AT80C51单片机电子血压计.docx
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AT80C51单片机电子血压计
摘要
前言5
1.基于单片机的电子血压计装置总体概述7
1.1基于单片机的电子血压计简介7
1.1.1基于单片机的电子血压计的介绍7
1.1.2基于单片机的电子血压计功能简介7
1.1.3基于单片机的电子血压计使用注意事项7
1.2血压计装置设计方案8
1.2.1设计总体要求8
1.2.2具体设计方案8
1.3基于单片机的电子血压计工作原理10
1.3.1血压测量的工作原理10
1.3.2基于单片机的电子血压计的工作原理11
1.4体温测量方案选择11
1.4.1集成温度传感器11
1.4.2温度传感器的选择12
1.4.2体温测量的工作原理12
2.1传感器简介以及电路设计13
2.1.1传感器简介13
2.1.2传感器电路设计15
2.2AT80C51单片机的简介15
2.3单片机电路设计17
2.3.1AT80C51的复位电路：
17
2.3.2AT80C51的时钟电路：
18
2.4液晶显示模块简介及电路设计19
2.4.1液晶显示模块DM-1602简介19
2.4.2液晶显示模块DM-1602电路设计22
2.5其他电路设计22
2.5.1电源电路22
2.5.2线性阀PWM控制电路23
2.5.3充气PUMP控制电路24
2.5.4按键电路24
3.软件系统流程以及程序的设计26
3.1单片机主程序流程图26
3.2处理模块26
3.3测量模块27
3.4信号处理模块27
3.5显示模块28
3.6电源处理模块29
结论30
参考文献31
致谢32
附录33
子程序流程：
33
部分参考程序35
基于单片机的电子血压计的设计
摘要:
本课题主要任务是设计基于单片机的电子血压计，并且具有测量体温功能。
本文采用单片机AT80C51、DM-1602液晶显示屏、压力传感器ASDX001及温度传感器AD590与PWM和PWMP控制电路。
该设计以压力传感器ASDX001及温度传感器AD590作为外部信号采集部件，以单片机80C51为核心的控制器实现对采集信号的处理。
我们还设计了五大软件系统流程模块：
处理模块、测量模块、信号处理模块、显示模块、电源处理模块。
血压和体温通过按键进行切换。
关键词：
ASDX001；AT80C51；液晶显示；压力测量。
THEDesignofEmbeddedElectronicDevicesBasedonMCO
Name:
LuYang
Major:
Electronicinformationscienceandtechnology
Tutor:
ZhouJing
Abstract:
Thistopicmaintaskistodesigntheelectronicdevicebasedonsinglechip,andhavetemperaturefunction.ThispaperUSESthemonolithicAT80C51,DM-1602LCDscreen,pressuresensorwithASDX001andtemperaturesensorAD590PWMandPWMPcontrolcircuit.
ThisdesignwithpressuresensorASDX001andtemperaturesensorAD590asanexternalsignalacquisitionparts,takingsingle-chip80C51asthecoreofthecontrollertoachievecollectionsignalprocessing.Wealsodesignhasfivesoftwaresystemflowmodule:
processingmodule,measurementmodules,signalprocessingmodule,displaymodule,powerhandlingmodule.Bloodpressureandtemperaturethroughswitchingkeys.
Keyword:
ASDX001、AT80C51、liquidcrystalshowthatthemodule、Pressuremeasurements.
