 傳感器簡(jiǎn)介以及電路設(shè)計(jì)
§3.1.1 傳感器簡(jiǎn)介[11]
§3.1.2 傳感器電路設(shè)計(jì)
§3.2 AT89C51單片機(jī)的簡(jiǎn)介及其電路設(shè)計(jì)
§3.2.1 AT89C51簡(jiǎn)介
§3.2.2 主要性能參數(shù)
§3.3 單片機(jī)電路設(shè)計(jì)
§3.3.1 AT89C51的復(fù)位電路:
§3.3.2 AT89C51的時(shí)鐘電路:
§3.3.3 AT89C51與液晶顯示模塊的電路連接
§3.4 液晶顯示模塊簡(jiǎn)介及電路設(shè)計(jì)
§3.4.1 液晶顯示模塊DM-1602簡(jiǎn)介
§3.4.2 液晶顯示模塊DM-1602電路設(shè)計(jì)
§3.5 其他電路設(shè)計(jì)
§3.5.1低通濾波電路
§3.5.2 電源電路
§3.5.3 線性閥PWM控制電路
§3.5.3 充氣PUMP控制電路
§3.5.4 按鍵電路
第四章 軟件系統(tǒng)流程以及程序的設(shè)計(jì)
§4.1 單片機(jī)主程序流程圖
§4.2 處理模塊
§4.3測(cè)量模塊
§4.4 信號(hào)處理模塊
§4.5 顯示模塊
§4.7 電源處理模塊
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝
附錄
附錄A  子程序流程圖
附錄B  部分參考程序
附錄C  元件清單
附錄D  主電路圖:



前言
在現(xiàn)代疾病譜上,高血壓的危害無疑高居前幾位。對(duì)于上了年紀(jì)的人,血壓是一個(gè)重要的健康信號(hào)。隨著生活水平的提高,時(shí)下老年人對(duì)自己的血壓越來越關(guān)注。高血壓是世界最常見的心血管疾病,也是最大的流行病之一,它的危害非常的巨大,據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料顯示,我國(guó)現(xiàn)有的高血壓患者已達(dá)一億,并且每年新增人數(shù)在300萬以上。從高血壓目前的危害來看,高血壓病已成為人類的頭號(hào)隱形殺手病。高血壓病不但是長(zhǎng)期危害人體健康的一種慢性病,而且它還是腦中風(fēng)、冠心病、心肌梗死、心力衰竭、腎衰等疾病的禍?zhǔn)祝虼吮蝗藗兎Q為“無形殺手”。
治療高血壓病,首先是要測(cè)量準(zhǔn)確的血壓。測(cè)量血壓的儀器稱為血壓計(jì)。血壓計(jì)可分為直接式和間接式兩種。兩種血壓計(jì)的工作原理是不相同的,直接式是用壓力傳感器直接測(cè)量壓力變化;間接式的工作原理則是控制從外部施加到被測(cè)部位上的壓強(qiáng),并將控制的結(jié)果與其相關(guān)的柯氏音的產(chǎn)生和消失的信息加以判斷。前者不管對(duì)動(dòng)脈或靜脈都可連續(xù)測(cè)試,而后者只能測(cè)量動(dòng)脈的收縮壓和舒張壓。
傳統(tǒng)的血壓計(jì)是模擬的血壓計(jì)。此類血壓計(jì)操作比較復(fù)雜,測(cè)量精度不夠,而且受環(huán)境影響較大。為了讓廣大血壓計(jì)使用者更方便的使用與維護(hù)血壓計(jì),也讓更多的人學(xué)會(huì)使用血壓計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)單的血壓測(cè)量,設(shè)計(jì)出一臺(tái)操作便捷,測(cè)量精確,無需維護(hù)的智能型測(cè)量血壓的裝置,以幫助人們對(duì)抗高血壓。
本論文也具有比較重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前,市場(chǎng)上的使用的血壓計(jì)大部分仍是水銀血壓計(jì),也有一些動(dòng)態(tài)血壓記錄儀。水銀血壓計(jì)每次測(cè)量必須由醫(yī)生戴上聽診器進(jìn)行測(cè)量,測(cè)量過程復(fù)雜;而且對(duì)不同的醫(yī)生,測(cè)量結(jié)果可能不同:對(duì)同一個(gè)人來說,影響血壓因素非常多,由于每次測(cè)量的時(shí)間不可能很長(zhǎng),測(cè)得結(jié)果在某些情況就不能真實(shí)的反映被測(cè)對(duì)象的血壓值。在動(dòng)態(tài)血壓檢測(cè)中干擾和偽差是不可避免的。目前市場(chǎng)上的大部分動(dòng)態(tài)血壓記錄儀,只記錄每次測(cè)量的結(jié)果,醫(yī)生面對(duì)的是一批真?zhèn)坞y辯的數(shù)字。本課題研究最終旨在設(shè)計(jì)出全信息的動(dòng)態(tài)血壓記錄儀,使每次測(cè)量結(jié)果完全透明,實(shí)時(shí)分析結(jié)合回顧分析,使醫(yī)生可以對(duì)照原始波形判斷數(shù)據(jù)的真?zhèn)危行д鐒e出干擾和偽差引起的誤檢測(cè),恢復(fù)真實(shí)血壓,保證血壓報(bào)告的有效性和可靠性。

