基于SPCE061A的血壓模擬發(fā)生器的設(shè)計
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隨著社會的發(fā)展，人們的醫(yī)療保健意識越來越強(qiáng)，所以醫(yī)生的培訓(xùn)也就成為非常重要的環(huán)節(jié)。雖然測量血壓是一項較簡單的技術(shù)，但若操作不規(guī)范，所測血壓數(shù)值與實際血壓相比也常出現(xiàn)誤差，不能客觀真實地反映病人的血壓情況。血壓測量作為學(xué)生的基本考核部分，以往都是通過直接的人體測量，但老師不知道在當(dāng)時情況下人體的血壓狀況，同時測量情況又受到外界環(huán)境的干擾，所以給考核造成一定的困難。該系統(tǒng)可以隨意設(shè)置血壓情況，使得測量情況更加豐富，以盡快提高醫(yī)生的血壓測量技術(shù)。該血壓模擬發(fā)生器是根據(jù)柯勞克氏技術(shù)(血壓測量時聽診器在動脈上聽到的5個時相的聲音)以及現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的相關(guān)規(guī)定，嚴(yán)格按照脈搏發(fā)生的規(guī)律。發(fā)出的聲音逼真、效果良好，可以在不同的心率下判斷血壓收縮壓和舒張壓等各項指標(biāo)，可以用于醫(yī)療培訓(xùn)機(jī)構(gòu)的培訓(xùn)工具，使學(xué)員快速掌握血壓測量方法。該系統(tǒng)配合血壓手臂，壓力表，聽診器使用，具有廣闊的市場前景。
本文介紹的血壓模擬發(fā)生器是以凌陽16位單片機(jī)SPCE061A為控制核心，充分利用凌陽單片機(jī)所帶有的強(qiáng)大語音功能，以符合實際情況的順序播放柯勞克氏音，同時實現(xiàn)電磁閥跳動模擬人體脈搏搏動。可以設(shè)置相應(yīng)的收縮壓、舒張壓、聽診間隔，還帶有誤差校準(zhǔn)功能，誤差值不超過2 mmHg。
l 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和設(shè)計方案
系統(tǒng)主要包括凌陽16位單片機(jī)SPCE061A，傳感器輸入模塊，電磁閥驅(qū)動模塊，語音播放模塊，液晶顯示模塊，鍵盤控制等幾個部分。本系統(tǒng)采用凌陽16位單片機(jī)SPCE061A作為主控制芯片，該芯片CPU時鐘O．32～9．152 MHz(2．6～3．6 V)；內(nèi)置2 KB SRAM和32 KB FLASH；32位可編程的多功能I／O端口；兩個16位定時器／計數(shù)器；可編程音頻處理；系統(tǒng)備用狀態(tài)下(時鐘處于停止?fàn)顟B(tài))耗電僅為2μA；7通道10位電壓模／數(shù)轉(zhuǎn)換器；雙通道10位DAC方式的音頻輸入功能，只需要外接功放(SPY0030A)即可完成語音的播放，方便實現(xiàn)系統(tǒng)的語音功能；14個中斷源可來自定時器A／B時基，2個外部時鐘源輸入；具備觸鍵喚醒的功能。另外該單片機(jī)具有自己的集成開發(fā)環(huán)境，支持標(biāo)準(zhǔn)的C語言?？梢詫崿F(xiàn)C語言與匯編語言的相互調(diào)用，并提供了語音播放的庫函數(shù)，這樣很容易就完成語音的播放，為軟件開發(fā)提供了方便的條件。血壓模擬發(fā)生器總體系統(tǒng)設(shè)計方案如圖1所示。
2 系統(tǒng)硬件部分
該部分主要分為SPCE061A系統(tǒng)部分，電源管理模塊，電磁閥驅(qū)動，氣體壓力傳感器，語音輸出，液晶顯示，鍵盤設(shè)置。系統(tǒng)在單片機(jī)的控制下，由氣體壓力傳感器對壓力采集，并進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換后交給MCU，將測量結(jié)果與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，播放脈搏跳動聲音。同時電磁閥開始工作。系統(tǒng)硬件連接圖如圖2所示。
2．1 電源管理模塊
電源管理是任何電子產(chǎn)品都無法回避的問題，也是系統(tǒng)的核心部分，隨著能源成本的提升，降低功耗成為電子產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢之一。以移動性取勝的便攜式產(chǎn)品中以電池供電為主，降低能耗成為便攜式產(chǎn)品中電源管理急需解決的問題。系統(tǒng)電源部分采用MAX1705升降壓芯片和BQ2057充電管理芯片，MAX1705具有低功耗，高效、低噪聲的特點，輸出電壓在2．5～5．5 V范圍內(nèi)。最大輸出電流850 mA，完全可以滿足大部分便攜式儀器的需要。同時還采用了美國TI公司生產(chǎn)的先進(jìn)鋰電池充電管理芯片BQ2057，它適合單節(jié)或雙節(jié)鋰離子電池的充電需要，BQ2057可以動態(tài)補(bǔ)償鋰電池組的內(nèi)阻以減少充電時間，帶有可選的電池溫度監(jiān)測，利用電池組溫度傳感器連續(xù)檢測電池溫度，當(dāng)電池溫度超出設(shè)定范圍時BQ2057關(guān)閉對電池充電。內(nèi)部集成的恒壓恒流器帶有高／低邊電流感測和可編程充電電流，充電狀態(tài)識別可由輸出的LED指示燈或與主控器接口實現(xiàn)，具有自動重新充電、最小電流終止充電、低功耗睡眠等特性。利用該芯片設(shè)計的充電器外圍電路極其簡單，非常適合便攜式電子產(chǎn)品的緊湊設(shè)計需要。
2．2 氣體壓力傳感器
該模塊采用摩托羅拉公司的MPX5100系列氣體壓力傳感器，可以承受0～100 kPa的壓強(qiáng)，輸出電壓在O．5～4．5 V的范圍內(nèi)，可以滿足凌陽單片機(jī)I／O的電壓輸入范圍，通過凌陽單片機(jī)的A／D轉(zhuǎn)換采集氣體壓力傳感器電壓的變化，由于血壓計壓力表的量程范圍是0～300 mmHg，根據(jù)760 mmHg=101.3 kPa，得到300 mmHg=39.9868 kPa，并且壓力傳感器的輸入與輸出為線性關(guān)系，根據(jù)多次測量得到公式：
ADValue=K1Value*mmHgValue+offset*K2Value
其中：ADValue為電壓經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量；mmHgValue為壓力表上的刻度值；K1Value=1．8；K2Value=329.17；offset=0.2，offset為校準(zhǔn)系數(shù)，通過調(diào)整offset可以使誤差控制在2 mmHg。
2．3 電磁閥驅(qū)動電路
該部分主要是模擬人體脈搏跳動，為了更好地模擬血壓測量環(huán)境，帶來更加逼真的效果，采用的電磁閥靈敏度高、噪音小，其吸合電流為100 mA，釋放電流為12 mA，工作電壓為5 V，當(dāng)系統(tǒng)初始化以后電磁閥便開始根據(jù)設(shè)定的心率值工作。通過MCU控制其跳動頻率，為了增大驅(qū)動電流采用達(dá)林頓管，其放大倍數(shù)是兩個三極管放大倍數(shù)的乘積，達(dá)到小的基極電流控制大的集電極電流的目的，驅(qū)動電磁閥工作，如圖3所示。
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