数字血压计

关键词： 血压 疾病谱

数字血压计（精选四篇）

数字血压计 篇1

随着社会的发展, 人们的生活水平越来越高, 对于自身的健康问题也越来越多地引起了人们的重视, 其中血压是否正常是身体是否健康的一个重要的指标。在现代疾病谱上, 高血压的危害无疑高居前几位。治疗高血压病, 首先是要测量准确的血压。对于非医护人员来说, 如何使血压的测量既简单又准确, 成了主要的问题。相比较于水银血压计的操作复杂, 测量过程复杂, 数字血压计应运而生, 越来越多地走进了人们的家庭里[1,2,3]。本文基于示波法的原理, 以STC90C51 单片机为控制核心, 辅以压力传感器MPS3117-006GA、ADC0809和1602LCD液晶显示等模块对数字式血压计进行了设计。

1 示波法原理

血压测量原理主要是示波法和柯氏法, 这两种方法都是通过充气袖套来阻断上臂动脉血流。但是示波法基于抗干扰能力强, 血压判断可靠、自动检测等优点成为了无创血压检测的主流。

示波法原理如下。

由于心搏的血液动力学作用, 在气袖压力上将会产生与心搏同步的压力波动并与其重叠, 即脉搏波。当所加的气袖压力远远大于收缩压时, 脉搏波会消失。随着气袖压力的逐渐减小, 脉搏开始出现。当气袖的压力从远远大于收缩压下降到收缩压以下时, 脉搏会从小突然增大。在平均压时会达到波峰最大值。到达最大值之后会随着气袖压力的下降而逐渐衰减。用示波法测量血压就是根据脉搏波的振幅与气袖压力之间的非线性关系来计算血压的。与波峰对应的是平均压, 收缩压和舒张压可分别通过与波峰的比例来确定[4,5]。

舒张压的计算:

定义舒张压系数Kd (一般取0.5) , 随着脉搏波的振幅上升, 当振幅上升到最大振幅的Kd倍时 (即UiUm= Kd) , 此时的脉搏振幅Ui所对应的气袖压力就是舒张压, 即Ui= Kd*Um。

收缩压的计算:

定义收缩压系数Ks (一般取0.8) , 随着脉搏波振幅的下降, 当振幅下降到最大振幅的Ks倍时 (UiUm= Ks) , 此时的脉搏振幅Ui所对应的气袖压力就是收缩压, 即Ui= Ks*Um。

2 系统工作原理

数字式血压计主要由电动气泵MG、气袖、压力传感器MPS3117-006GA、电磁气阀、微控制器STC90C51、ADC0809 以及液晶显示1602LCD等构成[3], 如图1 所示。

数字式血压计的工作过程如下:脉宽调变PWM输出控制信号, 用于控制气泵的充气漏气以调整气袖的气压;一路ADC采样气袖内气压直流分量用于测得收缩压和舒张压;另一路ADC用于采样气袖内气压的交流分量用于确定直流分量取收缩压和舒张压时的瞬态时间位置;经过单片机处理, 将最终的处理结果送液晶显示屏显示。

一次血压的测量过程可以分为如下几步:

(1) 激活PWM使气泵给气袖充气并充至200 mm Hg高, 然后以5 mm Hg/s的速度放气。

(2) 压力传感器采集气袖压力信号并转换为电信号进行输出。

(3) 压力传感器的输出信号经差分放大器处理后变为单端信号;

(4) 所得到的单端信号一路给ADC0809 的IN0 通道以监视直流分量;另一路送给二阶带通滤波器 (0.8~6.4 Hz) 以滤除直流分量和50 Hz工频干扰以及皮肤与气袖摩擦所产生的高频噪声, 并且将此信号的幅值限制在0~5 V之间。

(5) 经过处理的交流信号送ADC0809的IN1通道, 经过模数转换之后送给STC90C51计算幅值, 先经过比较找出最大的振幅Amax, 然后通过幅值上升段找出0.5Amax的瞬态时间所对应的直流分量的值, 该值即为收缩压, 在幅值下降阶段找出0.8Amax的瞬态时间所对应的直流分量的值, 该值即为舒张压。