第一章 便攜式血壓計(jì)裝置總體概述§1.1 便攜式血壓計(jì)簡(jiǎn)介§1.1.1 便攜式血壓計(jì)的介紹
該產(chǎn)品重量輕,便攜,可放入醫(yī)生護(hù)士口袋。無水銀,增強(qiáng)環(huán)保性,避免了因水銀泄露而造成的污染事故。操作簡(jiǎn)單易懂,特別適合家庭使用。[2]
§1.1.2 便攜式血壓計(jì)功能簡(jiǎn)介
該血壓計(jì)以壓力傳感器測(cè)得血壓值,再將血壓數(shù)據(jù)通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),傳入單片機(jī),然后由控制核心單片機(jī)控制,經(jīng)主程序處理數(shù)據(jù)之后,在液晶顯示器上把數(shù)據(jù)顯示出來。
§1.1.3 便攜式血壓計(jì)使用注意事項(xiàng)
1.袖帶位置須與心臟高度保持一致,上臂自然下垂,肘和前臂自然地搭在桌子上,手心向上,不要把整個(gè)胳膊平伸在高于心臟位置的桌子上,或用墊子將胳膊墊得過高;
2. 每天要在固定時(shí)間和同樣狀態(tài)下,以相同的姿勢(shì)測(cè)量血壓;
3. 應(yīng)該在安靜的狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)量,測(cè)量前安靜休息10~20分鐘,深呼吸2~3次;
4. 飯后或運(yùn)動(dòng)后至少休息一小時(shí)再進(jìn)行測(cè)量;
5. 不要在浴后、吸煙、飲酒、喝咖啡后測(cè)血壓;
6. 要在沒有尿意時(shí)測(cè)血壓
7. 測(cè)量時(shí)應(yīng)保持心情舒暢,沒有疲勞感,不緊張。
§1.1.4血壓計(jì)的技術(shù)指標(biāo)
在設(shè)計(jì)和使用一個(gè)生物醫(yī)學(xué)儀器系統(tǒng)或進(jìn)行這種測(cè)量時(shí),為了方
便,通常又只簡(jiǎn)單考慮下列基本要求。
一.量程
測(cè)量?jī)x器的測(cè)量范圍稱為量程。必須使測(cè)量?jī)x器的量程適合于被測(cè)信號(hào)大小的范圍。對(duì)所有可能的被測(cè)變量或參量的整個(gè)可能取值范圍,儀器應(yīng)能提供適當(dāng)?shù)淖x數(shù)或其它顯示信號(hào)。儀器量程太小,則被測(cè)信號(hào)將使儀器“超載”而無法測(cè)量;儀器量程過大,則因信號(hào)過小而增加測(cè)量誤差。所以,儀器量程必須適當(dāng)。對(duì)于電子血壓計(jì)來說,合適的量程應(yīng)該在0~300mmHg。
二.靈敏度
測(cè)量?jī)x器的靈敏度決定被測(cè)量多小的一個(gè)改變量能夠可靠地被測(cè)量來。一個(gè)儀器的靈敏度越高,它能測(cè)出的變化量越小。一個(gè)儀器靈敏度的高或低,取決于被測(cè)量有一個(gè)微小改變時(shí),它是否能可靠地反映出來,而與被測(cè)量的絕對(duì)大小無關(guān)。必須注意,儀器的靈敏度并不是越高越好。對(duì)于給定的測(cè)量,靈敏度應(yīng)適當(dāng)。靈敏度低固然不行,但靈敏度過高將帶來非線性或不穩(wěn)定性。對(duì)于電子血壓計(jì)來說,靈敏度在1刻度/mmHg即可。
三 線性
測(cè)量?jī)x器的線性表示在整個(gè)測(cè)量量程內(nèi),輸出值是否以相同比例(即呈直線地)隨輸入值而變化。在一個(gè)線性測(cè)量系統(tǒng)內(nèi),對(duì)所有的輸入值不論是在量程的高端、中段還是低端,都具有相同的靈敏度。在直角坐標(biāo)系內(nèi),將測(cè)量結(jié)果作輸出值與輸入值的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線,得到的是一根直線。除非為了某種特殊的目的,一般情況下,希望整個(gè)測(cè)量量程內(nèi)有盡可能大的線性范圍。至少在感興趣或最重要的量程段內(nèi)測(cè)量具有足夠好的線性。測(cè)量?jī)x器通常給出指定量程范圍內(nèi)的非線性值。例如,非線性<±5%,表示在指定量程范圍內(nèi),靈敏度相差小于±5%。
四.頻率響應(yīng)
對(duì)不同頻率的輸入信號(hào),儀器的反應(yīng)往往不完全相同。有的儀器對(duì)較高頻率的信號(hào)較靈敏,而對(duì)較低頻率的信號(hào)不靈敏;另外一些儀器則相反。測(cè)量?jī)x器的頻率響應(yīng)反映對(duì)不同頻率信號(hào)的靈敏度的變化。對(duì)不同頻率范圍的被測(cè)生物信息,必須選擇適當(dāng)頻率響應(yīng)的測(cè)量?jī)x器。根據(jù)不同的頻率范圍,有所謂的“高頻儀器”、“低頻儀器”、“寬頻帶儀器”。如果頻率范圍不適當(dāng),將出現(xiàn)“失真”,測(cè)量結(jié)果不符合被測(cè)信號(hào)的真實(shí)情況。人體血壓波是一個(gè)低頻信號(hào),因此電子血壓計(jì)應(yīng)具有良好的低頻響應(yīng)。
五.信噪比
測(cè)量中總是存在噪聲干擾,這種噪聲有時(shí)使測(cè)量無法進(jìn)行。衡量的標(biāo)準(zhǔn)就是信噪比(S/N),即信號(hào)與噪聲的相對(duì)大小比值。盡管儀器靈敏度很高,如果噪聲的大小與信號(hào)的大小相近,甚至更高,則測(cè)量無法進(jìn)行。顯然,信噪比越大越好。
六.測(cè)量平均值
通常一個(gè)被測(cè)量的真實(shí)值是不知道的,需要我們?nèi)y(cè)定它?偛豢杀苊獾鼐哂姓`差,誤差的根源是多種多樣的,可能來自測(cè)量?jī)x器的某些缺陷、各種外界因素(空氣溫度、壓力、濕度等的變化,外部電磁場(chǎng)、機(jī)械振動(dòng)等)或者觀察者的視察等等。故嚴(yán)格地講,真實(shí)值是無法確切地測(cè)得的。我們可以這樣來定義實(shí)驗(yàn)科學(xué)中的真實(shí)值:設(shè)在測(cè)量中觀察的次數(shù)為無限多,根據(jù)誤差分布定律,正負(fù)誤差出現(xiàn)的幾率相等,故將各觀察值相加,加以平均,可獲得極接近于真實(shí)值的數(shù)值。所以測(cè)量次數(shù)無限多時(shí)求得的平均值可作為科學(xué)實(shí)驗(yàn)的真實(shí)值。當(dāng)然,平時(shí)我們測(cè)量的次數(shù)都是有限的,求得的只是近似真實(shí)值的平均值。常用的平均值有下列幾種:
1.算術(shù)平均值
2.均方根平均值
3.中位值
4.加權(quán)平均值
七.精確度與準(zhǔn)確度
測(cè)量的精確度和準(zhǔn)確度的意義是不同的。精確度指所測(cè)得數(shù)值重復(fù)性的大;準(zhǔn)確度指所測(cè)得的數(shù)值與真實(shí)值符合的程度。在一組測(cè)量值中,盡管精確度很高,但準(zhǔn)確度不一定很好;反之,若準(zhǔn)確度好,則精確度一定高。因此,測(cè)量?jī)x器的校準(zhǔn)是一項(xiàng)十分重要的任務(wù),應(yīng)當(dāng)定期與相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或地方標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)。還應(yīng)當(dāng)注意準(zhǔn)確度與靈敏度的區(qū)別。人們常把靈敏的儀器稱為準(zhǔn)確的儀器,這是不確切的。在一個(gè)靈敏的儀器中,被測(cè)量有一個(gè)很小的改變就能使指針偏轉(zhuǎn),但這時(shí)儀器的讀數(shù)可能與該量的真實(shí)值相差很大。
八.絕對(duì)誤差與相對(duì)誤差
測(cè)量所得的數(shù)值和真實(shí)值之間總存在著某一誤差,這一誤差值稱為測(cè)量的絕對(duì)誤差。我們用絕對(duì)誤差值與整個(gè)被測(cè)量的值之比來估量的準(zhǔn)確度是比較方便的,這個(gè)比值稱為測(cè)量的相對(duì)誤差。
九.重復(fù)性
儀器對(duì)于在一定時(shí)間期限內(nèi)加上同樣的輸入信號(hào),能給出同樣的輸出信號(hào)的能力,叫重復(fù)性或再現(xiàn)性。重復(fù)性不意味著精度。
十 精度
儀器的精度是指其最大誤差值,并以該儀器的量程的百分比來表示。按照標(biāo)準(zhǔn),通常的電氣測(cè)量?jī)x表依其精度可分為:0.2,0.5,1.0,1.5,2.5等五級(jí)。電子血壓計(jì)的精度一般在1.5級(jí)就可以了。
§1.2 血壓計(jì)裝置設(shè)計(jì)方案§1.2.1 設(shè)計(jì)總體要求
便攜式電子血壓計(jì)是傳感技術(shù)和微電腦技術(shù)的結(jié)合體,它的結(jié)構(gòu)應(yīng)該能保證完成三項(xiàng)基本任務(wù):①感應(yīng)血流的壓力;②判別高壓和低壓;③在屏幕上顯示測(cè)量結(jié)果。
感受血流壓力離不了傳感器,民用電子血壓計(jì)中所應(yīng)用的壓力傳感器必須是高性能低成本的,靈敏度要高,測(cè)量范圍倒不需要很大。在各種傳感器中有一類是利用壓電效應(yīng)的,還有一種人工合成的被稱為PVDF的壓電薄膜,它是柔軟的塑料。其次就是能根據(jù)血壓變動(dòng)及時(shí)抓住高、低壓的微處理器。另外,血壓會(huì)通過電子血壓計(jì)的液晶顯示屏進(jìn)行顯示。
§1.2.2 具體設(shè)計(jì)方案
在這里介紹一下有關(guān)血壓的基本知識(shí),血壓是血液在血管內(nèi)流動(dòng)時(shí)對(duì)血管壁的側(cè)壓力。血壓分收縮壓和舒張壓。當(dāng)心室收縮向動(dòng)脈泵血時(shí),血壓升高,其最高值為收縮壓。心室舒張時(shí),血壓降低,其最低值為舒張壓。血壓通常以上肢肪動(dòng)脈測(cè)得的血壓為代表,正常成年人上膠動(dòng)脈的收縮壓為90~140毫米汞柱,舒張壓為60~90毫米汞柱。血壓過低或過高都是疾病的征象。
血液在動(dòng)脈血管中的壓力隨著心臟的收縮、舒張而不斷變化,而人的心臟的收縮頻率即心率比較低,一般在30~300bpm,由此血壓脈動(dòng)鑲號(hào)是相對(duì)而言還是屬于一種緩慢變化的信號(hào),我的設(shè)計(jì)是采用外接式的結(jié)構(gòu),以89C51單片機(jī)為核心,由其內(nèi)部自帶的10位8通道A/D轉(zhuǎn)換模塊構(gòu)成的采樣模塊,,該模塊的采樣數(shù)據(jù)由單片機(jī)串口經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后送到上位機(jī)的串口COMI或COMZ,形成種連續(xù)數(shù)據(jù)采集串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?/div>
本設(shè)計(jì)是基于89C51單片機(jī)的設(shè)計(jì),具體裝置方案如圖1-1所示。