前言
随着生活水平的提高，人们越来越观注自己的身体健康，血压是身体健康与否的一个重要指标。
据2001年全国普查显示，我国平均每三个家庭就有一个高血压患者；慢性低血压的发病率为4%左右，其在老年人群中可高达10%。
因此，研制既适合家庭保健人员又适合专业人士智能型血压计具有重要的意义。
在现代疾病谱上，高血压的危害无疑高居前几位。
对于上了年纪的人，血压是一个重要的健康信号。
随着生活水平的提高，时下老年人对自己的血压越来越关注。
高血压是世界最常见的心血管疾病，也是最大的流行病之一，它的危害非常的巨大，据有关统计资料显示，我国现有的高血压患者已达一亿，并且每年新增人数在300万以上。
从高血压目前的危害来看，高血压病已成为人类的头号隐形杀手病。
高血压病不但是长期危害人体健康的一种慢性病，而且它还是脑中风、冠心病、心肌梗死、心力衰竭、肾衰等疾病的祸首，因此被人们称为“无形杀手”。
高血压对人体的损害是全身性的，也是造成死亡的恶魔，直接威胁着人的生命，所以，对高血压这个无形杀手，不可掉以轻心。
治疗高血压病，首先是要测量准确的血压。
测量血压的仪器称为血压计。
血压计可分为直接式和间接式两种。
两种血压计的工作原理是不相同的，直接式是用压力传感器直接测量压力变化；间接式的工作原理则是控制从外部施加到被测部位上的压强，并将控制的结果与其相关的柯氏音的产生和消失的信息加以判断。
前者不管对动脉或静脉都可连续测试，而后者只能测量动脉的收缩压和舒张压。
传统的血压计是模拟的血压计。
此类血压计操作比较复杂，测量精度不够，而且受环境影响较大。
且时常需要校准精度，需用一只准确的汞柱血压计或血压表一同校验。
其方法是将听诊器上“Y”形管取下，其两端分别接准确的血压计（血压表）和校验的弹簧表式血压表，第三端接臂带及气阀，这样利用同一压力，观察要校验的血压表与准确的血压计（血压表）的读数是否葙伺，如不同则说明该校验的血压表已不准确，如读数相同，仅零位有偏差时，并不影响实际使用。
如发现血压表指针不能回复零位时，切勿擅自调节螺钉，以免损害表内机芯，此时应将血压表送到生产厂家或指定服务部维修。
因此，此类血压计的使用与维护相对麻烦。
为了让广大血压计使用者更方便的使用与维护血压计，也让更多的人学会使用血压计进行简单的血压测量，我们设计出一台操作便捷，测量精确，无需维护的智能型测量血压的装置，以帮助人们对抗高血压。
本论文也具有比较重要的现实意义。
目前，市场上的使用的血压计大部分仍是水银血压计，也有一些动态血压记录仪。
水银血压计每次测量必须由医生戴上听诊器进行测量，测量过程复杂，只能是每个医生一次对一个人进行测量;而且对不同的医生，测量结果可能不同:
对同一个人来说，影响血压因素非常多，由于每次测量的时间不可能很长，测得结果在某些情况就不能真实的反映被测对象的血压值。
将脉动波的记录引入动态血压技术，提供24小时内的每次血压测量结果，而且能再现每次测量过程中的波形。
在动态血压检测中干扰和伪差是不可避免的。
目前市场上的大部分动态血压记录仪，只记录每次测量的结果，医生面对的是一批真伪难辩的数字。
本课题研究最终旨在设计出全信息的动态血压记录仪，使每次测量结果完全透明，实时分析结合回顾分析，使医生可以对照原始波形判断数据的真伪，有效甄别出干扰和伪差引起的误检测，恢复真实血压，保证血压报告的有效性和可靠性。
1.基于单片机的电子血压计装置总体概述
1.1基于单片机的电子血压计简介
1.1.1基于单片机的电子血压计的介绍
该产品重量轻，便携，可放入医生护士口袋。
无水银，增强环保性，避免了因水银泄露而造成的污染事故。
操作简单易懂，特别适合家庭使用。
1.1.2基于单片机的电子血压计功能简介
该血压计以压力传感器测得血压值，传入单片机，再将血压数据通过A/D转换器转换成数字信号，然后由控制核心单片机控制，经主程序处理数据之后，在液晶显示器上把数据显示出来。
1.1.3基于单片机的电子血压计使用注意事项
1.袖带位置须与心脏高度保持一致，上臂自然下垂，肘和前臂自然地搭在桌子上，手心向上，不要把整个胳膊平伸在高于心脏位置的桌子上，或用垫子将胳膊垫得过高；
2.每天要在固定时间和同样状态下，以相同的姿势测量血压；
3.应该在安静的状态下进行测量，测量前安静休息10～20分钟，深呼吸2～3次；
4.饭后或运动后至少休息一小时再进行测量；
5.不要在浴后、吸烟、饮酒、喝咖啡后测血压；
6.要在没有尿意时测血压。
7.测量时应保持心情舒畅，没有疲劳感，不紧张。
1.2血压计装置设计方案
1.2.1设计总体要求
基于单片机的电子血压计是传感技术和微电脑技术的结合体，它的结构应该能保证完成三项基本任务：
①感应血流的压力和温度；②判别高压和低压；③在屏幕上显示测量结果。