(6) 将上步中计算出的收缩压与舒张压送液晶显示屏1602LCD进行显示。

收缩压与舒张压的计算过程如图2所示。

3 硬件设计

3.1 传感器电路和差分放大电路设计

对于数字式血压计来说, 压力传感器决定着血压的测量精度和灵敏度, 所以压力传感器是数字式血压计设计的核心部件之一。通过比较, 本文选择了由上海某公司生产的MPS3117 电阻式传感器。该传感器灵敏度高, 能检测到气袖中微小的压力变化。该传感器的额定电压为75 m V, 测量压力范围为0~300 mm Hg, 实验板所用到的灵敏度为1 m V/4 mm Hg, 范围[6]为8~50 m V。

本文所用的ADC0809 的电压是5 V, 与压力传感器MPS3117 所输出的电压信号不匹配, 压力传感器所输出的电压信号太小, 故需要对输出电压进行放大。本文运用带有差动输入的四运算放大器LM324 设计了信号放大电路和滤波电路, 将输出电压进行放大到0~4.7 V的标准电压输出。然后将放大后的标准电压输入单片机的A/D模块。

本文所设计的放大电路为差动输入、单输出的放大电路, 能够有效地抑制温漂, 并且能够保证电压输出的稳定性。所设计的压力传感器和差分放大电路如图3所示。

3.2 滤波电路设计

传感器在采集信号时, 会采集到一些干扰信号如50 Hz工频干扰和皮肤与袖带摩擦所产生的高频干扰以及直流干扰, 所以需要对信号进行滤波。本文滤波电路的设计采用了LM324 中的一个运放去构成0.8~6.4 Hz的带通滤波器[7]。滤波后的交流信号送入单片机ADC找出Amax, 找出0.5Amax和0.8Amax时所对应的瞬态时间位置, 然后在对应的直流分量中找出收缩压和舒张压。滤波电路如图4 所示。

滤波电路采用LM324 中的一个运放构成带通滤波器允许0.8~6.4 Hz的信号通过, 滤掉信号中的直流成分和电源以及皮肤与袖带摩擦的高频噪声和工频干扰。滤波后的交流分量送入单片机ADC计算幅值, 找出振幅增大过程中的0.5Amax和振幅减小过程中的0.8Amax的瞬态位置, 两者对应的血压直流分量即为收缩压和舒张压。滤波电路如图4 所示。

3.3 ADC0809 转换电路设计

本文所采用的模数 (A/D) 转换器为ADC0809, 该转换器由8 位的模数转换器和8 通道多路转换器两部分组成[8]。通过前面分析可知, 本文所设计的数字式血压计仅仅用到了直流和交流两个通道, 本文选用IN0 和IN1, 所以对于ADC0809 的三位地址端 (ADDA、ADDB、AD-DC) 没有必要都选用, ADDA一个端口即可满足要求, 用它的0、1 来代表直流信号和交流信号, ADDB、ADDC可直接接地。其中ADC0809 的工作方式有两种:查询方式和中断方式。通过前面的分析也可知道, 在此采用的是查询方式。因ADC0809 没有内部时钟, 所以本文为该芯片提供了通常使用的频率为500 k Hz的外部时钟信号。单片机STC90C51 的主频接的是6 MHz, 所以ALE为ADC0809 提供了1 MHz的时钟频率;故本文在ALE的输出端加了由74LS112 所构成的1/2 分频器得到500 k Hz时钟信号。通过实际应用系统使用证明, ADC0809在该频率下能够正常的工作。具体电路如图5所示。

3.4 液晶显示模块1602 电路设计

VSS为地电源, VDD接5 V正电源, V0为对比度的调整端, 当V0接正电源时对比度最低;当V0接地电源时对比度最高, 对比度要求适中, 太低了看不清楚, 太高了会产生“鬼影”, 本文在设计时通过一个10 kΩ的电位器来调整液晶显示屏的对比度。PS为寄存器选择端, 当PS=1时, 选择数据寄存器;当PS=0 时, 选择指令寄存器。RW为读写信号线, 当RW=1 时, 进行读操作;当RW=0 时, 进行写操作。当PS=PR=0 时, 写入指令或者显示地址;当PS=0, PR=1时, 读忙信号;当PS=1, PR=0时, 写入数据。

