脉搏血流动力-心电检测系统的开发研制

系统在数据处理电路部分设计使用了微处理器单片机。

单片机起到协调和沟通计算机主机和信号采集电路的桥梁作用，并且对采集到的数字信号进行预处理，使前端硬件电路具有了定的智能化特点。

数字电路部分还包括时序发生电路面板显示控制电路接口电路等部分。

系统电源部分通过变压稳压整流为系统提供稳定的直流电源。

计算机控制部分由带有显示设备的微型计算机和安装在计算机操作系统中的专用系统软件构成，也可以根据需要配备打印输出设备。

专用系统软件是整个系统的技术核心所在。

它包含了利用脉博图和心电图进行血流动力学参数测算的所有公式系数和标准值。

同时软件部分还提供用户操作系统的人机界面和些附加功能。

脉搏血流动力心电检测系统的简要总体结构图如图所示。

图为了保证系统的通用性可移植性，系统的前端硬件电路部分选择使用标准串行接口方式同计算机主机进行联接交换数据。

这样的选择为系统的制作提供了很大的灵活性。

系统的结构布局设计可以采取两种方式种是内置式，就是前端硬件电路部分使用计算机内置电路板的方式。

电路板制作成标准计算机接口卡，通过标准的插口插入台式计算机机箱中扩展槽，由计算机主机电源为前端硬件电路供电。

这种方式可以使系统两个部分集成为个整体，非常便于用户操作。

另种是外接式，是把前端硬件电路部分和系统电源部分，此外加上系统显示面板做成个单独的机箱，与计算机主机完全分离，自供电源，只是通过通用的计算机串行连接线与计算机主机之间进行通信。

这样设计通用性便携性较好，同时也有利于向网络化与远程化方向发展。

系统工作过程脉搏血流动力心电检测系统设计实现对人体的脉搏波及十二导联心电图同时进行检测采集，供医生对高血压冠心病等心血管进行临床诊断。

系统工作过程如下测量被检查者身高体重数据，作为病人的基本信息。

使被检查者安静，放松，平躺，测量其血压。

使脉搏传感器和十二导联心电检测电极与系统前端硬件电路正确连接。

在被检查者手腕挠动脉部位安放脉搏传感器，在被检查者前胸正确部位放置十二导联心电检测电极。

操作系统专用软件录入病人基本信息。

前端硬件部分控制信号数字信号控制信号数字信号控制信号数字信号计算机控制部分患者传感器放大滤波电路显示面板单片机附属数字电路接口电路医生计算机主机专用软件心电信号脉搏模拟信号状态信号报告操作指令通过系统软件控制计算机主机和前端单片机正确联接，控制前端开始采集被检查者的脉搏和心电信号，信号数据经过前端硬件预处理和系统软件的再处理，波形能及时显现在计算输出设备上，并保持实时滚动。

同时系统软件能够控制各个信号的切换信号增益的变化信号选择输出等操作。

脉搏和心电信号数据被即时保存。

系统的显示面板能够及时反映出系统状态的变化。

医生通过系统软件分析被检查者的脉搏和心电信号数据，自动地或手工地选取波形关键点，根据脉搏血流动力学理论方程组计算出被检查者的血流动力学参数。

医生根据参数给出诊断，或系统软件给出参考诊断。

根据医生要求打印出相关报告，完成整个检查过程。

在以上系统的工作过程中，先后顺序是固定的，但每步都可以反复进行，也可以在过程中的任何地方中断并回溯到以前任意个步骤重新进行。

第三章前端硬件电路设计本章详细论述脉搏血流动力心电检测系统的前端硬件电路部分的设计。

论述分为七部分传感器的使用，放大与控制电路部分设计，数据处理电路部分设计，单片机的使用，单片机控制软件的设计，系统电源，前端硬件电路设计特点。

传感器的使用脉搏血流动力心电检测系统检测分析的对象是人体的心电信号和脉搏信号。

获取这些信号需要使用两类传感器采集心电信号使用的十二导联心电检测电极和采集脉搏波形使用的脉搏传感器。

本系统需要使用的脉搏传感器是将人体脉搏的微弱压力信号转换为电信号的压敏传感器，同时还要求传感器体积小巧，稳定可靠。

本系统为了保证采集到的脉搏波形真实可信，设计了种可进行失调校准的电桥式脉搏传感器。

本系统使用的该脉搏传感器由壳体插座及位于壳体内由四个硅压敏电阻构成的电桥式敏感测量电路构成，它的特点在于在电桥式电路的直流输入端上并接个稳压集成电路作为基准电压源，而在电桥式电路的个输入端与个输出端之间跨接个零位校准的精密可调电阻，在电桥式电路的两个输出端之间则跨接个满度校准的精密可调电阻，分别利用这两个微型精密可调电阻来消除传感器的零位和满度失调。

上述的两个零位校准及满度校准的可调电阻可以用精密电阻取代，同时可以装设在传感器的插座内部。

这样的设计机的控制命令。

计算机主机对单片机的控制命令有条系统初始化发送脉图，发送脉图产发送脉图，发送脉图，发送方波备用脉图增益放大脉图增益缩小心电图滤波开心电图滤波关系统测试正常工作单片机通过控制显示面板，来显示当前正在传送数据的通路和状态。

