[原创] 基于高精度24位ADC的电子血压计方案

solidic 2022-5-10 16:13 楼主

一、电子血压计的测量分析

电子血压计原理是采用示波法。血压通常是由收缩压力(最高压力)和舒张压力(最低血压)如120/80mmHg来表示. 血压计是由气泵、臂（腕）带及压力感应器等部件组成。测量部位是上臂或腕部的动脉压力。工作原理：由气泵将臂（腕）带加压至足以切断动脉血流，然后缓缓放气。当臂（腕）带的的压力与心脏收缩压力相等时，血液将通过臂（腕）带，此时便能听到血液流过的声响。当血液流通那一瞬间的压力值,称之为收缩压力（最高血压）；继续放气，直至听不到血液流过的声响，这是因为血液可以在动脉血管中自由流过。当声音消失的那一瞬间的压力称之为舒张压力（最低血压）。将其最高血压值与最低血压值记录下来，用120/80mmHg方式表示。我司研发的SDI5229TS芯片内置3通道24位Sigma-Delta高精度低电压24位ADC、4COM*20SEG液晶驱动、30K 字节 Flash、768 字节RAM等外设，能够满足额血压计方案的数据采集、数据存储以及数据显示的要求。

二、电子血压计设计

1、系统的组成结构框图

图1

如图1所示，整个系统由电源、传感器、按键、MCU、LCD显示、电机和语音组成。

2、硬件设计及原理

2.1系统电源

图2

电源部分由4节5号电池供电，经过防反接电路，然后通过稳压稳输出3.3v给MCU供电，这样可以获得稳定的电压，为传感器信号采集创造条件。

2.2 MCU

MCU采用芯易德科技的SDI5229TS芯片，该芯片内部集成高精度24位ADC，除用作血压计方案，该芯片也多用于电子秤、气压计、血压计、额温计等微弱信号测量及工业控制场景，其特点如下：

1、工作电压: 1.8V - 5.5V、（休眠功耗通常STOP2模式：< 4uA）；

2、有30K 字节 Flash、768 字节RAM；

3、9.83MHz 内部RC震荡(可倍频至19.66MHz) 1T 指令周期；

4、3通道24位Sigma-Delta高精度低电压ADC；

5、液晶驱动：可配置80点（4*20）的液晶驱动；

6、内置升压模块；

7、8通道8位低精度ADC；

8、IO口：35个通用IO、可配置IO驱动强度；

9、3个16 位定时/计数器；

10、13个中断源，3级优先级：可配置掉电中断；

11、通讯接口：1组UART、1组I2C接口；

12、看门狗集成：定时唤醒、计时功能；

13、2路16位脉宽调制（PWM）输出；

14、内置ISP功能（SDA、SCL两线烧录）。

2.3 LCD屏幕

图3

SDI5229TS内部自带LCD驱动器，使用时打开相应配置便可完成最大4com*20seg的液晶驱动无需额外增加液晶驱动模块，且驱动模式可选。

2.4按键

图4

SDI5229TS单片机IO众多，除开驱动液晶的IO口，剩下的IO口一些有特殊功能方便用户拓展，分别是串口、8位AD、PWM、中断IO足以满足多数情况下的拓展应用。

2.5语音

图5

如图5采用单线控制语音ic，进行语音播报。

2.6传感器

图6

SDI5229TS 带有3通道24位Sigma-Delta高精度低电压ADC，如图6所示，通过VCOM给压力传感器供电，信号采用1通道24位ADC，当压力发生变化时，传感器把压力信号传递给ADC转换成数字信号，然后MCU进行计算处理得出人体的血压值。

三、整体硬件设计原理图

图7

整体硬件设计原理图如图7所示

四、软件流程图

图8

程序流程图如图8所示、上电后初始化单片机IO口、定时器、中断，并读取校准数据，初始化完成之后进入大循环。循环第一步喂狗和增加休眠计数器，随后检测是否有按键按下，如果有按键按下则判断按键类型，来进行按键处理，主要包括测血压计、模式切换、记忆查询、等，如果没有按键按下则判断休眠计数器是否达到了门限，未达到则返回喂狗处理和增加休眠计数器。达到了则关闭耗电外设并准备进入休眠模式。休眠后可以通过按键按下产生的中断来唤醒单片机回到大循环。

五、总结

SDI5229TS芯片在24位ADC的支持下可以以较高精度来对信号进行采集，用在血压计方案上可实现温度分辨力1mmHg。芯片自带30k flash，可以满足100组数据循环存储，同时芯片内部集成LCD驱动模块来解决测量显示问题，芯片还可在宽电压范围下工作典型值为1.8v~5.5v，其休眠时电流也可以做到4uA左右，芯片运行稳定，抗干扰能力强，可靠性高，所用外部电路简单，成本较低，具有很好的应用前景。