E端为使能输入端, 当E=1→0 时, 液晶显示屏执行命令。

液晶显示模块电路设计如图6 所示。

3.5 其他电路设计

3.5.1 电源电路

J10接外部电源, 如9 V或12 V, C1用以抑制高频干扰以及抵消输入引线较长时的电感效应, 防止电路产生自激振荡, 容量较小。 C2, C3的作用是改善负载的瞬态响应, 为获得最佳效果, 电容应选用频率特性好的陶瓷电容或钽电容为宜, 另外为了进一步减小输出电压的纹波, 一般在集成稳压器的输出端并入电解电容C4。D1为保护二极管, 当输入端短路时为C4提供一个放电回路, 防止调整管的发射结击穿。如图7 所示。

3.5.2 线性阀PWM控制电路

线性阀PWM控制电路如图8 所示。 PWM (Pulse Width Modulation, 脉宽调变) 控制泄气速率, MCU调整泄气速率是根据压力值和泄气的变化来进行的, 使泄气速率在规定的范围之内。具体工作方式如下:当充气达到200 mm Hg时, PWM开始作用, 使其开始泄气, 第25脚会接到IC所发出的信号, 然后信号经R14到达Q2, 会使Q2导通, 此时继电器吸合, 使电磁阀开始工作, D2保护Q2和K的正常工作而设计。

3.5.3 充气PUMP控制电路

充气PUMP控制电路如图9 所示。其中PUMP的动作由PUMP control信号控制, R13为限流电阻。具体工作方式:R13得到IC的26 脚提供的高电平 (约0.6 V) , 经Q1导通, Q1得到VCC所提供的5 V电压, Q1的导通会使继电器吸合, 这样+5 V的电压就经过了PUMP使PUMP导通。电路中的D2主要作用是使继电器在断电情况下仍能稳定工作, 起保护作用。

3.5.4 按键电路

按键开关与单片机的40脚相连, 作为整个系统的开关电源。当按下POWER键时, 则整个系统导通, 单片机开始工作, 然后按下测压按键开始充气。如图10, 图11所示。

4 软件设计

软件设计主要分为以下几步[9,10]:

(1) 电源开启后, 可通过键盘输入或者是PC机修改系统的默认参数。

(2) 然后系统对某些参数和某些寄存器进行初始化。

(3) 启动A/D转换直接转化结束。

(4) 转换结果送入上位机。

(5) 用单片机对经过1 s采样一次的数据进行分析处理, 找出Amax, 0.5Amax, 0.8Amax, 然后找出0.5Amax和0.8Amax对应瞬态时间值的直流分量值, 也就是所要求的收缩压和舒张压。将它们送往1602液晶显示屏上进行显示。

软件流程图如图12 所示。

5 结语

易操作、成本低、维护方便、规格小的数字式血压计给人们的生活带来了实实在在的好处。本文在示波法原理的基础上, 利用STC90C51 作为控制核心实现了数字式血压计的硬件和软件设计, 其中硬件设计具有成本低的特点, 软件设计具有节约存储的特点。

摘要：为了方便血压测量, 根据血压测量方法——示波法进行数字式血压计的设计, 包括硬件设计和软件设计, 硬件主要以STC90C51作为核心处理器, 辅以压力传感器MPS3117-006GA、ADC0809和1602LCD液晶显示等模块, 通过对实物进行测试, 采用此方法设计的数字式血压计能实现血压的测量。

关键词：示波法,数字式血压计,STC90C51,MPS3117-006GA

参考文献

[1]谭劲华, 吕建超.基于STC89C52单片机的血压计设计[J].自动化技术与应用, 2011, 30 (8) :30-33.

[2]崔桂华, 万兆强, 金少华.高血压的自我疗法[M].北京:中国中医药出版社, 2005.

[3]王宝华.生物医学测量与仪器[M].北京:电子工业出版社, 2002.

[4]刘坚强, 王永才.基于示波法的电子血压计系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用, 2010 (4) :62-65.

[5]朱品伟, 罗印升.基于MSP430的示波法血压计设计[J].自动化信息, 2008 (11) :49-50, 59.

[6]孟立凡, 蓝金辉.传感器原理与应用[M].北京:电子工业出版社, 2001.

