電子血壓計由于具有體積小、使用方便、測量精度高等優點，已經成為醫療機構和家庭自測血壓的主要工具。對電子血壓計的性能評價，不僅關系到用戶如何選擇電子血壓計，而且是企業自身產品質量管理與控制的重要手段，具有重大意義。目前，國內外血壓計生產商對于其產品性能評價主要有兩種方式：一是傳統的手動評價方式，這樣的評價方式主要靠人工，利用萬用表等檢測設備，按照一定的檢測流程來完成，檢測效率和精度都很低；另一種方式是采用分立的自動評價組件來完成，每一個評價組件只能完成某一單一性能的評價，組件之間相互獨立，無法實現產品性能的綜合評價，且檢測效率和自動化水平均較低。本文設計的電子血壓計綜合性能評價系統正是基于這樣一個實際應用背景和需求而開發的。它集計算機測控技術、現代傳感器技術于一體，配合線性插值算法，保證系統的測量精度。系統具有靜態壓力檢測、加壓特性曲線檢測、功耗檢測等多種功能，能夠實現對電子血壓計的綜合性能評價，滿足企業對血壓計綜合性能分析的需求。

1 總體設計方案
　  目前市場上電子血壓計品牌眾多，但無論哪種品牌的血壓計，其性能評價指標概括起來主要包括：血壓計靜態壓力評價、加壓特性曲線評價、血壓計消耗電流評價等。通過對這些性能指標的評價，可全面判斷血壓計的質量狀態[1-3]。圖1為電子血壓計綜合性能評價系統結構框圖。系統由電路系統和氣路系統兩大部分組成，其中電路系統由單片機系統、壓力檢測電路、電流檢測電路、泵控制電路、電壓基準電路、多路電源、顯示模塊、按鍵模塊和通信模塊等構成；氣路系統由壓力傳感器、氣瓶、加壓氣泵及氣路配件組成。

1.1 靜態壓力評價方案
    靜態壓力指標是評價血壓計壓力測量準確性的重要指標，是血壓測量的基礎，通常血壓計靜態壓力評價的控制指標小于1 mmHg[4-5]。如圖1所示，靜態壓力評價原理為:首先通過按鍵操作設置血壓計為靜壓測試模式；然后單片機通過泵控制電路控制加壓氣泵為被測血壓計加壓，壓力值依次設定為50、100、150、200、250、300 mmHg；在各壓力點分別讀取系統壓力示值和血壓計壓力示值，分析靜態壓力的示值誤差。
1.2 加壓特性曲線評價方案
    電子血壓計加壓過快、過慢、過高、過低，都會給使用者帶來不適感并影響測量精度。因此電子血壓計的加壓采用智能加壓技術，按照一定的特性曲線加壓。血壓計加壓特性曲線是保證其智能加壓功能和測量精度的重要指標。血壓計的加壓特性用不同壓力段的加壓速度來衡量。血壓計每一壓力區間的加壓速度必須在規定的指標范圍內，血壓計只有按照這樣的加壓特性曲線加壓，才能保證使用者的舒適性和測量結果的準確性。
    如圖1所示，血壓計加壓特性評價的過程為：(1)單片機控制繼電器為被測血壓計供電DC 6 V； (2)通過按鍵操作設置血壓計為加壓特性檢查模式，血壓計開始向測試系統打壓； (3)壓力傳感器將檢測到的壓力信號送單片機采集，利用定時器分析各壓力段的加壓速度。只有加壓速度均滿足血壓計加壓特性曲線要求時，產品的加壓特性指標合格，否則必須返廠維修。
1.3 血壓計消耗電流評價方案
    電子血壓計消耗電流是衡量其功率特性的重要指標。通常血壓計消耗電流評價的控制指標小于300 mA。電流過大，說明血壓計的功耗超標，禁止出廠。單片機通過繼電器為被測血壓計供電DC 6 V；電流通過采樣電阻(1 Ω/1 W)轉換成電壓，差動輸入給儀表放大器，通過放大電路設計實現0~500 mA轉換為0~5 V電壓，單片機根據電壓值自動識別電流。
2 硬件電路設計
2.1 壓力檢測電路設計
     系統中壓力的檢測通過E8CC壓力傳感器配合相應的放大調整電路實現。E8CC采用
+12 V供電， 將0~700 mmHg的壓力信號轉換成1~5 V電壓信號。為了實現電壓信號的精確測量，檢測電路采用單電源12 V供電的LM358設計。壓力檢測電路原理圖如圖2所示。通過本電路實現壓力信號的采樣，單片機根據測得的電壓值計算壓力大小。