感受血流压力和温度离不了传感器，民用电子血压计中所应用的压力传感器必须是高性能低成本的，灵敏度要高，测量范围倒不需要很大。
人体体温是由继承温度传感器AD590采集。
在各种传感器中有一类是利用压电效应的，还有一种人工合成的被称为PVDF的压电薄膜，它是柔软的塑料。
其次就是能根据血压变动及时抓住高、低压的微处理器。
另外，血压会通过电子血压计的液晶显示屏进行显示。
1.2.2具体设计方案
在这里介绍一下有关血压的基本知识，血压是血液在血管内流动时对血管壁的侧压力。
血压分收缩压和舒张压。
当心室收缩向动脉泵血时，血压升高，其最高值为收缩压。
心室舒张时，血压降低，其最低值为舒张压。
血压通常以上肢肪动脉测得的血压为代表，正常成年人上胶动脉的收缩压为90~140毫米汞柱，舒张压为60~90毫米汞柱。
血压过低或过高都是疾病的征象。
血液在动脉血管中的压力随着心脏的收缩、舒张而不断变化，而人的心脏的收缩频率即心率比较低，一般在30~300bpm，由此血压脉动镶号是相对而言还是属于一种缓慢变化的信号，我的设计是采用外接式的结构，以89C51单片机为核心，由其内部自带的10位8通道A/D转换模块构成的采样模块，，该模块的采样数据由单片机串口经电平转换后送到上位机的串口COMI或COMZ，形成种连续数据采集串行数据传输的方式。
电子体温测量仪由MCS-51单片机构成，完成温度数据的采集、处理和传输。
人体体温是由集成温度传感器AD590采集。
AD590直接获取人体体温的信息，通过A/D转化将模拟信号转换成相应的数字信号。
本设计是基于80C51单片机的设计，具体装置方案如下图1-1所示：
恒流源
LCD驱动
单片机
80C51
压力传感器
气泵
振荡器和直流电源
温度传感器
图1-1基于单片机的电子血压计设计方案
Figure1-1BasedonSCMelectronicdevicedesignscheme
接通电源
系统工作示意图：
键盘输入设置参数
启动A/D转换
Y
N
转换结换否
N
数据处理
显示结果
结束否
Y
结束
图1-2血压计系统工作示意图
Figure1-2Bloodsystemworkschemes
硬件工作流程图如图1-2所示。
电源开启过后，若有必要修改系统的默认参数，将由键盘输入或PC机对其进行设置。
经过了这个阶段以后，系统将对某些参数和硬件内部的一些寄存器进行初始化工作。
初始化完成之后，将启动A/D转换，等待直至A/D转换结束。
然后将A/D转换结果送入上位机。
待采样的时间达1秒钟后将分析数据结果，求出最大值和最小值，将这些数据处理后即为收缩压和舒张压。
将它们送往LED数码管进行显示。
温度传感器AD590
增益放大器
滤波
前置放大器
人体
A/D转换器
显示器DM-162
进制转换，存储等数据处理
图1-3体温数据采集和处理流程图
Figure1-3Temperaturedataacquisitionandprocessingflowchart
1.3基于单片机的电子血压计工作原理
1.3.1血压测量的工作原理
血压有两种,一是收缩压:
是当心脏收缩把血液打到血管所测得的血压,二是舒张压:
是心脏在不收缩所得的压力。
当袖带的压力等于血压时,血液开始可以流通而产生所谓的袖带声,这时候也就是收缩压,必须开始从这里做记录,直到最后当袖带声没有的时候,此点即为舒张压。
根据气袖在减压过程中，其压力振荡波的振幅变化包络线来判定血压的。
目前比较一致的看法是当气袖压力振荡波的振幅最大的时候，气袖的压力是动脉的平均压。
动脉的收缩压对应于振幅包络线的第一个拐点，舒张压对应于包络线的第二个拐点。
收缩压判断的确定：
通常采用最大的振幅法，即在放气过程中脉搏波振幅度包络线的上升段，当某一个脉搏波的幅度
与
Um之比
时，就认为此时对应的气袖压力为收缩压。
Ps=P∣Ui=Ks×Um（公式1-1）
舒张压判断的确定：
也是用最大的振幅法来判定，不过是在脉搏波振幅包络线的下降段，当某一个脉搏波的幅度
与
之比
时，就认为此时对应的气袖压力为舒张压。
Pd=P∣Ui=Kd×Um（公式1-2）
血压信号以及收缩舒张压的位置如图1-4所示
图1-4血压交直流信号及收缩压和舒张压位置
Figure1-4Bloodpressureac/dcsignalandsystolicbloodpressureanddiastolicbloodpressureposition
先找出最大振幅值Amax,在往前找幅值为0.5Amax的瞬态位置对应血压直流分量即为收缩压,往后找幅值为0.8Amax的瞬态位置对应血压直流分量即为舒张压,将计算出的收缩压和舒张压结果输出至液晶驱动器显示。
1.3.2基于单片机的电子血压计的工作原理