[7]吴显鼎.模拟电子技术[M].天津:南开大学出版社, 2010.

[8]张晓芳.基于示波法的数字血压计的硬件实现[J].仪器仪表用户, 2006, 13 (4) :41-42.

[9]包旭鹤.便携式数字式血压计设计[J].现代电子技术, 2007, 30 (8) :7-11.

测血压，别只看数字 篇2

不过也正因为此，不少高血压患者往往把对高血压的全部关注都放在那两组数字，即高压（收缩压）和低压（舒张压）上，对其他一些危险因素不加以重视，这样做是十分危险的。因为有的时候，血压145毫米汞柱可能比185毫米汞柱更加危险！

这是因为高血压并不是单独的疾病，而是一种“心血管综合征”，与很多心血管病具有密切联系，同时也是“生活方式病”。高血压及血压水平是影响心血管事件发生和远期疗效的独立危险因素，但是并非唯一决定因素！因为大多数高血压患者还有血压升高以外的心血管危险因素。这些危险因素也是决定高血压患者是否发生心血管病和评估远期疗效的重要指标。

例如2例高血压患者，其血压水平相似，1例仅表现为单纯的血压升高，没有附带危险因素，另1例同时合并有糖尿病和血脂异常，两者对比的话，后者今后发生冠心病和脑中风的风险是前者4～8倍，死亡率也增加2～4倍！

据最近一项22个国家3000例急性中风归因危险度分析，高血压占43.6%，而吸烟、腹型肥胖、饮食和缺乏体力活动占全球中风风险的80%。由此可见，高血压患者除重视血压数值外，必须关注和积极防治伴随的危险因素，唯此才能最大限度降低高血压的心脑血管并发症与死亡率的总体危险，提高远期疗效。

因此，高血压患者不仅要关注血压高低，也要对其合并的危险因素进行危险分层。我国高血压防治指南（2010版）将高血压患者按心血管风险分为：低危（10年随访中患者发生主要心血管事件，如中风、心肌梗死等的危险<15%）、中危（10年随访中发生主要心血管事件危险约15%）、高危（20%～30%）和很高危（≥30%）。

高血压患者心血管风险水平分层详见附表——

从附表所示，有时血压升高即使仅达到1级（轻度），若与此同时合并其他危险因素和病史，存在临床并发症（如脑血管病、心脏病、肾脏病、外周血管病、视网膜病变）或合并糖尿病，则属于心血管风险很高危水平层次，比不伴有危险因素的3级高血压更危险；相反，虽然血压已达到2级（中度）或3级（重度），若无其他危险因素和病史存在，其心血管风险也不在最高等级（很高危）。

那么，除高血压水平外，心血管危险因素主要包括哪些呢？目前认为主要是以下几点：

①年龄：男性超过55岁，女性超过65岁。

②吸烟。

③糖耐量受损：餐后2小时血糖7.8～11.0毫摩尔/升或空腹血糖6.1～6.9毫摩尔/升。

④血脂异常：总胆固醇不低于5.7毫摩尔/升、低密度脂蛋白胆固醇超过3.3毫摩尔/升或高密度脂蛋白胆固醇低于1.0毫摩尔/升。

⑤早發心血管病家族史（一级亲属发病年龄小于50岁）。

编者注：一级亲属指父母、子女、亲兄弟姐妹。

⑥腹型肥胖（男性腰围不低于90厘米、女性腰围不低于85厘米或体重指数不低于28）。

⑦高同型半胱氨酸不低于10微摩尔/升。

数字血压计 篇3

目前, 由于不科学的饮食习惯以及不健康的生活习惯, 导致人们容易患上各种疾病。而高血压作为其中的一类疾病, 已经严重威胁着现代人的健康。如何及早的检测高血压就成为人们抗击高血压的首要问题。目前的数字血压计亦是多种多样, 但大多数不具有自动报数和自主监测功能。本文所设计的便携式数字血压计即是一种操作简单的测压装置, 为家庭保健提供了方便。其主动报数及超压监测提醒功能尤其是对于眼睛不好的老人和盲人来说, 提供了极大的方便。

