電子血壓計(jì)由于具有體積小、使用方便、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為醫(yī)療機(jī)構(gòu)和家庭自測(cè)血壓的主要工具。對(duì)電子血壓計(jì)的性能評(píng)價(jià)，不僅關(guān)系到用戶如何選擇電子血壓計(jì)，而且是企業(yè)自身產(chǎn)品質(zhì)量管理與控制的重要手段，具有重大意義。目前，國(guó)內(nèi)外血壓計(jì)生產(chǎn)商對(duì)于其產(chǎn)品性能評(píng)價(jià)主要有兩種方式：一是傳統(tǒng)的手動(dòng)評(píng)價(jià)方式，這樣的評(píng)價(jià)方式主要靠人工，利用萬(wàn)用表等檢測(cè)設(shè)備，按照一定的檢測(cè)流程來(lái)完成，檢測(cè)效率和精度都很低；另一種方式是采用分立的自動(dòng)評(píng)價(jià)組件來(lái)完成，每一個(gè)評(píng)價(jià)組件只能完成某一單一性能的評(píng)價(jià)，組件之間相互獨(dú)立，無(wú)法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品性能的綜合評(píng)價(jià)，且檢測(cè)效率和自動(dòng)化水平均較低。本文設(shè)計(jì)的電子血壓計(jì)綜合性能評(píng)價(jià)系統(tǒng)正是基于這樣一個(gè)實(shí)際應(yīng)用背景和需求而開發(fā)的。它集計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)、現(xiàn)代傳感器技術(shù)于一體，配合線性插值算法，保證系統(tǒng)的測(cè)量精度。系統(tǒng)具有靜態(tài)壓力檢測(cè)、加壓特性曲線檢測(cè)、功耗檢測(cè)等多種功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電子血壓計(jì)的綜合性能評(píng)價(jià)，滿足企業(yè)對(duì)血壓計(jì)綜合性能分析的需求。

1 總體設(shè)計(jì)方案
　  目前市場(chǎng)上電子血壓計(jì)品牌眾多，但無(wú)論哪種品牌的血壓計(jì)，其性能評(píng)價(jià)指標(biāo)概括起來(lái)主要包括：血壓計(jì)靜態(tài)壓力評(píng)價(jià)、加壓特性曲線評(píng)價(jià)、血壓計(jì)消耗電流評(píng)價(jià)等。通過(guò)對(duì)這些性能指標(biāo)的評(píng)價(jià)，可全面判斷血壓計(jì)的質(zhì)量狀態(tài)[1-3]。圖1為電子血壓計(jì)綜合性能評(píng)價(jià)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。系統(tǒng)由電路系統(tǒng)和氣路系統(tǒng)兩大部分組成，其中電路系統(tǒng)由單片機(jī)系統(tǒng)、壓力檢測(cè)電路、電流檢測(cè)電路、泵控制電路、電壓基準(zhǔn)電路、多路電源、顯示模塊、按鍵模塊和通信模塊等構(gòu)成；氣路系統(tǒng)由壓力傳感器、氣瓶、加壓氣泵及氣路配件組成。