马达在充气时，袖带内部产生压力，数字压力传感器ASDX001感应到该压力值，经过放大以及滤波电路后，由单片机89C51的第1脚读入，并进行A/D转换。
单片机在程序的控制下，严格按照ASDX001压力传感器的要求的工作时序进行读写控制，读入信号后，对数字信号进运算，然后经DM-162液晶显示模块进行显示。
1.4体温测量方案选择
1.4.1集成温度传感器
集成温度传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器。
集成温度传感器是在20世纪80年代问世的，它是将温度传感器部分、放大电路、驱动电路、信号处理电路等集成在一个芯片上，可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。
集成温度传感器与热敏电阻等其它温度传感器相比具有灵敏度高、线性度好、响应速度快和良好的线性度和一致性等特点。
同时，具有功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等特点，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。
集成温度传感器的工作温度范围是有限的，通常在-55℃～150℃
集成温度传感器的原理是基于硅基P-N结对温度的敏感效应，集成温度传感器有三种类型：
1、线性输出集成温度传感器，电压与温度成比例关系。
2、临界点输出集成温度传感器，探测温度以防止过热，临界温度点的调整可通过电阻设置来完成。
3、数字传感器，用数据总线传输温度值，用数字输出取代模拟输出。
1.4.2温度传感器的选择
我选用的是温度传感器AD590。
AD590是继电压输出型温度传感器之后发展的一种电流输出型温度传感器，以电流输出作为温度指标，在激励电压为4～30V时，AD590的输出电压与绝对温度成正比，表现在1μА/K的高阻抗恒流调节的优良特性。
最为正比于温度的高阻电流源，AD590可以和数百欧姆的电阻串联使用，不易受接触电阻、引线电阻和电压噪声的干扰，适合于多点温度测量和远距离温度测量和控制。
1.4.2体温测量的工作原理
AD590温度传感器是一种已经IC化的温度传感器，它会将温度转换为电流。
其规格介绍如下：
温度每增加1℃，它会增加1μA输出电流；
可测量范围-55℃至150℃；
供应电压范围+4V至30V.
电路分析：
AD590的输出电流I=（273+T）μA（T为摄氏温度），因此测量的电压V为（273+T）μA×10K=（2.73+T/100）V.为了将电压量测出来又需使输出电流I不行流出来，我们使用电压追随器其输出电压V2等于输入电压V.由于一般电源供应较多零件之后，电源是带噪声的，因此我们使用齐纳二极管作为稳压零件，在利用可变电阻分压，其输出电压V1需调整至2.73V。
接下来我们使用差动放大器其输出V0为（100K/10K）×（V2-V1）=T/10V。
如果现在为摄氏28度，输出电压为2.8V.如下图为电路图：
图1-5体温测量电路
Figure1-5temperaturemeasurementcircuit
1.4.3体温计的准确度对比
60例受试者应用两种体温计测量温度准确，电子体温计测量的最低体温为35.7℃，最高体温为38.9℃，平均36.48±0.57；水银体温计测量的最低体温为35.6℃，最高体温为39.0℃，平均36.51±0.57；平均相差0.03℃；两组体温差值最小为0℃，最大为0.02℃，平均差值为0.077℃.两组体温比较差异无显著性（P>0.00=5）（见表1）。
表1-1两种体温计测量温度比较（x±s）
Table1-1twothermometermeasurementtemperatureis（x+s）
组别
病例数
温度测量值（℃）
电子体温计
60
36.48±0.57
水银体温计
60
36.51±0.57
P值
>0.05
2.硬件电路的设计
2.1传感器简介以及电路设计
2.1.1传感器简介
ASDX001属于微型结构压力传感器ASDXDO系列。
ASDX系列是Sensym公司检定合格的ICT代表产品的一种增强型品种。
也是工业水平领先的一种SDX系列传感器增强型。
ASDX001传感器的外形尺寸要比SDX稍大，能提供高电平（4.0V测量范围）的输出电压，价格便宜。
ASDX001压力传感器内置专用集成电路（ASIC）经全面CI校准并有温度补偿。
ASDX001压力传感器采用标准DIP封装，可对传感器偏置、灵敏度、温度系数和非线性度进行数字校正。
ASDX001采用了IC兼容性协议，无需额外的元件或电子电路，就可容易地连接最常用的微控制器和微处理器。