2 数字血压计系统设计框图

2.1 数字血压计工作原理

本血压计采用示波法测量血压。其测压过程与柯氏音法相同, 将袖带加压至肱动脉处阻断血管血液, 然后缓慢减压, 此时血管中血液由于压力发生脉冲。示波法即是用仪器来识别从手臂传入袖带中的小压力脉冲, 并加以差别, 从而得出血压值。示波法测血压的判别方法主要有两种:突变点准则, 固定比率计算法。本系统设计采用固定比率计算法, 其判别方法是先找压力脉冲波的最大振幅值Amax, 最大值之前的幅值为0.5Amax的瞬态位置所对应的血压直流分量值即为收缩压。最大值之后的幅值为0.8Amax的瞬态位置所对应的血压直流分量即为舒张压。如图1所示。

2.2 系统总体框图

系统硬件主要包括:AT89C51单片机、压力传感器 (BP01) 、气泵、滤波放大电路、键盘模块、LCD显示模块、语音提示模块等。具体结构框图如图2。

具体通过键盘模块上的加压按钮, 向单片机发出信号启动气泵对袖带充气;压力传感器采集到人体血液脉冲波作为信号源。经过放大滤波电路传至单片机进行数据的处理。最后进行血压显示及语音读数和超压提醒。完成后通过单片机控制的放气阀开关, 将袖带中的气体迅速排放。

3 软件设计

此软件采用汇编和c语言混合编程, 包括充气、判断、放气、数据计算比较、显示等子程序。能较为可靠的采集到有用的信号, 分离出干扰的生理信号。系统工作的主流程如图3所示, 其中模式选择中测压模式为默认模式。在测量过程中, 血压异常的标准为:收缩压>140mm Hg或收缩压<95mm Hg。舒张压>90mm Hg或舒张压图<45mm Hg。血压异常时, 语音报出异常原因。

4 结束语

本文系统的给出了便携式数字血压计的设计原理和方案。此系统基于AT89C51单片机为控制核心, 加上压力传感器以及放大滤波电路、充放气电路、语音报音电路等外围电路设计了此血压计。具有较高的实际使用价值。

摘要：本文介绍了以AT89C51单片机为控制核心来设计实现的一种操作简单、测量准确、具有语音提示功能的便携式数字血压计的方法。文中包括测压原理、系统硬软件设计。所设计的血压计具有较高实用价值。

关键词：AT89C51,数字血压计,语音提示

参考文献

[1]余学飞.现代医学电子仪器原理与设计[M].广州:华南理工出版社, 2011.

[2]艾信友.无线传输数字血压计的设计与实现[J].医疗设备, 2009 (05) .

[3]王冬星.基于AT89S52数字血压计的设计与实现[J].智能计算机与应用, 2012 (03) .

基于单片机控制的数字气压计的设计 篇4

气压计是一种运用压敏元件将待测气压转化成易被检测和传输的电压电流信号,通过后续电路处理将数据显示出来的一种测量工具。气压计的核心器件是气压传感器,其在监测压力大小、控制压力变化和对其他物理数量测量多个方面都有十分重要的作用。气压计通过不同高度时的气压变化获取气压数值。根据气象学规定,作用于单位面积上空空气柱的重量被称为大气压力。根据气象学研究,垂直方向上气压随着海拔高度的上升而下降。在近地地区,每上升100 m气压降低10 h Pa,在距地面5~6 km的空中每上升100 m高度气压降低7 h Pa;在距地面9~10 km的高空中每上升100 m气压降低5 h Pa。当空气中有下降气流的时候气压会增加,反之会减小。

数字气压计广泛应用于工矿企业、电子产品和户外作业之中,经过长时间的发展其精确度越来越高,功能更加多样化,逐步向智能化、多功能化方向发展,笔者认为基于单片机控制的数字气压计发展前景很好。

1气压计的总体结构分析

本文介绍的数字气压计采用集成的单片机控制,测量时待测气压被气压传感器转换成可检测的电压输出, 通过V/F转化器将气压传感器输出的电压信号转化成有特定频率的脉冲信号,单片机接收脉冲信号,根据其单位时间内接收的脉冲数和电压频率的线性关系式计算出相应的气压值,最后气压值显示在LED屏幕上。