圖1-1便攜式血壓計(jì)設(shè)計(jì)方案
系統(tǒng)工作示意圖如圖 1-2所示。
圖1-2 血壓計(jì)系統(tǒng)工作示意圖
電源開啟過后,若有必要修改系統(tǒng)的默認(rèn)參數(shù),將由鍵盤輸入或PC機(jī)對(duì)其進(jìn)行設(shè)置。經(jīng)過了這個(gè)階段以后,系統(tǒng)將對(duì)某些參數(shù)和硬件內(nèi)部的一些寄存器進(jìn)行初始化工作。初始化完成之后,將啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換,等待直至A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束。然后將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果送入上位機(jī)。待采樣的時(shí)間達(dá)1秒鐘后將分析數(shù)據(jù)結(jié)果,求出最大值和最小值,將這些數(shù)據(jù)處理后即為收縮壓和舒張壓。將它們送往LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示。
§1.3 便攜式血壓計(jì)工作原理§1.3.1 血壓測(cè)量的工作原理
血壓有兩種,一是收縮壓:是當(dāng)心臟收縮把血液打到血管所測(cè)得的血壓,二是舒張壓:是心臟在不收縮所得的壓力。當(dāng)袖帶的壓力等于血壓時(shí),血液開始可以流通而產(chǎn)生所謂的袖帶聲,這時(shí)候也就是收縮壓,必須開始從這里做記錄,直到最后當(dāng)袖帶聲沒有的時(shí)候,此點(diǎn)即為舒張壓。
根據(jù)氣袖在減壓過程中,其壓力振蕩波的振幅變化包絡(luò)線來判定血壓的。目前比較一致的看法是當(dāng)氣袖壓力振蕩波的振幅最大的時(shí)候,氣袖的壓力是動(dòng)脈的平均壓。動(dòng)脈的收縮壓對(duì)應(yīng)于振幅包絡(luò)線的第一個(gè)拐點(diǎn),舒張壓對(duì)應(yīng)于包絡(luò)線的第二個(gè)拐點(diǎn)。
收縮壓判斷的確定:通常采用最大的振幅法,即在放氣過程中脈搏波振幅度包絡(luò)線的上升段,當(dāng)某一個(gè)脈搏波的幅度之比時(shí),就認(rèn)為此時(shí)對(duì)應(yīng)的氣袖壓力為收縮壓。
    (1-1)
舒張壓判斷的確定:也是用最大的振幅法來判定,不過是在脈搏波振幅包絡(luò)線的下降段,當(dāng)某一個(gè)脈搏波的幅度之比時(shí),就認(rèn)為此時(shí)對(duì)應(yīng)的氣袖壓力為舒張壓。
     (1-2)
血壓信號(hào)以及收縮舒張壓的位置如圖1-3所示
圖1-3 血壓交直流信號(hào)及收縮壓和舒張壓位置
先找出最大振幅值 Amax,在往前找幅值為0.5Amax的瞬態(tài)位置對(duì)應(yīng)血壓直流分量即為收縮壓,往后找幅值為0. 8Amax的瞬態(tài)位置對(duì)應(yīng)血壓直流分量即為舒張壓,將計(jì)算出的收縮壓和舒張壓結(jié)果輸出至液晶驅(qū)動(dòng)器顯示。
§1.3.2 便攜式血壓計(jì)的工作原理
馬達(dá)在充氣時(shí),袖帶內(nèi)部產(chǎn)生壓力,數(shù)字壓力傳感器ASDX 001感應(yīng)到該壓力值,經(jīng)過放大以及濾波電路后,由單片機(jī)89C51的第1腳讀入,并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。單片機(jī)在程序的控制下,嚴(yán)格按照ASDX 001壓力傳感器的要求的工作時(shí)序進(jìn)行讀寫控制,讀入信號(hào)后,對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)運(yùn)算,然后經(jīng)DM-162液晶顯示模塊進(jìn)行顯示
模擬開關(guān)之后是模擬通道的轉(zhuǎn)換部分,它包括采樣/保持和A/D轉(zhuǎn)換電路。采樣/保持電路的作用是快速拾取模擬多路開關(guān)輸出的子樣脈沖,并保持幅值恒定,以提高A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度,如果把采樣/保持電路放在模擬多路開關(guān)之前(每通道一個(gè)),還可實(shí)現(xiàn)對(duì)瞬時(shí)信號(hào)進(jìn)行同時(shí)采樣。
采樣/保持器輸出的信號(hào)送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器,模數(shù)轉(zhuǎn)換器是模擬輸入通道的關(guān)鍵電路。由于輸入信號(hào)變化速度不同,系統(tǒng)對(duì)分辨力,精度、轉(zhuǎn)換速率及成本的要求也不同,所以A/D轉(zhuǎn)換器的種類較多。
A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果要送給計(jì)算機(jī)。有的則采用并行碼輸出,有的則采用串行碼輸出。使用串行輸出結(jié)果的方式對(duì)長(zhǎng)距離傳輸和需要光電隔離的場(chǎng)合較為有利。


