解析自动检测血压计设计要点

2013年06月05日 22:06    1640190015
关键词: 自动检测 , 医疗电子 , 压力传感器
  随着人们生活水平的提高,医疗监护设备开始逐步进入家庭,血压计即为一种常见的家庭用医疗装置。血压计主要利用一个充气袖带和监听设备,通过侦听的方式测量血压;也可以利用压力传感器测量血压。这种血压计可以通过两种途径实现:对袖带手动充气,利用听诊器监听动脉壁发出的声音(听诊法);或者在血压计内部嵌入一个压力传感器,对动脉壁的振动进行测量(振量法)。
  自动检测血压计有两种类型:上臂式血压计和腕式血压计。上臂式血压计包含一个气囊,测量时将其缠缚于上臂。充气袖带通过一条皮管连接到放置在手臂附近的监视器。腕式血压计尺寸较小,整个装置可以缠绕在手腕上,因此,这类产品对尺寸的要求比较严格。有些上臂式血压计需要手动充气,但目前市场上的多数上臂式和腕式血压计都采用了全自动设计。

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  测量技术:自动电子血压计首先对袖带充气使其具有足够的压力,从而阻止血液在局部主动脉的流动。随着压力逐渐释放,当血液开始流过动脉时,测量到的压力值为心脏收缩压。同时还可以监测到脉搏跳动的速率。继续缓慢放气,使袖带内压力逐渐降低,当袖带压力降低到等于或稍低于舒张压时,血流又恢复畅通,此时测量到的数值相当于心脏的舒张压。由此完成一次完整的测量周期,整个过程由装置中的泵、充气袖带、电子阀和压力传感器完成。
  压力传感器产生的信号经过运算放大器或仪表放大器调理后送入ADC.然后,针对不同类型的传感器和监视器,采用适当的方法在数字域计算心脏收缩压、舒张压和脉搏速率,并将得到的结果显示在液晶屏上,通常还会将数据和对应的时间/日期存储到非易失存储器内。

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  数据接口
  有些血压计能够把数据上传到计算机,以便进行更深入的分析和后期测量跟踪,可以通过USB接口传输数据。可以选择一个分立的USB收发器,也可以选择内置这种收发器微控制器。
  语音提示:血压计的音频提示可以是简单的蜂鸣声,也可以采用高端语音提示。简单的蜂鸣器可以利用微控制器的一个或两个脉宽调制(PWM)输出端口驱动;对于高级语音提示功能电路,可以选择音频数/模转换器和放大器处理音频信号。

  电源管理:上臂式血压计通常采用4节AAA碱性电池供电,腕式血压计大多采用2节AAA碱性电池供电。血压计泵和模拟电路要求5V或3.3V供电,数字电路根据具体采用的测量技术选择3.3V或1.8V供电。由此,一个典型的上臂式血压计需要一路升/降压开关电源为泵/模拟电路提供5V电源,另外还需要一路低压差线性稳压器(LDO)为数字电路供电。典型的腕式血压计则采用升压转换器提供泵/模拟电路所需的3.3V电源,利用一个LDO将输入电压转换到1.8V,为数字电路供电。

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  为了延长电池使用寿命,血压计步工作时可以关断电源,而只维持实时时钟(RTC)有效并可快速恢复血压计的工作状态。
  显示与背光:血压计大多使用简单的段式LCD显示器,其中包含100段或更少的段码,LCD驱动器通常集成在微控制器内部。利用一个或两个白光LED或EL灯提供背光源。腕式血压计可以采用开关电源拓扑提供白光LED驱动,上臂式血压计则可采用线性稳压器提供白光LED驱动。
  微控制器:血压计功能电路的核心是微控制器,Maxim开发的MAXQ2010微控制器是一款低功耗、16位器件,包含高性能12位多路ADC和LCD接口。配合高性能、低功耗混合信号集成电路,可以理想地用于血压计设计。器件具有64KB闪存、2KB RAM、3个16位定时器和2个通用同步/异步接收器/发送器(USART)。闪存有助于原型开发和量产,对于成本要求严格的大批量生产的产品,可以选择掩模ROM版本。微控制器工作于2.7V至3.6V电源。为实现低功耗性能,MAXQ2010包含低功耗睡眠模式,可以有选择地关闭外围器件,并有多种省电模式。

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  静电放电:所有血压计监视器必须通过IEC 61000-4-2的静电放电(ESD)测试要求,可以利用内置ESD保护的器件,或者采用ESD保护线对暴露在接口位置的线路加以保护。

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