一種高精度電子血壓檢測儀的設計

　　SoC的定義多種多樣，由于其內(nèi)涵豐富、應用范圍廣，很難給出準確定義。從狹義角度講，它是信息系統(tǒng)核心的芯片集成，是將系統(tǒng)關鍵部件集成在一塊芯片上；從廣義角度講， SoC是一個微小型系統(tǒng)，如果說中央處理器（CPU）是大腦，那么SoC就是包括大腦、心臟、眼睛和手的系統(tǒng)。國內(nèi)外學術界一般傾向?qū)oC定義為將微處理器、模擬IP核、數(shù)字IP核和存儲器（或片外存儲控制接口）集成在單一芯片上，它通常是客戶定制的，或是面向特定用途的標準產(chǎn)品。

A/D轉(zhuǎn)換器是用來通過一定的電路將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量。模擬量可以是電壓、電流等電信號，也可以是壓力、溫度、濕度、位移、聲音等非電信號。但在A/D轉(zhuǎn)換前，輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號必須經(jīng)各種傳感器把各種物理量轉(zhuǎn)換成電壓信號。A/D轉(zhuǎn)換后，輸出的數(shù)字信號可以有8位、10位、12位和16位等。

由于集成了高精度的16位Σ-Δ型A/D轉(zhuǎn)換器，且其A/D參考電壓可以編程調(diào)整（最小可達到10mV）。因此，它可以在保證精度和動態(tài)范圍要求的情況下，直接進行A/D轉(zhuǎn)換，而不必經(jīng)過放大。這樣，可以消除由于放大器的存在而帶來的動態(tài)范圍改變、噪聲以及電壓失調(diào)等一系列問題，并且減少了器件的使用，降低了實現(xiàn)成本。

由于該Σ-Δ型A/D轉(zhuǎn)換器提供了差模輸入方式，可以將傳感器給出的差模信號直接送入A/D轉(zhuǎn)換器，理論上其共模抑制比可以達到無窮大。因此，它可以大大降低由于前級放大電路的不匹配而造成的共模干擾。

由于Σ-Δ型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換過程要通過一個低通濾波器濾波，因此，在進行A/D轉(zhuǎn)換之前，不必進行濾波處理，可以直接將傳感器與A/D連接，然后再進行數(shù)字濾波。

由于ADμC848中集成了一個標準的恒流源，恒流數(shù)值可以通過軟件編程調(diào)節(jié)。因此，可以根據(jù)產(chǎn)品應用的不同環(huán)境，將一個標準的壓力輸出進行采樣，然后進行A/D轉(zhuǎn)換，再根據(jù)轉(zhuǎn)換結果及時調(diào)整恒流源，直到輸出期望的轉(zhuǎn)換數(shù)值，以實現(xiàn)產(chǎn)品的自動校準。

改進后的電子血壓計硬件結構如圖2所示。

2 軟件設計

經(jīng)過以上硬件處理后得到袖帶內(nèi)壓力的變化曲線，在軟件處理中，先要分離出其中的脈搏信號；然后去除干擾點，擬合包絡曲線，找到對應的平均壓；最后根據(jù)系數(shù)計算出收縮壓和平均壓。

在分離脈搏信號的過程中引入了形態(tài)濾波算法。由于袖帶內(nèi)壓力信號與脈搏信號頻帶接近，直接采用帶通濾波會減小信號幅度，降低信噪比，給后面的處理帶來困難。而應用形態(tài)濾波處理算法，是從形態(tài)學角度分離信號，可以很好地提取脈搏信號。為了能夠?qū)崟r完成信號分離，將采用開運算進行處理，削平原始信號中所有的波峰，再用原始信號與處理后的信號做差，得到分離出的脈搏信號。圖3為原始信號圖，圖4為分離出的脈搏信號。

為了有效抑制干擾，修復缺損的脈搏波，將根據(jù)每個脈搏波峰值與和它相鄰的脈搏波峰值之間所成角度的關系，決定每個脈搏波的可信程度。由于脈搏波幅值不是單調(diào)變化的，因此，這樣的判斷還需要考慮幅值因素。其具體方法見文獻[1]。

利用上面得到的每個脈搏波的權值信息進行包絡擬合。由于所得包絡線明顯不對稱，將采用帶權值的三階最小二乘擬合方式。擬合完成后，曲線上極大值所在位置對應的壓力值，就是平均壓的數(shù)值。

最后，根據(jù)平均壓的大小決定采用何種幅度系數(shù)，并利用幅度系數(shù)計算出相應的收縮壓、舒張壓對應的位置，從而得到收縮壓、舒張壓的大小。

首先，用人工聽診的柯氏音法測量血壓數(shù)值a1，相隔15分鐘后，再用改進后的電子血壓計進行測量，得測量數(shù)值b；再等待15分鐘，用人工聽診的柯氏音法重新測量一遍，測得血壓值a2，用a1與a2的平均值a作為人工聽診柯氏音法所得的測量數(shù)值。所得測量數(shù)據(jù)如表1和表2所示。

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從以上幾組典型的測量結果可以看出，應用本文所述的電子血壓計測量血壓，能夠保證血壓測量的精確度在5mmHg以內(nèi)，基本滿足血壓測量的精度要求。

本文提出了一種基于SoC的血壓檢測儀器的實現(xiàn)方法。該方法的硬件集成度高，設計實現(xiàn)簡便；軟件設計集合了形態(tài)濾波等多種先進算法，精確度高，抗干擾性強。實驗證明，這種血壓檢測儀具有很好的精度，能夠滿足血壓測量的一般要求。