第三硬件電路的設(shè)計(jì)§3.1 傳感器簡(jiǎn)介以及電路設(shè)計(jì)§3.1.1 傳感器簡(jiǎn)介[11]
ASDX 001屬于微型結(jié)構(gòu)壓力傳感器ASDX DO系列。ASDX系列是Sensym 公司檢定合格的ICT 代表產(chǎn)品的一種增強(qiáng)型品種。也是工業(yè)水平領(lǐng)先的一種SDX系列傳感器增強(qiáng)型。ASDX 001 傳感器的外形尺寸要比SDX稍大,能提供高電平(4.0 V測(cè)量范圍)的輸出電壓,價(jià)格便宜。ASDX 001壓力傳感器內(nèi)置專用集成電路(ASIC)經(jīng)全面CI校準(zhǔn)并有溫度補(bǔ)償。ASDX 001壓力傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)DIP封裝,可對(duì)傳感器偏置、靈敏度、溫度系數(shù)和非線性度進(jìn)行數(shù)字校正。ASDX 001采用了IC兼容性協(xié)議,無需額外的元件或電子電路,就可容易地連接最常用的微控制器和微處理器。
所有ASDX DO壓力傳感器的精度在滿量程范圍內(nèi)為 。具有可用單一5 供電電壓土作的特性。傳感器的設(shè)計(jì)和制造均遵循ISO 9001標(biāo)準(zhǔn)。此系列傳感器可用于非腐蝕性、非電離的工作流體,如空氣和干燥氣體。
傳感器的輸出是一個(gè)16進(jìn)制格式的己校正的壓力值,其分辨率為12位。
該壓力傳感器可用于測(cè)量絕對(duì)壓、差力壓和表力壓。范圍從1PSI到100PSI,絕壓型傳感器有一個(gè)內(nèi)部真空參比值(基準(zhǔn)值),因此可直接輸出一個(gè)與絕對(duì)壓成比例的信號(hào)。差壓型裝置允許在傳感膜片的任一側(cè)施加壓力,可用于壓力差的測(cè)量。
數(shù)字壓力傳感器ASDX 001的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介。
(1)外部結(jié)構(gòu):
圖2-1 ASDX 001外部結(jié)構(gòu)圖
(2)內(nèi)部結(jié)構(gòu)
ASDX 001的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括4部分,如圖2-2所示。
圖2-2 ASDX 00內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
§3.1.2 傳感器電路設(shè)計(jì)
ASDX 001的外圍引腳共有8個(gè),其中5個(gè)為空腳。工作電壓為正5負(fù)。由腳引入正5負(fù)電壓,為數(shù)據(jù)輸出腳,將所測(cè)量得到的數(shù)字電壓信號(hào)傳送到單片機(jī)的P1.0腳,ASDX 001的地腳為GND腳,接地。
因此,這個(gè)電路連接十分簡(jiǎn)單,只需要將傳感器的輸出腳Vout連接到AT89C51單片機(jī)的1腳上即可,如圖2-3所示。
圖2-3 ASDX 001與單片機(jī)的連接電路原理圖


