采用Flexis QE128微控制器實(shí)現(xiàn)血壓計(jì)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)人員經(jīng)常被要求設(shè)計(jì)一系列產(chǎn)品，以覆蓋低成本的低端產(chǎn)品和高成本的高端產(chǎn)品。對(duì)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)，一旦硬件出現(xiàn)問(wèn)題，他們就會(huì)遇到麻煩，因?yàn)橥ǔ＿@個(gè)系列每種產(chǎn)品的硬件板卡都必須進(jìn)行修改。此外，軟件同樣也是難題。為每個(gè)產(chǎn)品的軟件進(jìn)行維護(hù)，費(fèi)用高而且工作量巨大。本文使用Flexis QE128微控制器進(jìn)行高端血壓計(jì)設(shè)計(jì)，可以在硬件和軟件上獲得很多方便。血壓計(jì)模塊圖如圖1所示。

圖1 血壓計(jì)模塊圖

低端血壓計(jì)可以使用相同的硬件設(shè)計(jì)和印刷電路板，但是不必組裝該系統(tǒng)未使用的區(qū)域。例如，低端應(yīng)用可能不具備通訊的功能，因此該設(shè)計(jì)的物料清單可能就不包括與通信相關(guān)的硬件。使用Flexis 系列MCU，硬件開(kāi)發(fā)人員能夠只開(kāi)發(fā)一個(gè)硬件平臺(tái)而用于多個(gè)項(xiàng)目，并將需要較高集成度的部件放在單獨(dú)的物料清單中。在布局印刷電路板時(shí)，不同模塊分布在不同區(qū)域有單獨(dú)的布局和走線，實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)。每個(gè)模塊代表一種獨(dú)立的功能，創(chuàng)建新設(shè)計(jì)時(shí)只需添加模塊即可。這種方法就是硬件構(gòu)建模塊法。圖1為高端血壓計(jì)樣品的結(jié)構(gòu)圖。

軟件架構(gòu)

整個(gè)平臺(tái)的軟件被開(kāi)發(fā)為無(wú)阻塞模式。因此，MCU 不需要操作系統(tǒng)就能夠執(zhí)行幾種任務(wù)。每個(gè)模塊都是一個(gè)獨(dú)立的狀態(tài)機(jī)（當(dāng)MCU 運(yùn)行到該代碼時(shí)會(huì)自動(dòng)更新），或基于中斷的進(jìn)程。采用這種格式編寫(xiě)的代碼，支持MCU 總是能夠返回主環(huán)路，甚至在一個(gè)任務(wù)正常停止工作后還能繼續(xù)操作。圖2描述了該軟件的工作原理。

圖2 血壓計(jì)軟件流

當(dāng)程序添加新模塊時(shí)，代碼中要插入初始化代碼，并且在主循環(huán)中簡(jiǎn)單調(diào)用子程序就能使該模塊的代碼保持運(yùn)行。

血壓計(jì)應(yīng)用

使用Flexis系列器件給設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)人員帶來(lái)了靈活性。下面的應(yīng)用都構(gòu)建在相同的軟硬件平臺(tái)上。

心跳檢測(cè)

將手臂上血壓臂帶里的空氣慢慢放走，您能夠看到臂帶中壓力細(xì)微的變化，如圖3所示。 實(shí)際上，這種臂帶中細(xì)小的壓力變化是由血液循環(huán)產(chǎn)生的壓變而產(chǎn)生的。該變化的偏移量通過(guò)一個(gè)1Hz的高通濾波器時(shí)被放大。這個(gè)新信號(hào)就是心跳信號(hào)。

圖3 心跳信號(hào)l

圖4中，信號(hào)顯示了壓力信號(hào)的變化，同時(shí)以圖形方式表示了病人心跳隨時(shí)間變化而發(fā)生的變化。

圖4 心跳隨時(shí)間變化

使用HCS08 進(jìn)行收縮壓和舒張壓的測(cè)量

使用前面所述的心跳檢測(cè)，可以通過(guò)簡(jiǎn)單的示波極譜法確定收縮壓（SBP) 和舒張壓（DBP）。這種簡(jiǎn)單的測(cè)量法基于下列概念：當(dāng)臂帶充氣到收縮壓時(shí)，心跳信號(hào)的振幅會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)臂帶緩慢放氣，臂帶使心跳信號(hào)通過(guò)時(shí)，心跳信號(hào)的振幅會(huì)增加。當(dāng)臂帶壓力進(jìn)一步減少時(shí)，有節(jié)律跳動(dòng)的振幅會(huì)繼續(xù)增加，直到達(dá)到最大脈沖——平均動(dòng)脈壓（MAP）為止。然后它才會(huì)快速下降，直到達(dá)到舒張壓，如圖5所示。

圖5 心跳和舒張壓對(duì)比

使用Coldfire V1 進(jìn)行收縮壓舒張壓測(cè)量

如果使用簡(jiǎn)單的示波極譜法，病人手臂上臂帶所充氣體的氣壓必須高于病人的收縮壓。而問(wèn)題在于系統(tǒng)不清楚病人的收縮壓是多少，因此它會(huì)過(guò)量地向臂帶充氣，以確保發(fā)現(xiàn)收縮壓。但這樣做病人就會(huì)感到不舒服。使用Coldfire V1，系統(tǒng)則能夠采用反向示波極譜法。通過(guò)該方法，32位內(nèi)核能夠?qū)⒈蹘С錃鈺r(shí)電機(jī)附帶的系統(tǒng)噪音過(guò)濾掉。