对以往电子血压计的缺乏，介绍了一种依据可编程片上体系(SOPC)的智能电子血压计的规划，血压丈量的办法选用依据充气进程的示波法。该体系选用Cyclone II系列低成本FPGA，并嵌NNIOS II软核作为中心处理器，能够完结主动丈量血压、信息显现、数据存储、检查和删去历史数据等功用。因为选用了FPGA，然后简化了电路的规划，进步了体系的可靠性和稳定性，并且使体系具有较强的可扩展性，有利于体系的晋级。
血压是反映心血管体系状况的重要生理参数，适宜的血压是保持人体正常推陈出新的必要条件。跟着人民生活水平的不断进步以及城市老龄化程度的进步，人们自我保健认识逐步增强，电子血压计具有低成本、小型化、主动化程度高级长处，现在已作为家庭必备的保健用品，倍受人们的喜爱。SOPC(可编程片上体系)是 Altera公司提出的一种灵敏、高效的SOC解决方案。用可编程逻辑技能把整个别系放到一块硅片上，称作SOPC。它能够将MCU、DSP和FPGA完美结合，有十分好的发展前景。
1 人体血压丈量原理
1．1血压丈量
血压丈量办法有许多，最常用的无创血压丈量办法为柯氏音法和示波法。本文规划所选用的是依据充气的示波法。依据示波法的充气丈量恰好是放气丈量的逆进程，如图1所示，在压力添加(充气)进程中，检测静压力和袖带内气体的振动波，振动波起源于血管壁的搏动。压力较小时，在袖带静压力小于舒张压Pd之前，动脉管壁在舒张期已充沛扩展，管壁刚性添加，因而波幅保持在较小的水平。跟着压力的添加，当袖带压力高于收缩压Ps时，动脉被压闭，此刻因近端脉息的冲击而呈现细微的振动波；当袖带静压等于均匀压时，波幅到达最大值；振动波的包络线所对应的袖带静压力就间接地反映了动脉血压。
1．2 心率核算
心率指心脏每分钟搏动的次数，因为心脏与脉息搏动共同，所以在丈量血压的一起能够测得心率。心率的测定要害判别脉息波的峰值，然后依据在必定时刻内测定有多少个脉息波，然后核算出心率。
2 SOPC体系的硬件规划
SOPC体系的硬件规划框图如图2所示。
2．1 SOPC体系电路
该部分电路由FPGA芯片、存储器以及其他外围元件组成，是信号处理的中心部分。由SOPC Builder硬件开发环境构建包含CPU、存储器接口和I／O外设的嵌入式微处理器体系。完结体系规划后，能够用SOPC Builder来生成体系。下图为在SOPC Builder中构建的体系内容装备。
SOPC体系中添加了EPCS设备操控器核，这样做的意图是做到充沛使用体系资源，将FPGA的装备数据以及Nios II的软件程序固化到EPCS芯片中，为Flash芯片节省出更多的空间来存储丈量成果。这时Nios II处理器的复位地址要设置为EPCS操控器的基地址，当体系复位后固化到EPCS芯片中的程序将主动下载到SDRAM中运转。
图4为由SOPC Builder硬件开发环境生成的SOPC体系的顶层模块图。
2．2 压力丈量电路
2．2．1 压力传感器选型
本规划的压力传感器挑选的是Motorola公司出产的MPXV5050GP压力传感器。其内部含有信号运放，具有信号调理功用，有杰出的线性度，能够直接将动脉血液对血管壁的压力转化为0．2～4．7V的电信号，对应的血压值为0～375mmHg，与血压计的规划要求十分匹配。
2．2．2 驱动电路的规划
操控气泵和电磁阀作业的信号是由FPGA宣布的，气泵需求的作业驱动电流为450mA，电磁阀为75mA，而FPGA的数字I／O输出电流不能满足要求。因而，为给气泵和电磁阀供给适宜的驱动电流，选用达林顿管阵列ULN2803驱动电路来驱动气泵和电磁阀作业。ULN2803可输出500mA的电流，别离使用ULN2803的榜首路、第二路来驱动电磁阀和气泵，第三路驱动一个LED用来指示脉息波信号。如图5所示。