1.1 靜態(tài)壓力評(píng)價(jià)方案
    靜態(tài)壓力指標(biāo)是評(píng)價(jià)血壓計(jì)壓力測(cè)量準(zhǔn)確性的重要指標(biāo)，是血壓測(cè)量的基礎(chǔ)，通常血壓計(jì)靜態(tài)壓力評(píng)價(jià)的控制指標(biāo)小于1 mmHg[4-5]。如圖1所示，靜態(tài)壓力評(píng)價(jià)原理為:首先通過(guò)按鍵操作設(shè)置血壓計(jì)為靜壓測(cè)試模式；然后單片機(jī)通過(guò)泵控制電路控制加壓氣泵為被測(cè)血壓計(jì)加壓，壓力值依次設(shè)定為50、100、150、200、250、300 mmHg；在各壓力點(diǎn)分別讀取系統(tǒng)壓力示值和血壓計(jì)壓力示值，分析靜態(tài)壓力的示值誤差。
1.2 加壓特性曲線評(píng)價(jià)方案
    電子血壓計(jì)加壓過(guò)快、過(guò)慢、過(guò)高、過(guò)低，都會(huì)給使用者帶來(lái)不適感并影響測(cè)量精度。因此電子血壓計(jì)的加壓采用智能加壓技術(shù)，按照一定的特性曲線加壓。血壓計(jì)加壓特性曲線是保證其智能加壓功能和測(cè)量精度的重要指標(biāo)。血壓計(jì)的加壓特性用不同壓力段的加壓速度來(lái)衡量。血壓計(jì)每一壓力區(qū)間的加壓速度必須在規(guī)定的指標(biāo)范圍內(nèi)，血壓計(jì)只有按照這樣的加壓特性曲線加壓，才能保證使用者的舒適性和測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
    如圖1所示，血壓計(jì)加壓特性評(píng)價(jià)的過(guò)程為：(1)單片機(jī)控制繼電器為被測(cè)血壓計(jì)供電DC 6 V； (2)通過(guò)按鍵操作設(shè)置血壓計(jì)為加壓特性檢查模式，血壓計(jì)開始向測(cè)試系統(tǒng)打壓； (3)壓力傳感器將檢測(cè)到的壓力信號(hào)送單片機(jī)采集，利用定時(shí)器分析各壓力段的加壓速度。只有加壓速度均滿足血壓計(jì)加壓特性曲線要求時(shí)，產(chǎn)品的加壓特性指標(biāo)合格，否則必須返廠維修。
1.3 血壓計(jì)消耗電流評(píng)價(jià)方案
    電子血壓計(jì)消耗電流是衡量其功率特性的重要指標(biāo)。通常血壓計(jì)消耗電流評(píng)價(jià)的控制指標(biāo)小于300 mA。電流過(guò)大，說(shuō)明血壓計(jì)的功耗超標(biāo)，禁止出廠。單片機(jī)通過(guò)繼電器為被測(cè)血壓計(jì)供電DC 6 V；電流通過(guò)采樣電阻(1 Ω/1 W)轉(zhuǎn)換成電壓，差動(dòng)輸入給儀表放大器，通過(guò)放大電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)0~500 mA轉(zhuǎn)換為0~5 V電壓，單片機(jī)根據(jù)電壓值自動(dòng)識(shí)別電流。
2 硬件電路設(shè)計(jì)
2.1 壓力檢測(cè)電路設(shè)計(jì)
     系統(tǒng)中壓力的檢測(cè)通過(guò)E8CC壓力傳感器配合相應(yīng)的放大調(diào)整電路實(shí)現(xiàn)。E8CC采用
+12 V供電， 將0~700 mmHg的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成1~5 V電壓信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)電壓信號(hào)的精確測(cè)量，檢測(cè)電路采用單電源12 V供電的LM358設(shè)計(jì)。壓力檢測(cè)電路原理圖如圖2所示。通過(guò)本電路實(shí)現(xiàn)壓力信號(hào)的采樣，單片機(jī)根據(jù)測(cè)得的電壓值計(jì)算壓力大小。

2.2 電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)中電流檢測(cè)電路采用儀表放大器AD626配合運(yùn)算放大器AD746設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)毫安級(jí)電流的高精度測(cè)量，將0~500 mA電流轉(zhuǎn)換為0~5 V電壓，供單片機(jī)采樣處理。電路原理圖如圖3所示。AD626設(shè)計(jì)放大倍數(shù)10，實(shí)現(xiàn)電流采樣信號(hào)的差動(dòng)輸入與放大。