§3.2 AT89C51單片機(jī)的簡(jiǎn)介及其電路設(shè)計(jì)§3.2.1 AT89C51簡(jiǎn)介
AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓 ,高性能CMOS 8位單片機(jī),片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM ),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn),兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng),片內(nèi)置通用8位中央處理器(CPU)和Flash存儲(chǔ)單元,功能強(qiáng)大的AT89C51單片機(jī)能應(yīng)用許多高性價(jià)比的場(chǎng)合,可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。
AT89C51的封裝如圖2-4所示。
圖2-4  AT89C51封裝圖
§3.2.2 主要性能參數(shù)
(1)主要特性:[8][11]
·4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器;壽命:1000寫/擦循環(huán);數(shù)據(jù)保留時(shí)間:10年
·全靜態(tài)工作:0Hz-24Hz
·三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定
·128*8位內(nèi)部RAM
·32可編程I/O線
·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器
·5個(gè)中斷源
·可編程串行通道
·低功耗的閑置和掉電模式
·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路
(2)管腳說明:
    VCC:供電電壓。
GND:接地。
P0口:P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口,每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí),被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí),P0 口作為原碼輸入口,當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí),P0輸出原碼,此時(shí)P0外部必須被拉高。
P1口:P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口,P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后,被內(nèi)部上拉為高,可用作輸入,P1口被外部下拉為低電平時(shí),將輸出電流,這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí),P1口作為第八位地址接收。
P2口:P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P2口緩沖器可接收,輸出4個(gè)TTL門電流,當(dāng)P2口被寫“1”時(shí),其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高,且作為輸入。并因此作為輸入時(shí),P2口的管腳被外部拉低,將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí),P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí),它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì),當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí),P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。
P3口:P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口,可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后,它們被內(nèi)部上拉為高電平,并用作輸入。作為輸入,由于外部下拉為低電平,P3口將輸出電流(ILL)這是由于上拉的緣故。
P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口,如下所示。
口管腳 (備選功能)
P3.0 RXD(串行輸入口)
P3.1 TXD(串行輸出口)
P3.2 /INT0(外部中斷0)
P3.3 /INT1(外部中斷1)
P3.4 T0(記時(shí)器0外部輸入)
P3.5 T1(記時(shí)器1外部輸入)
P3.6 /WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)
P3.7 /RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)
P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。
RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí),要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。
ALE/PROG:當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí),地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間,此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí),ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào),此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是:每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí), ALE只有在執(zhí)行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外,該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止,置位無效。
/PSEN:外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間,每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),這兩次有效的 /PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。
/EA/VPP:當(dāng)/EA保持低電平時(shí),則在此期間外部程序存儲(chǔ)器(0000H-FFFFH),不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí), /EA將內(nèi)部鎖定為RESET;當(dāng)/EA端保持高電平時(shí),此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間,此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)。
XTAL1:反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。
XTAL2:來自反向振蕩器的輸出。
(3)振蕩器特性:
XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件,XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器,因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求,但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。
(4)芯片擦除
整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合,并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中,代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前,該操作必須被執(zhí)行。
此外,AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯,可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯,支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下,CPU停止工作。但RAM,定時(shí)器,計(jì)數(shù)器,串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下,保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器,禁止所用其他芯片功能,直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。
§3.3 單片機(jī)電路設(shè)計(jì)§3.3.1 AT89C51的復(fù)位電路:
同時(shí)在第9腳引出一個(gè)22uF的電容和一個(gè)2K的電阻接+5V的電源組成一個(gè)復(fù)位電路,如圖2-5所示。
圖2-5  AT89C51復(fù)位電路原理圖
§3.3.2 AT89C51的時(shí)鐘電路:
AT89C51的+5V電源由39腳引入,第19腳接地,第17腳和第18腳間由12MHz的晶振及兩個(gè)20pF的無極性電路組成一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路,如圖2-6所示。
圖2-6  AT89C51時(shí)鐘電路原理圖
§3.3.3 AT89C51與液晶顯示模塊的電路連接
液晶顯示模塊所要的數(shù)字信號(hào)從AT89C51的P0.0-P0.7口引出,分別對(duì)應(yīng)的接DM-162的D0-D7端口,完成數(shù)據(jù)傳輸,液晶顯示模塊的控制引腳RS、PR、E分別接到89C51的P3.5、P3.6、P3.7口,以實(shí)現(xiàn)微處理器對(duì)液晶顯示模塊的控制,如圖2-7所示。
圖2-7  AT89C51與顯示模塊電路接線原理圖
§3.4 液晶顯示模塊簡(jiǎn)介及電路設(shè)計(jì)§3.4.1 液晶顯示模塊DM-1602簡(jiǎn)介
液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn),在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。
這里介紹的字符型液晶模塊是一種用5x7點(diǎn)陣圖形來顯示字符的液晶顯示器,根據(jù)顯示的容量可以分為1行16個(gè)字、2行16個(gè)字、2行20個(gè)字等等,實(shí)物圖片如圖2-8所示。
圖2-8  DM-162實(shí)物圖
1602采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳接口,其中:
第1腳:VSS為地電源
第2腳:VDD接5V正電源
第3腳:V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端,接正電源時(shí)對(duì)比度最弱,接地電源時(shí)對(duì)比度最高,對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”,使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。
第4 腳:RS為寄存器選擇,高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。
第5腳:RW為讀寫信號(hào)線,高電平時(shí)進(jìn)行讀操作,低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址,當(dāng)RS為低電平RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào),當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。
第 6腳:E端為使能端,當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí),液晶模塊執(zhí)行命令。
第 7~14腳:D0~D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。
第15~16腳:空腳
1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器(CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形,如表2-1所示,這些字符有:阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等,每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼,比如大寫的英文字母“A”的代碼是 01000001B(41H),顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來,就能看到字母“A”。
表2-1 CGRM和CGRAM中字符代碼與字符圖形對(duì)應(yīng)關(guān)系
高位
地位
0000
0010
0011
0100
0101
0111
××××0000
CGRAM(1)

1
è
Q
p
××××0001
(2)
!
2
A
R
q
××××0010
(3)
3
B
S
r
××××0011
(4)
#
4
C
T
s
××××0100
(5)
$
5
D
U
t
××××0101
(6)
%
6
E
V
u
××××0110
(7)
&
7
F
W
v
××××0111
(8)
>
8
G
X
w
××××1000
(1)
(
9
H
Y
x
××××1001
(2)
)
:
I
Z
y
××××1010
(3)
;
J
[
z
××××1011
(4)
+
<
K
¥
{
××××1100
(5)
|
=
L
|
××××1101
(6)
_
>
M
^
}
××××1110
(7)
.
?
N
-
-
××××1111
(8)
/

