電子血壓計由于具有體積小、使用方便、測量精度高等優(yōu)點，已經(jīng)成為醫(yī)療機(jī)構(gòu)和家庭自測血壓的主要工具。對電子血壓計的性能評價，不僅關(guān)系到用戶如何選擇電子血壓計，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，國內(nèi)外血壓計生產(chǎn)商對于其產(chǎn)品性能評價主要有兩種方式：一是傳統(tǒng)的手動評價方式，這樣的評價方式主要靠人工，利用萬用表等檢測設(shè)備，按照一定的檢測流程來完成，檢測效率和精度都很低；另一種方式是采用分立的自動評價組件來完成，每一個評價組件只能完成某一單一性能的評價，組件之間相互獨立，無法實現(xiàn)產(chǎn)品性能的綜合評價，且檢測效率和自動化水平均較低。本文設(shè)計的電子血壓計綜合性能評價系統(tǒng)正是基于這樣一個實際應(yīng)用背景和需求而開發(fā)的。它集計算機(jī)測控技術(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)的測量精度。系統(tǒng)具有靜態(tài)壓力檢測、加壓特性曲線檢測、功耗檢測等多種功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對電子血壓計的綜合性能評價，滿足企業(yè)對血壓計綜合性能分析的需求。

1 總體設(shè)計方案
　  目前市場上電子血壓計品牌眾多，但無論哪種品牌的血壓計，其性能評價指標(biāo)概括起來主要包括：血壓計靜態(tài)壓力評價、加壓特性曲線評價、血壓計消耗電流評價等。通過對這些性能指標(biāo)的評價，可全面判斷血壓計的質(zhì)量狀態(tài)[1-3]。圖1為電子血壓計綜合性能評價系統(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)、壓力檢測電路、電流檢測電路、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)壓力評價方案
    靜態(tài)壓力指標(biāo)是評價血壓計壓力測量準(zhǔn)確性的重要指標(biāo)，是血壓測量的基礎(chǔ)，通常血壓計靜態(tài)壓力評價的控制指標(biāo)小于1 mmHg[4-5]。如圖1所示，靜態(tài)壓力評價原理為:首先通過按鍵操作設(shè)置血壓計為靜壓測試模式；然后單片機(jī)通過泵控制電路控制加壓氣泵為被測血壓計加壓，壓力值依次設(shè)定為50、100、150、200、250、300 mmHg；在各壓力點分別讀取系統(tǒng)壓力示值和血壓計壓力示值，分析靜態(tài)壓力的示值誤差。
1.2 加壓特性曲線評價方案
    電子血壓計加壓過快、過慢、過高、過低，都會給使用者帶來不適感并影響測量精度。因此電子血壓計的加壓采用智能加壓技術(shù)，按照一定的特性曲線加壓。血壓計加壓特性曲線是保證其智能加壓功能和測量精度的重要指標(biāo)。血壓計的加壓特性用不同壓力段的加壓速度來衡量。血壓計每一壓力區(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量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
    如圖1所示，血壓計加壓特性評價的過程為：(1)單片機(jī)控制繼電器為被測血壓計供電DC 6 V； (2)通過按鍵操作設(shè)置血壓計為加壓特性檢查模式，血壓計開始向測試系統(tǒng)打壓； (3)壓力傳感器將檢測到的壓力信號送單片機(jī)采集，利用定時器分析各壓力段的加壓速度。只有加壓速度均滿足血壓計加壓特性曲線要求時，產(chǎn)品的加壓特性指標(biāo)合格，否則必須返廠維修。
1.3 血壓計消耗電流評價方案
    電子血壓計消耗電流是衡量其功率特性的重要指標(biāo)。通常血壓計消耗電流評價的控制指標(biāo)小于300 mA。電流過大，說明血壓計的功耗超標(biāo)，禁止出廠。單片機(jī)通過繼電器為被測血壓計供電DC 6 V；電流通過采樣電阻(1 Ω/1 W)轉(zhuǎn)換成電壓，差動輸入給儀表放大器，通過放大電路設(shè)計實現(xiàn)0~500 mA轉(zhuǎn)換為0~5 V電壓，單片機(jī)根據(jù)電壓值自動識別電流。
2 硬件電路設(shè)計
2.1 壓力檢測電路設(shè)計
     系統(tǒng)中壓力的檢測通過E8CC壓力傳感器配合相應(yīng)的放大調(diào)整電路實現(xiàn)。E8CC采用
+12 V供電， 將0~700 mmHg的壓力信號轉(zhuǎn)換成1~5 V電壓信號。為了實現(xiàn)電壓信號的精確測量，檢測電路采用單電源12 V供電的LM358設(shè)計。壓力檢測電路原理圖如圖2所示。通過本電路實現(xiàn)壓力信號的采樣，單片機(jī)根據(jù)測得的電壓值計算壓力大小。

2.2 電流檢測電路設(shè)計
    系統(tǒng)中電流檢測電路采用儀表放大器AD626配合運算放大器AD746設(shè)計，實現(xiàn)毫安級電流的高精度測量，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)計放大倍數(shù)10，實現(xiàn)電流采樣信號的差動輸入與放大。

2.3 泵控制電路設(shè)計
    為了提高數(shù)字量輸出的驅(qū)動能力，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。電路中采用TLP521光耦實現(xiàn)電氣隔離，利用三極管2SD1134驅(qū)動氣路配件，2SD1134的最大驅(qū)動能力是500 mA，驅(qū)動能力和頻率響應(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
    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)計了如圖5所示的電壓基準(zhǔn)電路，用于消除電源電壓帶來的誤差[6-7]。測量時，先測量該基準(zhǔn)電壓VREF,得到該基準(zhǔn)電壓的對應(yīng)測量值A(chǔ)；再去測量被測電壓U，得到測量值B。實際電壓則是U=VREF×B/A。

2.5 用戶接口設(shè)計
    為了方便用戶的使用，系統(tǒng)設(shè)計了手動和程控兩種用戶接口。(1)手動接口。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參數(shù)值及實測壓力值。按鍵接口采用74HC148設(shè)計，數(shù)碼管驅(qū)動采用MAX7219設(shè)計。(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)計具有RS232接口，用戶可以通過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
3.1 軟件總體設(shè)計
    系統(tǒng)的軟件采用C語言設(shè)計，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)的評價模式。“靜壓評價”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，同時在數(shù)碼管上顯示實測壓力值，供用戶分析靜態(tài)壓力示值誤差；“電流評價”模式下，單片機(jī)完成電流采樣，并在數(shù)碼管上實時顯示電流的大小；“加壓評價”模式下，單片機(jī)完成壓力采樣，并利用定時器計算各壓力段的加壓速度，檢查結(jié)束后，自動判定血壓計的加壓特性是否合格。

4 系統(tǒng)實驗及分析
4.1 靜態(tài)壓力評價實驗及分析
    針對設(shè)計的電子血壓計綜合性能評價系統(tǒng)，進(jìn)行了靜壓評價實驗。單片機(jī)利用PI算法控制泵閥，實現(xiàn)壓力輸出,壓力值依次設(shè)定為50、100、150、200、250、300 mmHg。實驗結(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綜合性能評價系統(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)對電子血壓計的綜合性能評價。本文的創(chuàng)新點在于，充分結(jié)合硬件、軟件的優(yōu)勢，引入PI控制理論和線性插值理論，設(shè)計并實現(xiàn)了一種多功能、高精度的電子血壓計性能評價系統(tǒng)。目前，該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場血壓計的特性檢查，客戶反映良好。
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