2.3 泵控制電路設(shè)計(jì)
    為了提高數(shù)字量輸出的驅(qū)動(dòng)能力，并且隔離單片機(jī)與氣路系統(tǒng)，防止因氣路故障而造成單片機(jī)的損壞，系統(tǒng)中泵控制電路按圖4所示設(shè)計(jì)。電路中采用TLP521光耦實(shí)現(xiàn)電氣隔離，利用三極管2SD1134驅(qū)動(dòng)氣路配件，2SD1134的最大驅(qū)動(dòng)能力是500 mA，驅(qū)動(dòng)能力和頻率響應(yīng)可以滿足要求。二極管1S1588為續(xù)流二極管，用于泄放電磁閥控制時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓,保護(hù)其不受損壞。
2.4 電壓基準(zhǔn)電路設(shè)計(jì)
    STC12C5A單片機(jī)自帶的A/D采用VCC作為參考電壓，而供電電源VCC是不穩(wěn)定的，這就使A/D采樣的結(jié)果不準(zhǔn)確。為了提高A/D采樣的精度, 系統(tǒng)設(shè)計(jì)了如圖5所示的電壓基準(zhǔn)電路，用于消除電源電壓帶來(lái)的誤差[6-7]。測(cè)量時(shí)，先測(cè)量該基準(zhǔn)電壓VREF,得到該基準(zhǔn)電壓的對(duì)應(yīng)測(cè)量值A(chǔ)；再去測(cè)量被測(cè)電壓U，得到測(cè)量值B。實(shí)際電壓則是U=VREF×B/A。

2.5 用戶接口設(shè)計(jì)
    為了方便用戶的使用，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了手動(dòng)和程控兩種用戶接口。(1)手動(dòng)接口。利用通用矩陣鍵盤配合接口電路可方便地選擇功能及輸入設(shè)置參數(shù)。利用數(shù)碼管顯示用戶鍵入的各個(gè)參數(shù)值及實(shí)測(cè)壓力值。按鍵接口采用74HC148設(shè)計(jì)，數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)采用MAX7219設(shè)計(jì)。(2)程控接口。系統(tǒng)除了具有按鍵、數(shù)碼管等常規(guī)操作接口外，還設(shè)計(jì)具有RS232接口，用戶可以通過(guò)RS232接口設(shè)置和讀取壓力值，方便系統(tǒng)集成與擴(kuò)展。
3 軟件設(shè)計(jì)
3.1 軟件總體設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)的軟件采用C語(yǔ)言設(shè)計(jì)，軟件包括：主程序模塊、按鍵輸入模塊、數(shù)碼管顯示模塊、A/D采樣模塊、線性插值模塊、加壓特性分析模塊和RS232通信模塊等。系統(tǒng)軟件主程序流程圖如圖6所示。

    單片機(jī)首先在數(shù)碼管上顯示開機(jī)信息，然后根據(jù)用戶選擇的功能分別進(jìn)入相應(yīng)的評(píng)價(jià)模式。“靜壓評(píng)價(jià)”模式下，單片機(jī)掃描鍵盤輸入，獲取壓力設(shè)定值，控制壓力輸出，同時(shí)在數(shù)碼管上顯示實(shí)測(cè)壓力值，供用戶分析靜態(tài)壓力示值誤差；“電流評(píng)價(jià)”模式下，單片機(jī)完成電流采樣，并在數(shù)碼管上實(shí)時(shí)顯示電流的大小；“加壓評(píng)價(jià)”模式下，單片機(jī)完成壓力采樣，并利用定時(shí)器計(jì)算各壓力段的加壓速度，檢查結(jié)束后，自動(dòng)判定血壓計(jì)的加壓特性是否合格。

4 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)及分析
4.1 靜態(tài)壓力評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)及分析
    針對(duì)設(shè)計(jì)的電子血壓計(jì)綜合性能評(píng)價(jià)系統(tǒng)，進(jìn)行了靜壓評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。單片機(jī)利用PI算法控制泵閥，實(shí)現(xiàn)壓力輸出,壓力值依次設(shè)定為50、100、150、200、250、300 mmHg。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

    本文提出的基于STC12C5A單片機(jī)和E8CC氣體壓力傳感器的電子血壓計(jì)綜合性能評(píng)價(jià)系統(tǒng)，具有靜態(tài)壓力檢定、加壓特性曲線檢定、功耗檢定等多種功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電子血壓計(jì)的綜合性能評(píng)價(jià)。本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于，充分結(jié)合硬件、軟件的優(yōu)勢(shì)，引入PI控制理論和線性插值理論，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種多功能、高精度的電子血壓計(jì)性能評(píng)價(jià)系統(tǒng)。目前，該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)血壓計(jì)的特性檢查，客戶反映良好。
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