O

1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令,如表2-2所示。


表2-2  1062 內(nèi)部控制指令
指令
RS
R/W
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
1清顯示
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
2光標(biāo)返回
0
0
0
0
0
0
0
0
1
*
3置輸入模式
0
0
0
0
0
0
0
1
I/D
S
4顯示開關(guān)控制
0
0
0
0
0
0
1
D
C
B
5光標(biāo)或字符移位
0
0
0
0
0
1
S/C
R/L
*
*
6置功能
0
0
0
0
1
DL
N
F
*
*
7置字符發(fā)生存儲(chǔ)器地址
0
0
0
1
字符發(fā)生存儲(chǔ)器地址(AGG)
8置數(shù)字存儲(chǔ)器地址
0
0
1
顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址(ADD)
9讀忙標(biāo)志或地址
0
1
BF
計(jì)數(shù)器地址
10寫數(shù)到CGRAM
1
0
要寫的數(shù)
11從CGRAM讀數(shù)
1
1
讀出的數(shù)據(jù)

§3.4.2 液晶顯示模塊DM-1602電路設(shè)計(jì)
VSS為地電源,VDD接5V正電源,V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端,接正電源時(shí)對(duì)比度最弱,接地電源時(shí)對(duì)比度最高,對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”,使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。PS為寄存器選擇,高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。RW為讀寫信號(hào)線,高電平時(shí)進(jìn)行讀操作,低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)PS和PR共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址,當(dāng)PS為低電平PR為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào),當(dāng)PS為高電平PR為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。E端為使能端,當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí),液晶模塊執(zhí)行命令,如圖2-11所示。
0
圖2-11   液晶顯示模塊電路

§3.5 其他電路設(shè)計(jì)§3.5.1低通濾波電路
傳感器和電路中的器件常會(huì)產(chǎn)生噪聲,人為的發(fā)射源也可以通過各種耦合渠道使信號(hào)通道感染上噪聲。為提高模擬輸入信號(hào)的信噪比,可以用信號(hào)濾波器(Filter)來衰減這些噪聲,即通過濾波器來去除許多與測(cè)量無關(guān)的頻率成分,濾去不必要的高頻、低頻或無關(guān)信號(hào),或是取得某些特定頻段的信號(hào)。濾波器可以用R,L,C等無源元件組成,也可用無源和有源元件組合而成。前者稱之為無源濾波器(Passive Filter),后者稱為有源濾波器(Active Filter)。有源濾波器中的有源元件可以用晶體三極管,也可以使用運(yùn)算放大器。采用運(yùn)算放大器組成的有源濾波器具有體積小、重量輕、損耗低等優(yōu)點(diǎn),并且可以提供一定的增益,還可以起到緩沖作用,所以采用運(yùn)放形式組成的有源濾波器使用特別廣泛。本設(shè)計(jì)所用的濾波器也采用了二階有源濾波器這種形式。其結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。其中元件的選擇對(duì)其性能有很大影響。
§3.5.2 電源電路
電源由AAA電池兩顆提供。電源透過L1、D1、U3形成PFM升壓電路,R33與C9做為升壓后電壓濾波作用。實(shí)測(cè)中,加上R33可降低50%之電源離訊。Q4為VCC電源控制電晶體。R13與R14分壓值做為電壓偵測(cè)位準(zhǔn)。
具體工作方式:當(dāng)3V電壓從L1流過給升壓IC后,經(jīng)升壓從第3腳輸出為5V,Q4為開關(guān)管,在關(guān)機(jī)狀態(tài)下,Q4不導(dǎo)通,C9,C11為濾波電容。當(dāng)POWER鍵按下時(shí)Q4導(dǎo)通,輸出一個(gè)5V的電壓給Vcc,供電給其他設(shè)備。如圖2-12所示。
圖2-12   電源電路原理圖

§3.5.3 線性閥PWM控制電路
PWM是一種波形調(diào)制技術(shù),可用來產(chǎn)生占空比可調(diào)的方波輸出,廣泛用于電機(jī)調(diào)速控制空面,電動(dòng)機(jī)是常用的電能—?jiǎng)幽苻D(zhuǎn)換器件。如果簡(jiǎn)單的通過串電阻或者降電壓的方法來降低電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速往往使得效率下降,能耗增加,嚴(yán)重可能使電動(dòng)機(jī)再非額定參數(shù)下工作而造成損壞。于是需要一種既要電機(jī)工作在額定電壓又可以使電動(dòng)機(jī)降低轉(zhuǎn)速的技術(shù)。PWM應(yīng)運(yùn)而生。
泄氣速率以PWM(Pulse Width Modulation 脈寬調(diào)變)方式控制,MCU將依據(jù)壓力值之泄氣變化調(diào)整泄氣速率在規(guī)格范圍內(nèi)。C11與C12做為 穩(wěn)定電源與濾波作用,減少PWM控制避免電源變動(dòng)造成電壓不穩(wěn)。[12]
具體工作方式:當(dāng)充氣到200KPA時(shí),開始漏氣,由IC發(fā)出一個(gè)信號(hào)給第3腳,經(jīng)R12流過到Q2,使Q2導(dǎo)通,輸出一個(gè)2.7V的電壓給V1,使V1開始工作,D2保護(hù)Q2和V1的正常工作而設(shè)計(jì),如圖2-13所示。
圖2-13 線性閥 PWM控制電路
§3.5.3 充氣PUMP控制電路
PUMP control訊號(hào)控制PUMP動(dòng)作,R27為限流電阻。
具體工作方式:由IC的4腳輸出一個(gè)低電平約(0.6V)信號(hào)給R27,經(jīng)Q1導(dǎo)通,VBT為Q1提供3V的電壓,Q1導(dǎo)通輸出一個(gè)3.2V的電壓經(jīng)PUMP,使PUMP導(dǎo)通。D3為保護(hù)二極管,使PUMP能穩(wěn)定工作。[12]如圖2-14所示。
圖2-14  充氣PUMP控制電路原理圖
§3.5.4 按鍵電路
開關(guān)連接單片機(jī)的27腳,構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)的開關(guān)電源。按下POWER鍵,則系統(tǒng)導(dǎo)通,開始工作。如圖2-15所示。
圖2-15   按鍵電路原理圖

