基于51單片機(jī)的電子血壓計(jì)設(shè)計(jì)

摘要血壓是人類身體的一項(xiàng)重要的健康標(biāo)志。高血壓患者要根據(jù)血壓來進(jìn)行調(diào)節(jié)。目前常用的血壓儀無法適應(yīng)人們對血壓的要求。本文以51微處理器為核心，研制了一種方便的醫(yī)用及家居用品的血壓儀。是隨價(jià)格而測的快速、便捷、走向家族式、普及，讓更多人獲得更多的保健。由于多種因素造成的高血壓，使得高血壓成為一種常見的疾病，而常規(guī)的幾種血壓測量手段已不能完全適應(yīng)高血壓病人的需要，因此研制了一臺(tái)51微處理器的血壓儀。使得產(chǎn)品的價(jià)格更低廉，使用起來也更為便捷和穩(wěn)定。其次，論文對51微處理器的壓力表進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)。然后對電路的選擇進(jìn)行了具體的介紹，用流程圖來解釋整個(gè)電路的工作原理，用電路圖表來解釋整個(gè)電路的工作原理，對關(guān)鍵的代碼進(jìn)行了歸納和解析，并對軟件和軟件的硬件進(jìn)行了測試，并對整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)進(jìn)行了總結(jié)。關(guān)鍵詞：血壓；血壓計(jì)；51單片機(jī)圖STYLEREF1\s3-SEQ圖\*ARABIC\s13復(fù)位電路復(fù)位回路是MCU三大工作狀態(tài)中的一種，它起到了使MCU重啟的作用。如果是在單片機(jī)上了電源或者是因?yàn)榫幊袒蛘呤峭饨绲脑蛟斐傻模梢酝ㄟ^對MCU進(jìn)行重置，使MCU再次啟動(dòng)。排除由于某些原因而導(dǎo)致的程序的紊亂。STC12C5A60S2系列微處理器在工作時(shí)，只需將插頭重置到地面就可以了。如果單片直接接地，則由于單片供電與重置的同步，極易使單片機(jī)無法接收到重置訊號，從而使其無法正常工作。為MCU上的復(fù)位延遲要求訪問電容器。計(jì)算復(fù)位時(shí)間為：V0為電容上的初始電壓值；V1為電容最終可充到或放到的電壓值；Vt為t時(shí)刻電容上的電壓值。則，Vt="V0"+（V1-V0）*[1-exp(-t/RC)]或，t=RC*Ln[(V1-V0)/(V1-Vt)]根據(jù)計(jì)算值和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)法采用10uF電容即可讓單片機(jī)正常復(fù)位。時(shí)鐘電路圖STYLEREF1\s3-SEQ圖\*ARABIC\s14振蕩電路此方案所采用的STC12C5A60S2微控制器內(nèi)置RC時(shí)鐘，利用MCU內(nèi)置的時(shí)鐘振蕩回路，可以減少XTAL1/XTAL2的懸浮狀態(tài)。但是，采用內(nèi)置的時(shí)鐘，必須對每個(gè)單元的單元進(jìn)行標(biāo)定，而且內(nèi)部的時(shí)鐘精確性很低，因此本文采用LCD、DS18B20、空氣壓力傳感器等定時(shí)的要求，不適用于此方案。在此基礎(chǔ)上，利用由外晶體振蕩引起的振蕩頻率來進(jìn)行MCU的CPU計(jì)算及計(jì)時(shí)，并采用計(jì)數(shù)器及串行總線等，并利用MCU的輸出X2及輸入端管針X1來構(gòu)成一種穩(wěn)定的自激式振蕩回路，該方法是將兩管管與調(diào)諧電容C4、C6相連。通常，共振電容器C4及C6在22P至33P之間被采用。晶振，即晶振，可以根據(jù)MCU的特性，選擇各種頻率。而該芯片的最高工作頻率為32M，為了便于計(jì)算和編程，選用11.0592MHz的晶體振蕩器。氣壓傳感器電路圖STYLEREF1\s3-5氣壓傳感器電路XGZP6847具有很好的控制性能，具有很好的控制效果。當(dāng)電源供給正確時(shí)，該模組5腳會(huì)發(fā)出ADC訊號，當(dāng)該模組的壓力發(fā)生改變時(shí)，ADC也會(huì)跟著發(fā)生改變，ADC的輸出為1.2V至電源。串口與1K電阻器相配，與P10管針相連。LCD電路設(shè)計(jì)圖STYLEREF1\s3-6LCD電路液晶顯示器的數(shù)據(jù)線路為8比特并聯(lián)傳輸。在P0-P7中，各插針D0-D7連接。RW是一個(gè)讀取和寫入的信號線路，當(dāng)一個(gè)LCD在一個(gè)邏輯水平1時(shí)執(zhí)行一個(gè)讀取，一個(gè)0的邏輯級執(zhí)行一個(gè)寫，一個(gè)LCD僅接收一個(gè)數(shù)據(jù)，它可以直接將一個(gè)R/W的地面連接起來。