在这个流程中有以下3点需要注意:根据实际需求和气压传感器的具体参数选择合适的气压传感器芯片; 选择合适的V/F转换器,确保气压传感器输出的模拟电压电流信号转换成能被识别的数字信号;设计合理的单片机与各模块的接口电路。数字气压计测量出的气压值是在气压传感器的线性范围内的绝对气压值。

2数字气压计的硬件实现

数字气压计的硬件构建需要考虑其稳定性、复杂性、制造成本、维护成本等多种因素。本节要对数字气压计的硬件设施的组成进行介绍,建立一套稳定的、系统的硬件设施。

2.1气压传感器

气压传感器在整个气压计结构中处于核心地位,其选择需要考虑测量精度、测量范围、温度变化、绝对气压值等因素。数字气压计测量的是绝对气压值,因此需要能测量绝对气压值的气压传感器;为了简化电路设计, 提高气压计的稳定性和抗干扰能力,还需要气压传感器具有温度补偿。

根据上述要求,在本数字气压计中选择Motorda的MAX4100A型气压传感器。这种气压传感器的温度补偿范围为-40~125 ℃,承压范围为20~1 050 k Pa,在这个压力范围 内有良好 的线性 ,电压输出 信号范围 为0.3~4.65 V。本气压传感器可以用于测量绝对气压值,其输出关系具体如下:

式中:Vs是工作电压;P是大气压值;Vout为输出电压。

2.2V/F转换

待测气压被气压传感器测出的是电压电流信号,但是其不能被单片机识别,这时候就需要V/F器件把输入进来的电压值转换成可被单片机识别的脉冲串。虽然V/F器件本身不是量化器,但是定时器和计数器的存在可以实现A/D的转换,将模拟电压信号转化成抗干扰能力强、可实现远距离传输、可直接输入计算机的脉冲串。

本文根据外围电路相关性能标准和实现的难易程度选取LM331电压/脉冲转换芯片,这种器件采用的是温度补偿能隙基准电路,温漂最大能达到50 ppm/℃,温度稳定性非常好,而且这种器件输出的脉冲串兼容性好,可以和任何逻辑形式兼容;LM331可以使用单双电源供电,电压允许范围为5~40 V,最大非线性误差为0.01%。LM331的压频转化关系为:

其中,

图1为LM331外围电路连接图。

其中R的作用是调节电路的转换增益,K的值由设计者根据具体情况具体设定。考虑到单片机要使用测频率法测量fo,为保证频率信号的测量精度,在LM331中K=2 000,Rs=28.424 kΩ。对于不同元件的参数有着不同的要求,设计者要根据数字气压计的实际使用需求来选择元件的参数和测量精度。需要注意的是在选择V/F器件时要选取漏电流小的电容器,使用低通滤波器减小输出电压中的干扰脉冲,提高数据精度。

2.3单片机

在本设计中,气压计需要单片机的P1口和P3口的一部分和中断源、定时器、计数器各一个。因此在本设计中选取AT89S52控制器,该控制器具有低功耗、高性能的优 点 ,具有8 KB的FLASH和可编程 的存储器 。 AT89S52控制器是Atmel公司生产的高密度非易失性存储器,与其他模块可以完全兼容。AT89S52具有以下的性能标准:8 KB FLASH,256 B RAM,32位的I/O口线, 具有2个数据指针、3个16位计数器、1个看门狗定时器、1个6向量2级中断结构、片内晶振和时钟电路。除此之外,AT89S52支持两种软件工作模式,可以降到静态逻辑操作模式以节省电量。在空闲模式下,CPU工作停止,RAM、计数器、定时器可以保持工作;当发生掉电现象时,RAM的内容被自动保存下来,单片机内一切运转终止,防止意外的发生。

该单片机有40条引脚,按照功能来分可分为电源和时钟引脚、控制引脚、输入和输出引脚,其中P1口和P3口对应的输入和输出引脚在整个单片机结构中处于核心地位。P1口是一组8位准双向I/O口,内部有上拉电阻,将上拉电阻拉到高电平,P1口就具有输入口的功能;P3口是一组8位双向I/O口,内部有上拉电阻,其输出缓冲级可以驱动4个TTL逻辑门电路,将上拉电阻拉到高电平,P3口就具有输入口的功能。不仅如此,P3口还承担着许多第二功能。AT89S52控制器可以直接对LED显示屏输出数据,还有可编程的串行通信口,具有体积小、价格低、耗能低、性能高等优点。

