基于藍牙4.0的示波法電子血壓計的設(shè)計方案

　　我國疾病預(yù)防控制中心與衛(wèi)生部聯(lián)合發(fā)布的《中國慢性病報告》中指出：血脂異常、糖尿病、高血壓等慢性疾病已經(jīng)對人類的健康及生命安全造成了嚴(yán)重影響?，F(xiàn)階段，人們對于健康管理和血壓檢測的重視程度不斷上升，血壓的測量方式和準(zhǔn)確性逐漸成為了人們的關(guān)注重點。電子血壓計與傳統(tǒng)水銀汞柱式血壓計相比，具有操作簡單、便攜性高、可單獨操作等優(yōu)勢，在家庭血壓監(jiān)測中得到了廣泛應(yīng)用。

　　1.系統(tǒng)測量的基本原理

　　設(shè)備以示波法為基本原理，人體血壓指的是動脈血管中脈動的血流對血管壁產(chǎn)生的側(cè)向垂直于血管壁的壓力。主動脈血管中垂直于管壁的壓力的峰值為收縮壓，谷值為舒張壓。示波法測量血壓的過程與柯氏音法是一致的。首先通過氣泵對袖帶進行充氣加壓，以此阻塞上臂肱動脈血液流通，在脈搏波消失后，對袖帶進行緩慢放氣減壓，脈搏開始出現(xiàn)。當(dāng)袖帶的壓力從大于人體的收縮壓減小到收縮壓的大小時，

　　脈搏波突然變大，在達到人體的平均壓時，脈搏波幅值達到最大值，然后又隨著袖帶中壓力的減小而衰減。示波法就是通過袖帶壓力和脈搏波之間的對應(yīng)關(guān)系來測定血壓值，脈搏波最大值即平均壓，而舒張壓和收縮壓則需要通過它們之間的比例系數(shù)來計算。

　　2.系統(tǒng)框架設(shè)計

　　本文設(shè)計的電子血壓計以藍牙4.0為數(shù)據(jù)傳輸媒介，由Android端APP和下機位數(shù)據(jù)采集部分（血壓采集盒、袖帶）。利用分支器連接壓力傳感器、電磁閥、氣泵和袖帶，以橡膠管連接的方式，保證裝置和系統(tǒng)的氣密性。電磁閥和氣泵與各自的驅(qū)動電路相連接，驅(qū)動電路分別和控制芯片的O/I口相連，控制芯片通過驅(qū)動電路操縱電磁閥開關(guān)和氣泵的充放氣。袖帶壓力數(shù)據(jù)和計算脈搏波數(shù)據(jù)則由壓力傳感器采集，采用信號調(diào)理對其進行分離，經(jīng)過控制芯片內(nèi)部計算后，在得出血壓值的同時，將其傳輸至Android端APP進行顯示、分析和存儲（詳見圖1）

　　圖1電子血壓計結(jié)構(gòu)圖

　　3.電子血壓計硬件設(shè)計

　　3.1氣泵和電磁閥設(shè)計

　　設(shè)備選擇370直流氣泵（日本美上美公司生產(chǎn)），最大供氣氣壓可達450mmHg，額定電流為250mA，工作電壓DC3-6V，分貝小于65dB；電磁閥則選擇CJ13-A06A1，氣密性3mmHg/min，額定電流60mA，額定電壓為DC3-6V，最低工作電壓3.5V，直流阻抗100Ω，可達到設(shè)備快速放氣和緩慢放氣的要求。

　　3.2壓力傳感器設(shè)計

　　由于脈搏波信號具有采集困難、抗干擾能力差、強度較弱等特點，因此在一定程度上提升了采集脈搏波信號的難度。本設(shè)備采用MPS20N0040D-D壓阻式脈搏傳感器（無錫麥姆斯科技有限公司生產(chǎn)），這款產(chǎn)品測量精準(zhǔn)、體積小、性價比高，并且具備良好的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。

　　3.3信號調(diào)理模塊設(shè)計

　　信號調(diào)理模塊的根本作用，就是將壓力傳感器采集的線性遞減直流信號和脈搏波振蕩的周期信號進行放大、濾波，同時將調(diào)理后的信號傳入單片機。本設(shè)備采用mV級別的芯片，具有低能耗、低輸入偏置、低噪音、精度較高、成本較低等特點，因此在血壓檢測等醫(yī)療設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用。

　　3.4藍牙通信模塊設(shè)計

　　本設(shè)備選用了基于V4.0BLE的藍牙串口通信模塊（HC-08），與藍牙2.0模塊相比，功耗低、傳輸速度更快，在低耗能MODE3模式下，向串口發(fā)送一個字節(jié)的數(shù)據(jù)就可將其喚醒，該模塊還可完成廣播者、觀察者、外設(shè)、中心等多角色轉(zhuǎn)換，在空曠環(huán)境下能夠?qū)崿F(xiàn)80米遠距離通信。

　　4.下機位系統(tǒng)的軟件設(shè)計

　　下機位軟件的主要功能就是接收Android端APP的指令，并根據(jù)指令完成不同的操作，最后將經(jīng)過信號調(diào)理模塊和控制芯片處理后的數(shù)據(jù)通過藍牙4.0上傳至Android端APP。

　　該設(shè)備采用STM32F103ZET6微控制器，以KeilMDK為開發(fā)平臺，經(jīng)程序處理后，可通過“串口調(diào)試助手”調(diào)試血壓信號。

　　5.Android端APP設(shè)計

　　該設(shè)備Android端軟件包含數(shù)據(jù)處理模塊、波形繪制模塊和藍牙模塊，從而試下數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、顯示與傳輸。界面設(shè)計如下：歡迎動畫（顯示產(chǎn)品名稱及l(fā)ogo）-主界面（測量界面）-按鈕（連接藍牙、開始/停止測量）-顯示區(qū)域（測量時心率、氣壓值、收縮壓、舒張壓）-分析界面（可選擇查看歷史血壓曲線圖）-信息提示對話框（提示用戶重新連接、藍牙未連接、袖帶未綁好等）。

　　6.測量結(jié)果分析

　　從穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性兩個方面，對基于藍牙4.0的示波法電子血壓計進行評估。該設(shè)備與水銀血壓計測量相比，雖然測量的結(jié)果相近，并沒有顯著差異，但設(shè)備舒張壓差值≤5mmHg的比例為90%，收縮壓差值≤5mmHg的比例為80%，符合AAMI國際標(biāo)準(zhǔn)，具有攜帶方便、操作簡單、穩(wěn)定性更強等優(yōu)點，適用于家庭日常血壓檢測。