2．3 传感器输出信号的提取
从压力传感器出来的信号是脉息波的振动信号和静压力信号的混合信号，还夹杂着来自外界的高频搅扰、直流或低频重量。咱们将混合信号分为两个部分，一部分经过低通滤波器后进行A／D转化，然后提取出袖带压信号，另一部分则经过带通滤波、扩大电路，得到扩大的脉息波数据后再送入A／D转化模块。信号提取部分的详细电路如图6所示。
这儿选用截止频率为0．48Hz的二阶低通巴特沃斯滤波器，将低通滤波器增益设为1，这样做能够尽量削减差错的扩大。选用具有信号扩大才能的有源滤波器对脉息波信号的提取，通带频率规模规划为0．48～4．8Hz。脉息波信号扩大滤波后，要使其最大起伏尽量挨近A／D转化模块的答应上限，这样有助于进步收集数据的精度。
因为需求对静压信号和脉息波信号别离进行A／D转化，因而需求两个采样通道。人体的臂动脉血压，收缩压一般在95～140mmHg规模内，均匀值为 110～120mmHg，舒张压为60～90mmHg，均匀值为80mmHg，考虑到高血压等疾病状况，血压计的丈量规模应该在0～250mmHg内，则对A／D转化器的要求至少为8位(28=256)。
2．4 键盘电路与显现电路
本体系用1个按键作为体系复位开关，5个按键作为体系操作键盘，别离完结丈量血压、检查记载、上翻记载、下翻记载和删去记载的功用。显现部分选用的是128×64点阵LCD显现器，具有操作简洁，界面友爱的特色。
本体系的软件作业流程框图如图7所示。其间信号处理算法部分主要是对采样的脉息信号进行处理，包含选用数字滤波算法对各种搅扰噪声信号进行辨认与去除，改进脉息波的包络线等，以进步电子血压计在丈量血压时的抗搅扰才能与丈量精度。
当用户丈量血压时，按下“丈量”按键，SOPC体系宣布操控信号给气泵，开端加压充气。充气的进程中，来自压力传感器的血压信号经扩大、滤波后送入A／D 转化模块，信号经A／D转化后送入SOPC体系履行相应的信号处理算法，核算出心率、收缩压和舒张压的值。SOPC核算出丈量值今后，保存本次测验成果至 Flash芯片(写Flash)，假如丈量成果正常，则LCD显现出所测的数据并履行快速放气操作；假如丈量出的成果超出正常规模，则显现相应提示信息，一起宣布警报声响和放气操控信号。假如在丈量进程中呈现过错，体系将中止充气并发动电磁阀进行放气，蜂鸣器也会宣布报警声响，一起显现丈量犯错的提示信息。
用户可按下相应按键来完结“检查”(读Flash芯片)、“删去”(擦除Flash芯片中当时存储区的内容)等功用。若用户想退出当时操作或者是丈量进程中呈现过错，直接按下复位键体系即可回到初始化状况等候新的操作信息。
4 丈量成果比照与剖析
为了查验本规划的丈量成果，咱们将此电子血压计与市面上点评比较好的欧姆龙HEM-7012型电子血压计别离对不同的个别进行了丈量，成果如表1所示：
从多组丈量成果的比照能够看出，尽管丈量成果存在必定的差错，但本血压计对不同的丈量者具有杰出的个别适应性。与欧姆龙电子血压计比较，本血压计测得的血压成果略有偏大，这是因为电子血压计选用依据充气进程的示波法，特征点的确认只能依靠收集样本的计算概括，有必定的离散性，此外，在丈量进程中，压力传感器输出信号以及扩大、滤波等电路的输出信号都可能与实在值之间存在一些小的差异，因而会存在必定的差错。
5 结束语
本文所提出的电子血压计规划方案选用的是依据充气丈量的办法。具有操作简略便利、界面友爱、丈量精度较高、个别适应性强等长处，并且因为选用充气进程丈量，放气速度很快，因而缩短了丈量时刻，进步了用户的丈量舒适度。
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