控制过程是控制信号从口的口串行发出，经过两片八位串行输入并行输出移位寄存器芯片串行转并行后，来控制发光二极管的发光显示。

单片机每次发两个控制字节来控制巧个发光二极管。

单片机是通过控制转换器来读入采样后的数字数据。

单片机的控制方式是分别接单片机口的脚，由单片机控制程序直接控制的端，用来控制转换的启动转换读数据。

转换过程是二，时启动，后可读时读取。

控制时序如下单片机控制软件的设计单片机所有的工作都是在单片机内置程序的控制下完成的。

脉搏血流动力心电检测系统的单片机控制程序是用单片机汇编语言编写而成，在单片机仿真软件中测试通过，并通过专用的烧写器写入单片机。

系统的单片机控制程序由三部分构成主程序部分，中断服务程序，功能子程序。

主程序部分是控制程序的主体部分，由主程序来控制调用相关功能子程序，并且初始化单片机，为变量赋初值。

中断服务程序包括串行中断服务程序和定时器中断服务程序。

串行中断服务程序用来接收计算机主机发出的控制命令。

定时器中断服务程序用来控制转换器作数据的采样。

功能子程序则包括命令处理子程序，状态显示控制子程序，基线转换子程序，延时子程序，单片机监控子程序等。

主程序和功能子程序中断服务程序的逻辑关系如图转换延迟读关下次转换开始图主程序当单片机加电或复位后，首先进入执行主程序。

主程序首先完成设定单片机的工作状态，设定程序的初始状态。

主程序是个死循环程序，程序完成设定状态工作后就开始不停地循环等待来自计算机主机发出的控制命令。

旦接受到控制命令，马上进行判别，并调用相应的功能子程序进行处理。

在主程序中，还调用了基线转换子程序，定期扫描指示灯子程序。

主程序的功能流程简图如图功能子程序主程序中断服务程序延时子程序基线转换子程序状态显示控制子程序单片机监控子程序定时器中断服务程序串行口中断服务程序图定时器中断服务程序定时器中断服务程序在整个系统单片机控制程序中的地位相当重要。

它的作用是控制转换器定时采集数据，并把转换后的数字信号，进行初步预处理后经过串行接口，送到计算机主机。

每隔，触发定时器中断，单片机控制选通路信号到达转换器。

采样三路心电图信号，路脉图号，需要四次采样，即是个采样周期为。

这样反复触发定时器中断，单片机就不间断的从转换器获得数据。

为了提高系统的精确程度，系统采取采样频率位，并且对取得的四个数据进行预处理，然后将数值送到计算机主机。

这样提高了精度，增加了抗干扰性。

单片机在每采样完成路数据后，便会向计算机主机发送个字节位，加上起始位和停止位，共位的数据。

这样每发送位的数据，每秒就发送位数据，因此串行接口选择使用的波特率进行通信是合适的。

另外，在程序中也考虑到了发个字节后，要至少有间隔，才能发第二个字节。

定时器中断服务程序的功能流程简图如图。

图串行口中断服务程序串行口中断服务程序是单片机从计算机主机接收控制命令的中断服务程序。

当计算机主机向单片机发送数据，单片机的接收中断标志位被置位，触发接收中断服务程序，接收命令字，保存在内存中。

计算机主机发出的控制命令被设计为位，高四位为，用作校验，当单片机接受的数据高四位不是，该数据丢弃。

低四位为控制命令字。

串行口中断服务程序功能流程简图如图。

图延时子程序延时子程序用软件循环嵌套的方法，延时。

状态显示控制子程序系统状态显示面板的个指示灯的显示状态控制位于特殊寄存器中，通过带进位的左循环，将各位置于进位位中，由传向口，控制发光二极管的亮或灭。

状态显示控制子程序功能流程简图如图。

命令处理子程序当计算机主机向单片机发出条控制命令后，单片机置位接受中断标志位，触发接收中断服务程序，接收该命令，判断无误后，存放在内存中，然后，通过主程序调用命令处理子程序，向前端硬件电路发出相应的指令，完成控制动作。

此外每次变换导联时，需要将各路信号先关掉，后，再打开，这样达到闭锁的目的。

开始结束循环次置位口串转并进位位寄存器各位左移寄存器各位左移寄存器内容送口循环复位口图基线转换子程序每隔定时间将分别输出，形成方波。

系统电源设计脉搏血流动力心电检测系统所需要的系统电源包括计算机主机系统电源和前端硬件电路所需电源。

计算机主机系统般都有自备电源，在设计中就不必考虑，只需设计前端硬件电路所需电源。

根据电路设计中所采用器件的情况，前端硬件部分需要士士和士的直流电源。

同时因为电源的输出主要是对心电信号脉搏信号这些人体微弱信号进行放大采集，电源输出的不对称大的纹波都会影响放大电路，给测试带来干扰，所以对电源的技术指标要求相当严格。

本文就内置式系统的电源设计作以论述。

内置式系统前端硬件部分的主电路板是被设计成计算机扩展槽插板形式，可以直接插入计算机主机扩展槽中，因此就可以使主电路板直接从计算机扩展槽的相应插脚中获得直流士和直流士的电源。

系统另外再设计个到士的变换器，利用计算机主机电源提供的电源来产生士的直流隔离电源，同时为了避免引入环境干扰，将变换器单独做在块电源板上，并放在远离主板的屏蔽盒内。

内置式系统电源的功能