第四軟件系統(tǒng)流程以及程序的設(shè)計(jì)§4.1 單片機(jī)主程序流程圖
主程序流程如圖3-1所示。
圖3-1主程序流程圖
主程序依此調(diào)用5個(gè)模塊:處理模塊、測(cè)量模塊、信號(hào)處理模塊顯示模塊、顯示模塊、電源處理模塊。
§4.2 處理模塊
判斷鍵盤的當(dāng)前狀態(tài)(是否開/關(guān)電源),執(zhí)行相應(yīng)的操作。處理模塊流程圖如圖3-2所示。
圖3-2 處理模塊流程圖
§4.3測(cè)量模塊
測(cè)量信號(hào)為二路,壓力傳感器的信號(hào)經(jīng)放大送AD1,作為靜態(tài)直流血壓信號(hào);隔直后經(jīng)再次放大送AD2,作為脈搏波信號(hào)。由于傳感器的AD為10位,因此最高精度可達(dá)1/1024。采樣后的信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理模塊的處理,最終計(jì)算得到收縮壓、舒張壓。
§4.4 信號(hào)處理模塊
主要功能是脈搏波的判斷和檢測(cè),主要分為兩步:第一步,對(duì)A/D采樣的脈搏波信號(hào)進(jìn)行低通濾波處理,排除因外界干擾造成的信號(hào)讀數(shù)的誤差;第二步,采用相關(guān)運(yùn)算,最大程度的排除因手臂的運(yùn)動(dòng)造成的誤差。在這基礎(chǔ)上,分析信號(hào),得到波形的峰值(供判斷收縮壓,舒張壓和平均壓),得到每個(gè)脈搏波的時(shí)間。信號(hào)處理模塊流程圖如圖3-3所示。
圖3-3  信號(hào)處理模塊流程圖
§4.5 顯示模塊
主要顯示3種信息:測(cè)量過程顯示當(dāng)前壓力值、漏氣速率;測(cè)量結(jié)束后分別以mmHgH和Kpa方式滾動(dòng)顯示收縮壓、舒張壓及心率;校準(zhǔn)狀態(tài)下顯示當(dāng)前壓力值、漏氣速率。
§4.6串行通信模塊
采用PC機(jī)主叫的中斷方式,一旦接到PC機(jī)發(fā)來的命令,對(duì)血壓進(jìn)行初始值的設(shè)定,主要包括起始加壓值,每次的壓力遞增值和最高壓力限制。
LCD顯示子程序流程LCD1602。顯示模塊流程圖如圖3-4所示。
圖3-4  顯示模塊流程圖

§4.7 電源處理模塊
用于穩(wěn)壓模塊的控制,按開/關(guān)鍵,穩(wěn)壓模塊的控制端為高電平,穩(wěn)壓模塊處于正常輸出狀態(tài)。此時(shí),血壓計(jì)處于“開”狀態(tài);再次按開/關(guān)鍵,置PAO低電平,關(guān)閉穩(wěn)壓模塊的輸出,處于斷電的“關(guān)”狀態(tài)。

結(jié)論
目前市場(chǎng)上的大部分動(dòng)態(tài)血壓記錄儀,存在很多缺點(diǎn),如:只記錄每次測(cè)量的結(jié)果,醫(yī)生面對(duì)的是一批真?zhèn)坞y辯的數(shù)字;需要大量的連線才能把現(xiàn)場(chǎng)傳感器的信號(hào)送到采集卡上,布線施工麻煩,成本也高;其二,線路上傳送的是模擬信號(hào),易受干擾和損耗。為了克服這些缺點(diǎn),一種基于數(shù)字化技術(shù)的系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。
本文設(shè)計(jì)的血壓計(jì)在單片機(jī)選擇上,采用了比較常見的Atmel公司生產(chǎn)的AT89C51。這主要是考慮到:一方面本血壓計(jì)在軟件設(shè)計(jì)上不涉及大量的計(jì)算,AT89C51作為8位微控制器(帶4K字節(jié)閃速存儲(chǔ)器)已經(jīng)能足夠滿足設(shè)計(jì)要求;另一方面,AT89C51系列單片機(jī)技術(shù)發(fā)展比較成熟,且市場(chǎng)價(jià)格較低,能夠很好地節(jié)約設(shè)計(jì)成本。
本課題研究最終旨在設(shè)計(jì)出全信息的動(dòng)態(tài)血壓記錄儀,使每次測(cè)量結(jié)果完全透明,實(shí)時(shí)分析結(jié)合回顧分析,使醫(yī)生可以對(duì)照原始波形判斷數(shù)據(jù)的真?zhèn),有效甄別出干擾和偽差引起的誤檢測(cè),恢復(fù)真實(shí)血壓,保證血壓報(bào)告的有效性和可靠性;設(shè)計(jì)的集成式A/D傳感器大大降低了因?yàn)榫路復(fù)雜而造成的信號(hào)干擾;并且使信號(hào)傳輸更為快速準(zhǔn)確性也大大提高,降低了產(chǎn)品成本。
但同時(shí)由于作者能力有限設(shè)計(jì)方面也有缺陷,如由于成本限制,采用的芯片并不是最新版本,系統(tǒng)計(jì)算速度上不如同類產(chǎn)品;能源消耗量還沒有完全優(yōu)化。望讀者給予建議或意見。
參考文獻(xiàn)
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致謝
經(jīng)過本次畢業(yè)設(shè)計(jì),使我能夠把大學(xué)四年中系統(tǒng)所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用得以結(jié)合,總結(jié)出了很多實(shí)踐設(shè)計(jì)中的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)接觸到電子產(chǎn)品的一些新技術(shù),了解到電子產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)。在設(shè)計(jì)期間,通過老師的悉心指導(dǎo),使我在設(shè)計(jì)思路上更加明了。在剛開始我使用PIC單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì),但由于所學(xué)的單片機(jī)是89C51,在匯編語(yǔ)言上面遇到了很大障礙,最后放棄了利用PIC單片機(jī)的設(shè)計(jì),轉(zhuǎn)向用51單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì),特別感謝老師對(duì)我在編程方面的指導(dǎo),使我對(duì)單片機(jī)編程思路有了更加清晰的認(rèn)識(shí)。本次設(shè)計(jì)同時(shí)參考了報(bào)旭鶴老師刊登在現(xiàn)代電子技術(shù)雜志的基于PIC單片機(jī)血壓計(jì)設(shè)計(jì)思路。也讓我對(duì)電路的硬件方面有了全面的設(shè)計(jì)能力的和動(dòng)手能力,在軟件方面也有了很大的提高,了解到要編好一個(gè)程序首先要有豐富程序積累并多去動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)、調(diào)試。
在設(shè)計(jì)同時(shí)我也認(rèn)識(shí)到自己在技術(shù)方面的種種不足,以及在設(shè)計(jì)思路上面的欠缺,我會(huì)在以后的學(xué)習(xí)生活中注意提高自己的種種不足,同時(shí)非常感謝學(xué)校老師們的諄諄教誨,在離開大學(xué),走進(jìn)工作崗位之際,我會(huì)記住老師們的教導(dǎo),將自己所學(xué)的知識(shí)貢獻(xiàn)社會(huì)。

