單片機在自動血壓監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用
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。
1 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
單片機
單片機是單片微型計算機(Single-Chip Microcomputer)的簡稱,是一種將中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能(可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路)采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)集成到一塊硅片上構(gòu)成的微型計算機系統(tǒng)。 [全文]
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。
2 自動血壓計的液晶顯示屏
液晶顯示屏
利用液晶的電光效應(yīng)調(diào)制外界光線進行顯示的器件。 [全文]
工作原理
日本精工自動血壓計的液晶屏
液晶屏
液晶屏是由LED液晶為主要材料制作的顯示器。而液晶是一種高分子材料,因為其特殊的物理、化學(xué)、光學(xué)特性,20世紀(jì)中葉開始被廣泛應(yīng)用在輕薄型的顯示技術(shù)上。 [[!--empirenews.page--]
由7個數(shù)碼管
數(shù)碼管
數(shù)碼管是一種以發(fā)光二極管為基本單元的半導(dǎo)體發(fā)光器件。在我們?nèi)粘I钪校热珉娮映?、電子?shù)碼鐘等的顯示都是利用數(shù)碼管實現(xiàn),數(shù)碼管現(xiàn)今已得到廣泛的應(yīng)用。 [全文]
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。[!--empirenews.page--]
3 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
比較器
比較器是一種得到廣泛使用的電路元件。實際上也是增益非常高的運算放大器,可以放大輸入端很小的差分信號,并驅(qū)動輸出端切換到兩個輸出狀態(tài)中的一個。以至于無法穩(wěn)定在中間放大區(qū),再不跳到低電平,再不跳到高電平。 [全文]
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
集成電路
集成電路是采用半導(dǎo)體制作工藝,在一塊較小的單晶硅片上制作上許多晶體管及電阻器、電容器等元器件,并按照多層布線或遂道布線的方法將元器件組合成完整的電子電路。它在電路中用字母"IC"(也有用文字符號"N"等)表示。 [全文]
。
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。
4 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
電源
電源是向電子設(shè)備提供功率的裝置,也稱電源供應(yīng)器,它提供計算機中所有部件所需要的電能。[全文][!--empirenews.page--]
、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。
5 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。
6 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。