CN101884529A - 电子血压计及其标定方法 - Google Patents
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Abstract
一种电子血压计，包括压力传感器、显示屏和信号处理电路，压力传感器将袖带内压力信号转换为电信号，经信号处理电路处理后在显示屏上显示收缩压、舒张压和平均血压，所述信号处理电路包括可编程增益放大器、带通滤波器、模数转换器以及MCU，所述可编程增益放大器、带通滤波器、模数转换器、MCU以及所述显示屏的驱动电路集成在一个SoC芯片中。本发明电子血压计***电路简单、成本低、稳定性好。本发明还涉及电子血压计标定方法，其通过SoC内的参数设置实现，可由程序控制自动完成，大大简化了标定工序，而且标定完后的产品不会受运输过程中振动的影响，稳定性好。
Description
技术领域
本发明涉及血压计，特别是电子血压计及其自动标定方法。
背景技术
无创电子血压计和血压监护仪绝大多数采用示波法，示波法血压测量控制硬件(PCBA)主要包括压力传感器、恒流源、放大和滤波器、按键、泵\阀驱动、显示等几个部分。以降压测试法为例，在放气过程中，压力传感器将袖带内压力信号转换为电信号，电信号通过滤波器得到抛物线包络的脉搏压力波，最后由血压算法计算出收缩压(SBP)、舒张压(DBP)和平均血压(MAP)。
目前，电子血压计都是采用分离组件组合实现，电路复杂，成本高。它们通过电位器实现调试和标定，操作麻烦，而且在运输过程中电位器受振动易产生变化，稳定性差。
发明内容
本发明的目的是提供一种***电路简单、成本低、稳定性好的电子血压计及其标定方法。
本发明电子血压计包括压力传感器、显示屏和信号处理电路，压力传感器将袖带内压力信号转换为电信号，经信号处理电路处理后在显示屏上显示收缩压、舒张压和平均血压，其特征在于：所述信号处理电路包括用于将压力传感器的输出信号按比例放大到与模数转换器的输入范围相匹配的可编程增益放大器、用于从可编程增益放大器的输出中提取脉搏信号的带通滤波器、用于将带通滤波器及可编程增益放大器输出的模拟信号转换为数字信号的模数转换器，以及根据模数转换器输出的信号计算收缩压、舒张压和平均血压的MCU，所述可编程增益放大器、带通滤波器、模数转换器、MCU以及所述显示屏的驱动电路集成在一个SoC(System on a Chip)芯片中。
进一步还可在所述MCU内置数字滤波程序，以滤除50Hz的工频干扰对脉搏信号的影响。
进一步可将为MCU和模数转换器提供时钟信号的实时时钟模块集成于所述SoC芯片内。
本发明还提供一种电子血压计标定方法，该方法可通过程序自动实现，具体包括以下步骤：
a、给可编程增益放大器设置一个经验增益参数和偏置参数；
b、使压力传感器受力为0，MCU改变可编程增益放大器的偏置参数并检测模数转换器的输出是否在合适的零点内码值范围内，进行零点预标定，使可编程增益放大器得到准确的偏置参数；
c、使压力传感器受力为血压计量程的最大值，MCU改变可编程增益放大器的增益参数并并检测模数转换器的输出是否在合适的满幅点内码值范围内，进行满幅点标定，使可编程增益放大器得到准确的增益参数；
d、使传感器受力为0，MCU采集模数转换器此时的内码值并存储，完成零点标定；以及
e、使传感器受力为指定值，MCU采集模数转换器对应的内码值并存储，完成中间点标定。
本发明将可编程增益放大器(PGA)、滤波器、模数转换器(ADC)、MCU、LCD驱动电路等集成在一个SoC芯片内，整个电子血压计电路仅由一个SoC芯片、压力传感器和少量的***阻容元件组成，大大减化了***电路，减少了硬件开支，从而能大大提高生产效率，降低生产成本。
其在SoC内部内置了可编程的增益和偏置参数设置，针对每个压力传感器的量程和偏置进行个性化设置，把ADC的量程范围发挥到极至，极大地提高了ADC的使用效率，避免ADC的浪费，进一步达到降低生产成本的目的。
其***标定和调试通过SoC内的参数设置实现，可由程序控制自动完成，大大简化了标定工序，而且标定完后的产品不会受运输过程中振动的影响，稳定性好。
