单片机在自动血压监控系统中的应用

引言

　　目前医院使用的自动血压监控系统大多为进口设备，价格昂贵，就医成本高。本文所讨论的系统价格低廉，测量准确，有其独特之处，具有很高的实用价值。

　　1 系统功能和构成

　　该系统由一台PC机实现数据接收和数据管理，再配合每个病房单独使用的自动血压监测仪（在自动血压计内部加装单片机
单片机

　　单片机是单片微型计算机（Single-Chip Microcomputer）的简称，是一种将中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）采用超大规模集成电路技术集成到一块硅片上构成的微型计算机系统。 [全文]

测控板改装而成），构成完整的自动血压监控系统。如图1所示。

　　管理用PC机设置在护士站，在PC机上可设定各病房使用的血压监测仪启动和测量的时间，并按设定的时间控制血压监测仪工作，然后接收血压监测仪传回的测量数据；最终将各病房24小时传回的数据绘制成图形或表格，供医生参考。

　　市场上能完成自动测量的血压计种类繁多，但只能完成单机的测量和少量数据存储，无法完成无人操作时的定时启动和自动测量以及测量数据的通信传送功能。自动血压监测仪的设计方案，是在自动血压计内部加装单片机测控板，可实现接收PC机发出的指令、按指令自动启动、测量，并从自动血压计的液晶显示屏上采样测量信号，经分析、译码，最后得到测量数据并传送给PC机进行存储、统计、分析。

　　2 自动血压计的液晶显示屏
液晶显示屏

　　利用液晶的电光效应调制外界光线进行显示的器件。 [全文]

工作原理

　　日本精工自动血压计的液晶屏
液晶屏

　　液晶屏是由LED液晶为主要材料制作的显示器。而液晶是一种高分子材料，因为其特殊的物理、化学、光学特性，20世纪中叶开始被广泛应用在轻薄型的显示技术上。 [

由7个数码管
数码管
　　数码管是一种以发光二极管为基本单元的半导体发光器件。在我们日常生活中，比如电子秤、电子数码钟等的显示都是利用数码管实现，数码管现今已得到广泛的应用。 [全文]

及1个符号位组成，其中6个八段数码管分别显示高压、低压和脉搏数，1位小数码管用来显示测量次数；1个符号位可显示4种符号，分别反映4种不同的工作状态。经试验观测和逻辑分析发现，液晶屏的每个八段数码管由2个信号引脚控制，符号位有1个信号引脚，还有1个同步信号引脚，作为信号同步的基准。见图2。液晶屏信号引脚时序关系如图3所示。

　　液晶显示屏引脚上的脉冲信号每4个同步信号为1个信号周期。在1个信号周期内可以控制该数码管的4个字段，这4个字段的控制在时序上采用时分方式实现；符号位只显示4种不同的符号，所以只需1个信号引脚。在每个引脚的周期信号内，有4个脉冲与同步信号的脉冲相对应，每一个脉冲对应控制1个字段，当该位置有正脉冲时，则对应的字段就被点亮。这样，4个不同位置的脉冲波形就对应该数码管4个不同字段（如a，b，c，d）。因此一个八段的数码管只需要2个信号引脚，如图3中引脚1、2所示波形为数字3（见图2）的脉冲信号波形。

　　3 单片机的硬件设计

　　单片机测控板的工作需要按照自动血压计的工作流程来实现。硬件电路须满足以下功能：

　　a）由单片机的两个I／O端口送出控制信号，完成血压计的启动和测量。

　　b）整形与电平转换。单片机从血压计液晶屏的信号引脚上采样获得的信号电平与单片机I／O接口的电平不一致，且取出的引脚信号在上升沿和下降沿有毛刺干扰，需要通过模拟电压比较器
比较器

　　比较器是一种得到广泛使用的电路元件。实际上也是增益非常高的运算放大器，可以放大输入端很小的差分信号，并驱动输出端切换到两个输出状态中的一个。以至于无法稳定在中间放大区，再不跳到低电平，再不跳到高电平。 [全文]

实现整形与电平转换功能。

　　c）信号采样。为取得液晶屏显示的数字，需对16个引脚信号进行采样，即要占用单片机的16个端口，为了使电路板能放置到血压计内部，尽量缩小电路板，减少占用单片机的输入通道，先将16个引脚信号经过2个八选一模拟数据选择器，变成2路输出信号，这样只需占用单片机2个I／O端口，再用3个I／O端口作为八选一模拟数据选择器的译码控制信号，用软件扫描方法完成对引脚信号的采样，这样就大大减少对I／O端口的占用。

　　d）与PC机的通信。为构造一个RS-232串行通信端口，采用了单片机的3个I／O端口和1片MAX232集成电路
集成电路

　　集成电路是采用半导体制作工艺，在一块较小的单晶硅片上制作上许多晶体管及电阻器、电容器等元器件，并按照多层布线或遂道布线的方法将元器件组合成完整的电子电路。它在电路中用字母"IC"(也有用文字符号"N"等)表示。 [全文]

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　　e）单片机选型。综上分析，选用具有10个I／O端口的单片机即可满足系统需求。为将信号波形整形为适合单片机需要的电平，需多个模拟电压比较器。由于PIC16C622单片机有13个I／O端口，内部还设有比较器模块，充分利用单片机的这一特点，不仅可以省去多片比较器集成芯片，且其I／O端口也可满足系统的要求。硬件电路组成示意图如图4所示。

　　4 单片机的软件设计

　　单片机要完成的任务，一是要接收管理计算机指令，按设定时间开启电源
电源

电源是向电子设备提供功率的装置，也称电源供应器，它提供计算机中所有部件所需要的电能。[全文]

、启动血压计开始测量；二是要监测整个测量过程。这不仅需要相应的硬件电路，还需要有软件的配合，滤除干扰信号，并按正确的时序，将每个数码管的引脚信号和符号位信号从相应引脚上取出，对照同步信号与不同的引脚信号的对应关系，用软件扫描的方法，分别将同一数码管的2个引脚上的信号组合在一起，经过分析、译码得到最终测量结果。最后要完成单片机与PC机的通信，将测量结果送到管理机上。主程序框图如图5所示。

　　5 程序调试

　　程序调试的难点是如何按照液晶屏引脚信号的正确时序准确地取出显示数据，这不仅需要配合硬件电路，观察液晶屏引脚的信号时序，而且需要通过反复试验和测量，调整软件参数，找出准确的时序数据，完整地取出显示数字的波形数据，然后通过对波形数据的总结译码，得到正确的测量数据。最后，单片机与PC机通信，也需要准确的配合来完成数据的传送。

　　6 结束语

　　由于目前医院使用的自动血压监控系统大多为进口设备，价格昂贵，就医成本高，所以较之于自动心电监护仪，自动血压监护还远没有得到普及。本文所讨论的自动血压监控系统由一台PC机实现数据接收和数据管理，设计思路独特，系统构成简单，操作和使用方便，与同类设备相比，性价比高，测量准确，有很高的实用价值。