2.4LED显示

每一个LED都是由7段发光二极管组成的显示单位,其具有10个引脚,分别对应发光二极管的7个段、1个小数点和2个公共端。发光二极管有共阳极接法和共阴极接法2种,本设计需要4个LED组成一个显示单元,并采用动态显示的方式。由于同时使用4个单个LED构成显示单元的连线比较复杂,而且给单片机的端口驱动带来很大压力,这就需要加装专门的驱动芯片。 由于4个LED是连体的,所以可以使用共阳极接法,这样的显示单元具有12个引脚、7个发光二极管段、4个公共端,再加装1个三极管驱动电路可以提高数码管的亮度。图2为本设计中的LED显示单元电路图。

根据显示单元的电路图可以看出电阻R和Ra太大或太小都会使LED正常显示,所以需要选择适合的电阻以保障LED的亮度。考虑到印制板布线的便捷,可以选择贴片电阻和排阻的形式节省版布线的空间。

3数字气压计的软件实现

对于单片机来说,其输入信号是具有一定频率的脉冲序列,单片机的计数器可以获取脉冲序列的频率并将其换算成具体的气压值。所以本节将着重介绍单片机的软件设计,分析其中的计算原理。基于单片机的数字气压计的程序流程设计图如图3所示。

具体的信号转换过程如下:

首先,待测气压被气压传感器转换成电压输出,根据气压传感器的资料可知,输出电压Vout和气压P存在如下关系:

由于VCC是+5 V,所以上式可以转化为:

然后气压传感器输出的电压Vout作为V/F的输入电压Vin转换成具体一定频率的脉冲序列fo,而这二者又存在fo=KVin的关系。根据Vout=Vin的关系可以得出:

式中K为V/F转换增益,K=2 000,根据上式可以将脉冲序列的频率换算成气压值。

本设计的软件程序设计采用C语言编程。 C语言是一种编译型的结构化程序设计语言, 其语法结构简单,处理功能强大,有编译效率高、可读性强、运行速度高等多方面优点,可以让编程者实现对系统硬件的直接操作。运用C语言编写数字气压计的系统软件,可以大大缩短单片机的研发周期,增强软件的可读性,也便于对软件内容进行改进和变更,有利于应用系统的大规模开发和高效率的利用。其具体的代码为:

4系统的调试与仿真

为保障本文设计的数字气压计的可靠性和稳定性, 还需要对整体系统进行调试与仿真。使用Keil软件和Proteus软件相结合进行仿真。使用Proteus软件对系统的总体执行效果进行调试,主要调试单片机的电源供应和电路复位。单片机的电源电路、复位电路和晶振电路是单片机乃至整个数字气压计正常运转的基础,要首先保证这几部分的正常工作。在调试中,单片机时钟的频率保持在11.059 2 MHz上。然后是应用Proteus软件对电气规则功能进行检查,检测其连接是否正确并得出检查报告,一旦发现原理图中存在错误要立刻根据错误点进行改正。在原理图的连接没有问题时,再进行器件连接调试,对电路中所有器件的名字、参数、器件之间的连接网络进行全面检查,确认每一个器件的正确和之间关系的合理。之后对PCB图进行检查,检查PCB设计、 PCB电气特性和物理特性、印制板和导线图形检查。最后对整个程序进行调试和仿真。

5结语

本文对基于单片机的数字气压计进行分析,在硬件设施上,需要选择合适的气压传感器、V/F转换器、单片机和LED显示,设计合理的硬件电路,并通过C语言编译出能将脉冲序列的的频率转换为可读取的气压值信号。使用V/F变换信号和编程克服了测量中稳定性差、精确度低的缺点,为设计出功能易于扩展、可靠而又稳定的数字气压计提供了一种全新的思路。

摘要：数字气压计是一种精确测量压力大小的工具,运用单片机的数字气压计携带方便,操作简单,精确度高,安全性好,具有良好的应用前景。对基于单片机控制的数字气压计进行详细介绍,分析气压计的总体结构,介绍气压计的软硬件实现方法和数字气压计系统的调试与仿真,保障数字气压计系统功能的可靠性和稳定性。