附图说明
图1是本电子血压计的原理图；
图2是图1中可编程增益放大器的原理图；
图3是图1中带通滤波器的原理图；
图4a是实验中测得的PGA输出的压力信号的波形图；
图4b是实验中测得的带通滤波器输出的脉搏信号的波形图；
图5a-c是***标定过程的示意图，其中a所示是零点预标定，b所示是满幅点标定，c所示是零点及中间点标定。
具体实施方式
参照图1，本电子血压计包括压力传感器2、显示屏3和信号处理电路1，压力传感器2将袖带内压力信号转换为电信号，经信号处理电路1处理后在显示屏3上显示收缩压、舒张压和平均血压，所述信号处理电路1包括用于将压力传感器2的输出信号按比例放大到与模数转换器13的输入范围相匹配的可编程增益放大器(PGA)11、用于从可编程增益放大器11的输出中提取脉搏信号的带通滤波器12、用于将带通滤波器12及可编程增益放大器11输出的模拟信号转换为数字信号的模数转换器(ADC)13，以及根据模数转换器输出的信号计算收缩压、舒张压和平均血压的MCU 14，所述可编程增益放大器11、带通滤波器12、模数转换器13、MCU 14以及所述显示屏3的驱动电路15集成在一个SoC芯片中。
图1中PWM0是压力泵的驱动信号，用于控制压力泵向袖带内充气。PWM1是排气阀的驱动信号，用于驱动排气阀工作，控制袖带内气体的排出。
压力传感器2采用电阻式压力传感器，由四个等值电阻组成电桥，其输出电压和输入压力成正比，如：全垒MPS-3110和联电US-09111-006。压力传感器2采用恒流源驱动，所述恒流源由运放OP1和两个电阻构成，为压力传感器2提供恒定电流，构成恒流源的运放OP1集成于所述SoC芯片中。压力传感器2也可以采用恒压源驱动。
可编程增益放大器11采用可编程仪用放大器，仪用放大器的主要特点就是具有高输入阻抗而不会对传感器的恒流电路产生影响，同时又能保证对小信号放大的高增益性。参照图2，可编程仪用放大器11包含两个部分的可编程增益，可分别多档设置增益倍数，如需要调整输出范围可分别通过VREF1及VREF2两个偏置电压实现。参照图1、2，可编程仪用放大器11一路输出至ADC13的输入通道AN1，该路同时输出至带通滤波器12，可编程仪用放大器11另一路输出至ADC13的输入通道AN0。
参照图1、3，带通滤波器12由两个运放OP2、OP3和***电阻R1-R12、电容C1-C5构成，其带宽为10Hz-500Hz。带通滤波器12输入端接可编程增益放大器11的一输出端，带通滤波器12输出端接模数转换器13的输入通道AN2。可编程增益放大器11输出的压力信号通过带通滤波器12滤波后得到脉搏信号。从而得到了示波法血压测量所需要的两路信号：压力信号和脉搏信号。图4a所示是实验中测得的可编程增益放大器11输出的压力信号的波形，图4b所示是图4a压力信号经带通滤波器12滤波后的脉搏信号的波形，信号的采集过程是以袖带放气时检测压力和脉搏信号为例。
针对于50Hz的工频干扰，前端在硬件电路上已经通过低通滤波处理，如未完全抑制，在应用中将影响***对脉搏峰值的确认，因此本发明中在MCU14内置数字滤波程序，通过一定的算法实现滤除50Hz的工频干扰对脉搏信号的影响，以提高血压计的测量精度。
SoC芯片内建实时时钟(RTC)模块，为MCU和模数转换器提供时钟信号。另外，本电子血压计设有省电模式，SoC内建唤醒电路，省电模式下可用于关闭DC/DC器件。
由于半导体材料固有的特性，压力传感器普遍存在以下问题：I.一致性问题：即使是同一批生产的传感器，其特性也会有比较大的离散性，为了确保足够的精确度，必须对每个传感器进行校正。II.温度飘移问题：半导体材料对温度变化是很敏感的，实际测试1mmHg/10℃，必须采取一定的措施对传感器的温度飘移进行补偿。III.时间飘移问题：实际测试半导体材料有时飘现象，一分种有3mmHg。一般而言，测试过程不会超过40秒。本发明电子血压计采用开机归零方式(压力传感器开机时要先进行零点偏移校正)，可以有效解决飘移问题。