附錄附錄A  子程序流程
(1)  讀狀態(tài)命令子程序流RDcommand:
(2)  讀數(shù)據(jù)子程序ASDX001:
1





1




(3)復(fù)位子程序REST:

(5) 寫命令子程序流程圖GETWD:

附錄B  部分參考程序
  1. DAT EQU P1.0
  2. ORG 0000H
  3. LJMP START
  4. ORG 0030H
  5. START:  LCALL ASDX 001       ;調(diào)用讀數(shù)據(jù)子程序ASDX001
  6.         LCALL  LCD1602      ;調(diào)用LCD顯示子程序LCD1602
  7.         SJMP START
  8. RD18B20:LCALL INIT
  9. LCALL GETWD
  10.   RET
  11. *************ASDX001初始化子程序*******
  12. INIT:    CLR EA                ;關(guān)閉總中斷
  13. INI10:    SETB DAT           ;主機(jī)釋放總線,P1.0改為輸入
  14. MOV R2,#200
  15. INI11:    CLR DAT
  16. DJNZ R2,INI11   ;主機(jī)發(fā)復(fù)位脈沖持續(xù)3μs×200=600μs
  17. SETB DAT           ;主機(jī)釋放總線,口線P1.0改為輸入
  18. MOV R2,#30
  19. IN12:    DJNZ R2,INI12        ;ASDX 001等待2μs×30=60μs
  20. CLR C
  21. ORL C,DAT      ;ASDX 001數(shù)據(jù)線變低(存在脈沖)嗎?
  22. JC INI10             ;ASDX 001未準(zhǔn)備好,重新初始化
  23. MOV R6,#80
  24. INI13:   ORL C,DAT
  25. JC INI14            ;ASDX 001數(shù)據(jù)線變高,初始化成功
  26. DJNZ R6,INI13            ;數(shù)據(jù)線低電平可持續(xù)3μs×80=240μs
  27. SJMP INI10               ;初始化失敗,重來
  28. ***********讀取A/D轉(zhuǎn)換信號(hào)子程序******
  29. INI14:  MOV R2,#240
  30. IN15:    DJNZ R2,INI15    ;ASDX 001應(yīng)答最少2μs×240=480μs
  31. RET                  
  32. WRITE:  CLR EA
  33. MOV R3,#8                 ;循環(huán)8次,寫一個(gè)字節(jié)
  34. WR11:   SETB DAT
  35. MOV R4,#8
  36. RRC A                       ;寫入位從A中移到CY
  37. CLR  DAT
  38. WR12:   DJNZ R4,WR12               ;等待16μs
  39. MOV  DAT, C              ;命令字按位依次送給ASDX 001
  40. MOV  R4,#20
  41. WR13:   DJNZ  R4,WR13              ;保證寫過程持續(xù)60μs
  42. DJNZ R3,WR11               ;未送完一個(gè)字節(jié)繼續(xù)
  43. SETB DAT
  44. RET                        ;
  45. READ:   CLR  EA
  46. MOVR6,#8             ;循環(huán)8次,讀一個(gè)字節(jié)
  47. RD11:    CLR DAT
  48. MOV R4,#4
  49. NOP                       ;低電平持續(xù)2μs
  50. SETB  DAT               ;口線設(shè)為輸入
  51. RD12:    DJNZ  R4,RD12           ;等待8μs
  52. MOV  C,DAT     ;主機(jī)按位依次讀入ASDX 001的數(shù)據(jù)
  53. RRC A                   ;讀取的數(shù)據(jù)移入A
  54. MOV R5,#30
  55. RD13:    DJNZ R5,RD13       ;保證讀過程持續(xù)60μs
  56. DJNZ R6,RD11       ;讀完一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù),存入A中
  57. SETB DAT
  58. RET  
復(fù)制代碼




附錄D  主電路圖:


完整的Word格式文檔51黑下載地址:
基于單片機(jī)的電子血壓計(jì)設(shè)計(jì).doc (1.61 MB, 下載次數(shù): 243)




作者: 人偶師    時(shí)間: 2020-4-4 08:29
請(qǐng)問可以加點(diǎn)東西進(jìn)去測(cè)量脈搏嗎?
作者: 瘋了的單片機(jī)    時(shí)間: 2020-4-9 21:00
想問一下我下載了,然后他說什么三秒后連接但是沒反應(yīng),我就把網(wǎng)頁(yè)關(guān)掉了,但是他黒幣還是扣掉了,去哪里找下載的資料
作者: 51hei**1140    時(shí)間: 2020-4-9 21:35
人偶師 發(fā)表于 2020-4-4 08:29
請(qǐng)問可以加點(diǎn)東西進(jìn)去測(cè)量脈搏嗎?

你好!可以增加測(cè)量脈搏的功能,改程序
作者: Execute    時(shí)間: 2020-4-10 15:06
如果我想做這個(gè)實(shí)物的話,都需要買些什么啊?有大佬能說一下嘛?
作者: 是南晨呀    時(shí)間: 2020-6-13 15:16
為啥在protues里有些原件找不到啊
作者: ml521    時(shí)間: 2022-12-26 17:00
瘋了的單片機(jī) 發(fā)表于 2020-4-9 21:00
想問一下我下載了,然后他說什么三秒后連接但是沒反應(yīng),我就把網(wǎng)頁(yè)關(guān)掉了,但是他黒幣還是扣掉了,去哪里找 ...

我的里面看有嗎,或者瀏覽器下載里面
作者: Cdzhang    時(shí)間: 2023-7-14 21:05
匯編語(yǔ)言的?




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