V0是反差調(diào)節(jié)，當(dāng)連接到正極時(shí)，反差是最低的，當(dāng)連接到地面時(shí)，反差是最大的（當(dāng)反差較大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)“重影”，當(dāng)輸入電壓發(fā)生變化時(shí)，可以采用10K的可調(diào)電阻來進(jìn)行反差）。此電阻器在1~3.3K后經(jīng)調(diào)整后仍可獲得良好的顯示結(jié)果。請留意P0為P0的開漏型，要求連接10k的上拉式電阻器。溫度傳感器電路圖STYLEREF1\s3-7DS18B20電路圖3-7是一種溫度傳感電路，DS18B20是一種單輸出方式，它僅需一根插針就能與微處理器相連。根據(jù)DS18B20的時(shí)間順序，對單片機(jī)進(jìn)行初始化和讀出。DS18B20具有一個(gè)特殊的ID地址區(qū)域，可以按ID進(jìn)行定時(shí)讀出，因此一條總線可以裝載多個(gè)DS18B20。電源電路設(shè)計(jì)圖STYLEREF1\s3-8電源電路本論文所研究的電力系統(tǒng)采用DC-DC降低電壓來實(shí)現(xiàn)電力供應(yīng)。LM2596是一款高效的同步Buck控制器，它能提供從2.7V-36V到36V的超級大范圍的輸出。通過PWM調(diào)制，可以對該輸出的電壓進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。MOSFET具有10V的工作電流，能夠利用MOSFET的特性，實(shí)現(xiàn)極高的工作效能。LM2596具有限制電流、限制輸出、超溫等功能，保證了該晶片在任何特殊狀況下都能正常工作。采用外接電阻調(diào)節(jié)切換器的切換速度和電流限制。它被包裝成TO-220（T）和TO-263(S).LM2596是一個(gè)300KHz的定頻PWM降（降）DC/DC變換器，它具有5A的高負(fù)荷效能、低紋波、優(yōu)秀的線路和負(fù)荷調(diào)整功能。需要至少的外設(shè)部件數(shù)目，調(diào)整裝置容易操作，內(nèi)置有內(nèi)置的頻率補(bǔ)償和固定的頻率。PWM控制回路可以將工作周期從0至100%的直線改變進(jìn)行調(diào)整。啟動(dòng)，內(nèi)部安裝了過流防護(hù)。當(dāng)出現(xiàn)跳閘保護(hù)的時(shí)候，工作頻率會(huì)從300千赫茲下降到60千赫茲的內(nèi)嵌式補(bǔ)償模塊，使外設(shè)單元數(shù)量最少。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)整體工作流程圖圖4-1總體流程圖本設(shè)計(jì)中的硬件工作流程如圖4-1。給系統(tǒng)上電后，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行對外部設(shè)備進(jìn)行檢測，例如初始化默認(rèn)參數(shù)，初始化外部傳感器和單片機(jī)內(nèi)部寄存器，定時(shí)器中斷等。經(jīng)過準(zhǔn)備后啟動(dòng)氣泵對氣壓帶進(jìn)行充氣。完成充氣在高氣壓下對讀取檢測壓力值，再到低氣壓檢測壓力值。采樣完成后求出最大值和最小值計(jì)算出舒張壓和收縮壓。將處理后的溫度值以及心率值血壓送往LCD1602液晶屏進(jìn)行顯示。對于1602液晶，顯示的流程就是，先送命令，在哪個(gè)地方顯示的命令，然后緊跟著送數(shù)據(jù)就行了//LCD1602_write(0,0x80);這個(gè)語句，括號里面可以填寫兩個(gè)元素，第一個(gè)只能是0,1，當(dāng)時(shí)0時(shí)，說明后面跟的元素是命令，反之就是數(shù)據(jù)，0x80的意思就是在第一行進(jìn)行顯示，具體看1602手冊。//因?yàn)?602是字符屏，我們得到顯示內(nèi)容是數(shù)據(jù)，要把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成字符，轉(zhuǎn)化的方式有很多種，這里是用的加上0x30，因?yàn)閿?shù)字0對應(yīng)的字符就是0x30，數(shù)據(jù)1就是0x31///10%10這個(gè)是取其十位數(shù)據(jù) %10取其各位數(shù)據(jù)voidDispaly_Code(void) //顯示函數(shù){ if(State==0) { if(Sys_Mode==0) //初始化顯示界面 { LCD1602_write(0,0x80); LCD1602_writebyte("Pushthebutton"); LCD1602_write(0,0xC0); LCD1602_write(1,0x30+Temp/100%10); //氣壓轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù) LCD1602_write(1,0x30+Temp/10%10); LCD1602_writebyte("."); LCD1602_write(1,0x30+Temp%10); LCD1602_write(1,0xdf); LCD1602_writebyte("C"); LCD1602_writebyte(""); LCD1602_write(1,0x30+Pressure_Dat/100%10); //氣壓轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù) LCD1602_write(1,0x30+Pressure_Dat/10%10); LCD1602_write(1,0x30+Pressure_Dat%10); LCD1602_writebyte("mmHg"); }elseif(Sys_Mode==1) //充氣血壓檢測界面 { LCD1602_write(0,0x80); LCD1602_writebyte("Inflating:"); LCD1602_write(0,0xC0); LCD1602_write(1,0x30+Temp/100%10); LCD1602_write(1,0x30+Temp/10%10); LCD1602_writebyte("."); LCD1602_write(1,0x30+Temp%10); LCD1602_write(1,0xdf); LCD1602_writebyte("C"); LCD1602_writebyte(""); LCD1602_write(1,0x30+Pressure_Dat/100%10); LCD1602_write(1,0x30+Pressure_Dat/10%10); LCD1602_write(1,0x30+Pressure_Dat%10); LCD1602_writebyte("mmHg"); }elseif(Sys_Mode==2) //放氣檢測血壓界面顯示壓力數(shù)據(jù) { LCD1602_write(0,0x80); LCD1602_writebyte("Measure:");// LCD1602_write(1,0x30+heart/100%10);// LCD1602_write(1,0x30+heart/10%10);// LCD1602_write(1,0x30+heart%10); LCD1602_write(0,0xC0); LCD1602_write(1,0x30+Temp/100%10); LCD1602_write(1,0x30+Temp/10%10); LCD1602_writebyte("."); LCD1602_write(1,0x30+Temp%10); LCD1602_write(1,0xdf); LCD1602_writebyte("C"); LCD1602_writebyte(""); LCD1602_write(1,0x30+Pressure_Dat/100%10); LCD1602_write(1,0x30+Pressure_Dat/10%10); LCD1602_write(1,0x30+Pressure_Dat%10); LCD1602_writebyte("mmHg"); }elseif(Sys_Mode==3) //放氣檢測血壓界面顯示壓力數(shù)據(jù) //血壓檢測結(jié)果顯示界面顯示流程圖圖4-2顯示流程在液晶顯示器的工作初期，首先設(shè)定液晶顯示器的運(yùn)動(dòng)方向、是否閃爍、在哪里、使用螢?zāi)坏囊苿?dòng)等。然后將“pleasstartbutton”等相關(guān)的提示符在邊界處顯現(xiàn)出來。若偵測到鍵入，則于液晶螢?zāi)簧铣尸F(xiàn)對應(yīng)之訊息。LCD在完成測試后，舒張壓及收縮壓力數(shù)值。溫度檢測流程圖STYLEREF1\s4-SEQ圖\*ARABIC\s12溫度檢測流程圖4-2是DS18B20單片微處理器的工作流程。具體的圖表可以歸納為10個(gè)階段。第一個(gè)步驟是DS18B20，然后是0xcc，然后是DS18B20，最后是DS18B20，然后是DS18B20，然后是DS18B20，然后是DS18B20，然后是DS18B20，最后是DS18B20，最后是0xcc，第七是讀取scratchpad，第八是讀取scratchpad，第八是讀取DS18B20的數(shù)據(jù)，最后是十號。