所有ASDXDO压力传感器的精度在满量程范围内为。
具有可用单一5
供电电压土作的特性。
传感器的设计和制造均遵循ISO9001标准。
此系列传感器可用于非腐蚀性、非电离的工作流体，如空气和干燥气体。
传感器的输出是一个16进制格式的己校正的压力值，其分辨率为12位。
该压力传感器可用于测量绝对压、差力压和表力压。
范围从1PSI到100PSI，绝压型传感器有一个内部真空参比值（基准值），因此可直接输出一个与绝对压成比例的信号。
差压型装置允许在传感膜片的任一侧施加压力，可用于压力差的测量。
数字压力传感器ASDX001的结构
（1）外部结构：
图2-1ASDX001外部结构图
Figure2-1ASDX001externalstructure
（2）内部结构
ASDX001的内部结构主要包括4部分：
1多路分配器；②模/数转换器；③微控控制；④模/数转换器。
如图2-2所示：
图2-2ASDX001内部结构图
Figure2-2ASDX001externalstructure
2.1.2传感器电路设计
ASDX001的外围引脚共有8个，其中5个为空脚。
工作电压为正5负。
由
脚引入正5负电压，
为数据输出脚，将所测量得到的数字电压信号传送到单片机的P1.0脚，ASDX001的地脚为GND脚，接地。
因此，这个电路连接十分简单，只需要将传感器的输出脚Vout连接到AT80C51单片机的1脚上即可。
如图2-3所示：
图2-3ASDX001与单片机的连接电路原理图
Figure2-3ASDX001andMCUconnectioncircuitprinciplediagram
2.2AT80C51单片机的简介
现以8051单片机为例，作下述说明，其包括如下功能部件：
1个8位中央处理器，4K/8K的ROM，128/256B的RAM，32条I/O口，2个16位定时器/计数器，1个具有5个中断源的嵌套中断结构，此外还有程序寄存器PC，状态寄存器PSW，堆栈寄存器SP，数据指针寄存器DPTR等部件。
8051单片机采用标准的40引脚的双列直插式封装，其引脚排列如图2-4所示。
图2-48051引脚排列图
Figure2-4PinAssignment8051
访问ROM控制信号引脚EA。
EA用于控制单片机访问内外ROM，当EA=0时，单片机使用外部ROM。
当EA=1时，单片机先使用内部4KROM，后使用外部ROM。
在本设计中EA=1。
地址锁存控制引脚ALE。
当使用外部存储器时，单片机使用P0口作为低8位地址输出口，同时又作为数据I/O口，ALE将P0口输出的低8位地址锁存，从而实现低位地址与数据的分离。
外部ROM读选通引脚PESN。
当单片机读外部ROM时发出PSEN信号，使外部ROM作好准备。
该信号低电平有效。
输入输出引脚P0.0～P0.7。
P0口是一个漏极开路型准双向I/O口。
在访问外部存储器时，它是地址总线分时复用，在访问期间激活了内部的上拉电阻。
在EPROM编程时，它接收指令字节，而在验证程序时，则输出指令字节。
验证时，要求外接上拉电阻。
P1.0～P1.7。
P1口是带内部上拉电阻的8位双向I/O口。
在EPROM编程验证时，它接收低8位地址。
P2.0～P2.7。
P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。
在访问外部存储器时，它送出高8位地址。
在对EPROM编程和验证期间，它接收高8位地址。
P3.0～P3.7。
P3口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。
在MCS-51中，这8个引脚还兼有专用功能。
2.3单片机电路设计
2.3.1AT80C51的复位电路：
同时在第9脚引出一个22uF的电容和一个2K的电阻接+5V的电源组成一个复位电路。
复位是单片机的初始化操作，只要给RESET引脚加上2个周期的高电平信号，就可使单片机复位。
复位的主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。
复位电路通常采用上电复位和按键复位两种方式。
上电复位电路较简单，因此采用采用上电复位电路。
如图2-5所示：
图2-5AT80C51复位电路原理图
Figure2-5AT80C51resetcircuitprinciplediagram
2.3.2AT80C51的时钟电路：
AT80C51的+5V电源由40脚引入，第20脚接地，第19脚和第18脚间由12MHz的晶振及两个20pF的无极性
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