基于C8051F020无创血压测量系统的设计

　　0　引言

　　血压是反映心血管系统状态的重要的生理参数,对其进行监测,特别是长时间的精确监测,在临床工作中变得越来越重要[1-2]。它有利于尽早发现和鉴别各类血压病症,提出合理的治疗建议。

　　临床上血压测量技术可分为直接法和间接法两种[3]。直接法将测量血压的系统直接置入血管,甚至心脏部位进行直接测量,其特点是信号失真小,但测量较为复杂且存在安全方面的隐患。间接法测量血压不需要外科手术,测量简单,因此在临床上得到广泛应用。

　　本文设计了一种基于C8051F020无创血压测量系统,用于新生儿、儿童以及成人的无创血压测量,可以得到收缩压、舒张压、平均压和脉率等参数。

　　1　系统概述

　　无创血压测量系统主要功能是测量人体的血压和脉率,系统框图如图1所示。系统通过恒流源与精量电子1510无创血压传感器组成的回路测量袖带的振荡信号,经过必要的滤波及放大处理后,利用C8051F020内置12位ADC采集脉搏和袖带压力信号,转换成数字信号,利用示波法求取收缩压、舒张压、平均压和脉率等参数并通过液晶显示。

　　2　系统硬件设计

　　无创血压测量系统硬件部分主要由压力传感器、信号放大提取部分、LCD显示和键盘输入组成。压力传感器用于测量脉搏波的振幅和静态压力值。信号放大提取部分主要是进行力信号和脉搏波信号的提取和滤波,包括前置放大电路、带通滤波和主放大电路以及电源等部分。LCD显示和键盘主要用于系统的输入和输出。

　　2·1　前端放大电路设计

　　人体生理信号非常微弱并且很容易受到干扰,而血压测量系统在电磁阀开关和电泵进行充气时候都会对电路带来干扰,当系统长时间测量的时候,也会使系统处于高温工作状态。所以要求前置放大电路具有低噪声、低温度漂移、低失调参数、高共模抑制比、高输人阻抗、非线性度小等特点,且其增益可调。为此可选用AD620仪表放大器作为系统前置放大器。

　　AD620是传统三运放方式的改进型单片仪表放大器,为了使片内元件相匹配,采用了激光微调技术,使该器件具有很高的性能。其增益是通过1脚和8脚之间的电阻来调节的,可达1~1000倍,增益的计算公式为:G= 1 + 49·4/ (Rc×10-3),设计的前置放大电路如图2所示,放大倍数大约为10倍。

　　2·2　滤波部分电路设计

　　由于从AD620输出的信号实际上是脉搏波和袖带压力信

号的叠加,而压力信号为直流信号,经过隔直电容后的脉搏波信号除了夹杂着不少的工频干扰外,还有很大的直流或低频分量,这不仅会引起心电信号的基线漂移,也不利于后续电路的处理。脉搏波信号频带主要集中在0·5~30Hz作用,所以设计带通滤波电路,以滤除频带以外的信号。带通滤波由高通滤波电路和低通滤波电路组成。滤波电路中选用ADI四通道运放OP4177组成滤波电路, OP4177具有高精度、低偏置、低功耗等特性,片内集成了4个运放,可以灵活组成各类放大和滤波电路,电路如图3所示。