系統(tǒng)軟硬件調(diào)試真正的建筑，是由數(shù)十個(gè)甚至上百個(gè)上百個(gè)零件拼接而成。為了提高完成的成功率，需要注意各個(gè)方面的問題，比如使用滑塊時(shí)的線寬度和間隔，用單片機(jī)進(jìn)行晶體振波的檢測，以及編程的燒制等。把每個(gè)小事情都做到最好，才能取得更大的成就。PCB設(shè)計(jì)圖5-1PCB圖圖5-1是PCB的平面設(shè)計(jì)。平板式的四個(gè)角落除了4個(gè)3.2的通孔外，還設(shè)有一個(gè)PCB板的緊固口和下層的PCB板，可以通過銅柱將其連接在一起。圖中的黃色是網(wǎng)版，可以將各元件的圖形圖形都放到上面。藍(lán)線為銅包線，導(dǎo)線寬度為20毫米，導(dǎo)線最短距離為10毫米。此圖片為一種鍍銅的設(shè)計(jì)，因此盡量多地在一塊板子上行走，以便減少線條。紅線是紅線，如圖表所示，線條越短越好。最小系統(tǒng)調(diào)試圖5-1無電容圖5-1加電容通過對系統(tǒng)進(jìn)行的測試，可以看出，在上了電源或重置后，系統(tǒng)無法正常工作。用示波器對回位和上電的電壓進(jìn)行了測試，其中，紅色是MCU電源插針，而藍(lán)色是MCU的重置插針。如附圖6-1所示，單片機(jī)的電源和重置的電源是同步的，一般情況下，單片機(jī)都是要為自己提供電源，將硬件進(jìn)行初步的改造，然后重置，但如果電源中斷，那么就不一定能夠重置了。再將10uF電容器加入到重置回路中，得到了圖6-2所示的波形，由上電500ms左右開始重置，使MCU恢復(fù)到高水平，從而使MCU能夠正常工作。通過多次試驗(yàn)，所有的微處理器均能通電并能工作。LCD顯示調(diào)試圖5-3該系統(tǒng)以LCD1602為主要監(jiān)視器。在調(diào)試之初，就采取了一種以模組為基礎(chǔ)的方式進(jìn)行的調(diào)試，比如在這個(gè)方案中，首先要對屏幕進(jìn)行調(diào)整，所以還沒有對采集到的資料進(jìn)行調(diào)整。在“0123456789:;=?”的畫面中，如下所示。這是測試結(jié)果，能順利地完成，就代表這個(gè)模塊已經(jīng)調(diào)試完畢。當(dāng)采集數(shù)據(jù)模塊結(jié)束時(shí)，可以將資料在液晶屏幕上進(jìn)行展示。最小系統(tǒng)調(diào)試圖STYLEREF1\s5-4圖5-5圖5-4及5-5分別是從側(cè)面及前面的實(shí)體圖表。從側(cè)視圖可以看出，它分成兩層，上面是一層電路板，所有的元器件都被焊在PCB上，然后根據(jù)電路板的線路將元件按電路圖中的規(guī)律相結(jié)合而構(gòu)成一條電路。圖5-5是一個(gè)能清楚地看見單個(gè)元件的前視圖。為了合理地利用，例如：不能將鍵固定在面板的邊沿上，將連接端部均勻地放置于面板的右邊，將壓力感應(yīng)器放置于左側(cè)等處。LCD為初始化所示，有溫度和按下按鈕的指示。按要求進(jìn)行血壓及溫度的測定。

設(shè)計(jì)總結(jié)該設(shè)計(jì)有體積小，質(zhì)量輕，易于攜帶和使用簡單的特點(diǎn)。無水銀不會(huì)遭成水銀泄漏而污染環(huán)境，適合于家居和醫(yī)療使用。設(shè)計(jì)思路首先要明確目標(biāo)。針對目標(biāo)進(jìn)行相關(guān)調(diào)研、剖析，并在此基礎(chǔ)上繪出中體結(jié)構(gòu)的總體規(guī)劃，具有一定的指導(dǎo)意義和思想。然后按照整個(gè)流程來選取適當(dāng)?shù)脑鏢TC89C51單片機(jī)，可靠的氣壓傳感器，以及DS18B20的防水溫度計(jì)。再建立物理模型，進(jìn)行試驗(yàn)，要注意到具體的操作，并進(jìn)行詳細(xì)的分析和紀(jì)錄。在編寫軟件時(shí)，首先要把程序弄清楚，使思想更加清楚。實(shí)驗(yàn)調(diào)試設(shè)計(jì)中使用AltiumDesigner繪圖印刷電路板是在鍍銅版面上進(jìn)行刻蝕的。PCB的布線不宜太細(xì)，不然會(huì)很容易斷裂，而且印刷之前要盡量把印刷電路板的線條涂成深色，這樣可以使鍍膜表面的鈦粉末越多越好，轉(zhuǎn)移到鍍膜上就越好，而且不會(huì)被氧化的水蝕。對元件進(jìn)行焊接時(shí)，應(yīng)留意元件的正、負(fù)、方位等。不宜在焊接中停留太久，否則會(huì)造成元件的損傷或鍍銅的掉落。在焊裝配件時(shí)，應(yīng)采用圓錐形式，以免造成虛焊。在軟件的調(diào)試中，主管的設(shè)置，計(jì)時(shí)器的結(jié)構(gòu)都是按照外面使用的時(shí)鐘來進(jìn)行的。使用注意（1）在測壓時(shí)，將袖子置于手肘，導(dǎo)管置于手部，袖子與心室的水平相同，手肘與前臂的位置也是一樣的。手臂不能超過你的胸口，也不能用枕頭托住你的手臂。（2）每天的量測時(shí)，要保證所測的姿勢與所測的臂處于同一水平。（3）測量前應(yīng)靜置10分鐘，保持身體狀態(tài)處于相對穩(wěn)定。（4）測量時(shí)應(yīng)保持心情舒暢，沒有疲勞感，不緊張。

參考文獻(xiàn)[1]王明亮.關(guān)于中國學(xué)術(shù)期刊標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)