对于传感器的离散性问题，本发明电子血压计通过***标定过程中对内建的可编程增益放大器的增益参数和偏置参数调整来实现对传感器的校正。血压计的标定可通过程序自动实现，参照图5a-c，具体标定方法依次包括以下步骤：
a、给可编程增益放大器设置一个经验增益参数和偏置参数；
b、使压力传感器受力为0，MCU改变可编程增益放大器的偏置参数并检测模数转换器的输出是否在合适的零点内码值范围内，进行零点预标定，使可编程增益放大器得到准确的偏置参数；
c、使压力传感器受力为血压计量程的最大值，MCU改变可编程增益放大器的增益参数并检测模数转换器的输出是否在合适的满幅点内码值范围内，进行满幅点标定，使可编程增益放大器得到准确的增益参数；
d、使传感器受力为0，MCU采集模数转换器此时的内码值并存储，完成零点标定；以及
e、使传感器受力为指定值，MCU采集模数转换器对应的内码值并存储，完成中间点标定。
上述步骤b中，所述零点内码值为2nx 1/8，其中n为模数转换器的位数，当模数转换器的输出接近2nx 1/8时，将此时的偏置参数定为可编程增益放大器的准确偏置参数。
上述步骤c中，所述满幅点内码值为2nx7/8，其中n为模数转换器的位数，当模数转换器的输出接近2nx7/8时，将此时的增益参数定为可编程增益放大器的准确增益参数。
所述标定是指记录压力传感器的固定点压力所对应的ADC的内码值，标定的目的是为了在测量过程中MCU能通过所得内码值计算出实际压力。具体标定点的选择视压力传感器线性特性而定。
Claims (8)
1.一种电子血压计，包括压力传感器、显示屏和信号处理电路，压力传感器将袖带内压力信号转换为电信号，经信号处理电路处理后在显示屏上显示收缩压、舒张压和平均血压，其特征在于：所述信号处理电路包括用于将压力传感器的输出信号按比例放大到与模数转换器的输入范围相匹配的可编程增益放大器、用于从可编程增益放大器的输出中提取脉搏信号的带通滤波器、用于将带通滤波器及可编程增益放大器输出的模拟信号转换为数字信号的模数转换器，以及根据模数转换器输出的信号计算收缩压、舒张压和平均血压的MCU，所述可编程增益放大器、带通滤波器、模数转换器、MCU以及所述显示屏的驱动电路集成在一个SoC芯片中。
2.如权利要求1所述的电子血压计，其特征在于：所述压力传感器采用恒流源驱动，所述恒流源由运放和电阻构成，构成恒流源的运放集成于所述SoC芯片中。
3.如权利要求1所述的电子血压计，其特征在于：所述带通滤波器由两个运放和***电阻、电容构成，其带宽为10Hz-500Hz。
4.如权利要求1所述的电子血压计，其特征在于：所述MCU内置数字滤波程序，以滤除50Hz的工频干扰对脉搏信号的影响。
5.如权利要求1所述的电子血压计，其特征在于：为MCU和模数转换器提供时钟信号的实时时钟模块集成于所述SoC芯片内。
6.一种电子血压计标定方法，其特征在于依次包括以下步骤：
a、给可编程增益放大器设置一个经验增益参数和偏置参数；
b、使压力传感器受力为0，MCU改变可编程增益放大器的偏置参数并检测模数转换器的输出是否在合适的零点内码值范围内，进行零点预标定，使可编程增益放大器得到准确的偏置参数；
c、使压力传感器受力为血压计量程的最大值，MCU改变可编程增益放大器的增益参数并检测模数转换器的输出是否在合适的满幅点内码值范围内，进行满幅点标定，使可编程增益放大器得到准确的增益参数；
d、使传感器受力为0，MCU采集模数转换器此时的内码值并存储，完成零点标定；
e、使传感器受力为指定值，MCU采集模数转换器对应的内码值并存储，完成中间点标定。
7.如权利要求6所述的电子血压计标定方法，其特征在于：步骤b中所述零点内码值为2nx 1/8，其中n为模数转换器的位数，当模数转换器的输出接近2n x 1/8时，将此时的偏置参数定为可编程增益放大器的准确偏置参数。
8.如权利要求6所述的电子血压计标定方法，其特征在于：步骤c中所述满幅点内码值为2nx7/8，其中n为模数转换器的位数，当模数转换器的输出接近2nx7/8时，将此时的增益参数定为可编程增益放大器的准确增益参数。
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