2.2 電流檢測電路設計
    系統中電流檢測電路采用儀表放大器AD626配合運算放大器AD746設計，實現毫安級電流的高精度測量，將0~500 mA電流轉換為0~5 V電壓，供單片機采樣處理。電路原理圖如圖3所示。AD626設計放大倍數10，實現電流采樣信號的差動輸入與放大。

2.3 泵控制電路設計
    為了提高數字量輸出的驅動能力，并且隔離單片機與氣路系統，防止因氣路故障而造成單片機的損壞，系統中泵控制電路按圖4所示設計。電路中采用TLP521光耦實現電氣隔離，利用三極管2SD1134驅動氣路配件，2SD1134的最大驅動能力是500 mA，驅動能力和頻率響應可以滿足要求。二極管1S1588為續流二極管，用于泄放電磁閥控制時產生的感應電壓,保護其不受損壞。
2.4 電壓基準電路設計
    STC12C5A單片機自帶的A/D采用VCC作為參考電壓，而供電電源VCC是不穩定的，這就使A/D采樣的結果不準確。為了提高A/D采樣的精度, 系統設計了如圖5所示的電壓基準電路，用于消除電源電壓帶來的誤差[6-7]。測量時，先測量該基準電壓VREF,得到該基準電壓的對應測量值A；再去測量被測電壓U，得到測量值B。實際電壓則是U=VREF×B/A。

2.5 用戶接口設計
    為了方便用戶的使用，系統設計了手動和程控兩種用戶接口。(1)手動接口。利用通用矩陣鍵盤配合接口電路可方便地選擇功能及輸入設置參數。利用數碼管顯示用戶鍵入的各個參數值及實測壓力值。按鍵接口采用74HC148設計，數碼管驅動采用MAX7219設計。(2)程控接口。系統除了具有按鍵、數碼管等常規操作接口外，還設計具有RS232接口，用戶可以通過RS232接口設置和讀取壓力值，方便系統集成與擴展。
3 軟件設計
3.1 軟件總體設計
    系統的軟件采用C語言設計，軟件包括：主程序模塊、按鍵輸入模塊、數碼管顯示模塊、A/D采樣模塊、線性插值模塊、加壓特性分析模塊和RS232通信模塊等。系統軟件主程序流程圖如圖6所示。

    單片機首先在數碼管上顯示開機信息，然后根據用戶選擇的功能分別進入相應的評價模式。“靜壓評價”模式下，單片機掃描鍵盤輸入，獲取壓力設定值，控制壓力輸出，同時在數碼管上顯示實測壓力值，供用戶分析靜態壓力示值誤差；“電流評價”模式下，單片機完成電流采樣，并在數碼管上實時顯示電流的大小；“加壓評價”模式下，單片機完成壓力采樣，并利用定時器計算各壓力段的加壓速度，檢查結束后，自動判定血壓計的加壓特性是否合格。

4 系統實驗及分析
4.1 靜態壓力評價實驗及分析
    針對設計的電子血壓計綜合性能評價系統，進行了靜壓評價實驗。單片機利用PI算法控制泵閥，實現壓力輸出,壓力值依次設定為50、100、150、200、250、300 mmHg。實驗結果如表1所示。

    本文提出的基于STC12C5A單片機和E8CC氣體壓力傳感器的電子血壓計綜合性能評價系統，具有靜態壓力檢定、加壓特性曲線檢定、功耗檢定等多種功能，能夠實現對電子血壓計的綜合性能評價。本文的創新點在于，充分結合硬件、軟件的優勢，引入PI控制理論和線性插值理論，設計并實現了一種多功能、高精度的電子血壓計性能評價系統。目前，該系統已成功應用于工業現場血壓計的特性檢查，客戶反映良好。
參考文獻
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