郭友達(dá)，雷恒波，徐雅潔，邢曉曼，康明才，孫明山

基于動(dòng)脈張力法和STM32L的24h動(dòng)態(tài)血壓計(jì)設(shè)計(jì)

郭友達(dá)1，2，雷恒波2，徐雅潔2，邢曉曼2，康明才1，孫明山2

（1.南京理工大學(xué)電子工程與光電技術(shù)學(xué)院，南京210094；2.中國(guó)科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所醫(yī)學(xué)影像室）

本文介紹了一種基于高靈敏度壓力傳感器和STM32L芯片的低功耗、高性能的24h連續(xù)動(dòng)態(tài)血壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，闡述了系統(tǒng)的工作原理、流程及其軟硬件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)通過(guò)壓力傳感器對(duì)腕部脈搏波進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，利用動(dòng)脈張力法預(yù)估血壓值，實(shí)現(xiàn)了24h連續(xù)動(dòng)態(tài)血壓監(jiān)測(cè)的效果。該系統(tǒng)具有自動(dòng)進(jìn)入低功耗狀態(tài)、5 min自動(dòng)喚醒、按鍵中斷喚醒、血壓異常報(bào)警等功能，克服了傳統(tǒng)血壓計(jì)無(wú)法進(jìn)行24h連續(xù)動(dòng)態(tài)血壓監(jiān)測(cè)、受偶然因素影響大、實(shí)時(shí)性差等缺點(diǎn)。

STM32L；24h連續(xù)動(dòng)態(tài)血壓監(jiān)測(cè)；低功耗；壓力傳感器

引 言

血壓是反映人體心血管系統(tǒng)健康與否的重要生理參數(shù)，同時(shí)也是醫(yī)院臨床上疾病的預(yù)防和診斷的重要依據(jù)。24h動(dòng)態(tài)血壓監(jiān)測(cè)對(duì)于高血壓的防治工作、醫(yī)生的臨床應(yīng)用方面有著深遠(yuǎn)的意義。首先，24h動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)由儀器自動(dòng)完成，能有效避免“白大衣現(xiàn)象”。第二，24h動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)可以測(cè)量一個(gè)人日常生活狀態(tài)時(shí)的血壓，可以發(fā)現(xiàn)“隱蔽性高血壓”。第三，24h動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)可以了解血壓變化趨勢(shì)。所以24h動(dòng)態(tài)血壓監(jiān)測(cè)不僅是血壓監(jiān)測(cè)次數(shù)增加，更重要的是可以準(zhǔn)確反映一個(gè)人的血壓風(fēng)險(xiǎn)，提高高血壓的預(yù)測(cè)和診斷能力［1］。

現(xiàn)有的血壓監(jiān)測(cè)設(shè)備種類繁多，主要廠商有歐姆龍、九安、松下、CONTEC等，但基本都是基于示波法的袖帶式血壓監(jiān)測(cè)方法。這種方法雖然測(cè)量值相對(duì)準(zhǔn)確可靠，但其缺點(diǎn)也很明顯：①無(wú)法對(duì)血壓進(jìn)行連續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，無(wú)法得出血壓的變化趨勢(shì)；②充氣袖帶會(huì)給人帶來(lái)緊張不適感，從而影響血壓監(jiān)測(cè)結(jié)果；③得出的結(jié)果相對(duì)片面，只是一個(gè)瞬時(shí)的“好”或者“壞”，不確定性因素大［6］?；谶@些缺點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了一套可穿戴式連續(xù)動(dòng)態(tài)血壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。利用高性價(jià)比的STM32L作為系統(tǒng)的主控芯片，實(shí)現(xiàn)了對(duì)血壓信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、定時(shí)存儲(chǔ)、異常報(bào)警。

1　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能有：①實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的脈搏信號(hào)采集，并轉(zhuǎn)換成血壓心率信息，以及信息顯示與定時(shí)存儲(chǔ)。②通過(guò)默認(rèn)或用戶自主設(shè)定的血壓閾值，實(shí)現(xiàn)血壓健康狀況判定，當(dāng)血壓異常時(shí)報(bào)警提示。③實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的小型化、可穿戴式設(shè)計(jì)，降低系統(tǒng)功耗，使用紐扣電池供電可持續(xù)更長(zhǎng)的時(shí)間。④通過(guò)顯示定時(shí)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，用戶可以查看當(dāng)天和每月的血壓情況走勢(shì)，預(yù)估血壓健康狀況。

1.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

本文采用動(dòng)脈血壓張力測(cè)量法［4］（TBP）進(jìn)行血壓測(cè)量。這是一項(xiàng)新的非侵入式連續(xù)動(dòng)脈血壓監(jiān)測(cè)技術(shù)，其原理是：當(dāng)一個(gè)具有內(nèi)在壓力的血管被外部物體部分壓扁時(shí)，其血管壁的外周應(yīng)力將發(fā)生變化，當(dāng)外力達(dá)到某一特定值時(shí)，內(nèi)外力相等，此時(shí)所測(cè)得的外力即為動(dòng)脈血壓。為了實(shí)現(xiàn)以上的方法和功能的需求，本系統(tǒng)需要一個(gè)穩(wěn)定低功耗核心處理器、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、顯示模塊、藍(lán)牙通信模塊、電源模塊和報(bào)警模塊。

其中核心處理器完成對(duì)系統(tǒng)的控制管理、數(shù)據(jù)采集控制、數(shù)據(jù)處理和算法實(shí)現(xiàn)功能。數(shù)據(jù)采集模塊完成對(duì)模擬脈搏波信號(hào)的采集、濾波和放大；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊完成血壓心率和日期信息的定時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能；顯示模塊完成血壓心率信息和血壓走勢(shì)的顯示功能；藍(lán)牙通信模塊完成與PC端及其他智能終端的數(shù)據(jù)通信工作。此外電源模塊和報(bào)警模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)的電源供應(yīng)和異常血壓的預(yù)警提示。系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)總體構(gòu)架

1.3系統(tǒng)的工作原理與流程

在系統(tǒng)復(fù)位或第一次開(kāi)機(jī)后，首先系統(tǒng)進(jìn)入第一次初始化設(shè)置，配置系統(tǒng)外設(shè)時(shí)鐘、功能模式和I/O配置等。等待系統(tǒng)初始化完畢后，用戶通過(guò)液晶屏與系統(tǒng)進(jìn)行交互，根據(jù)系統(tǒng)提示利用按鍵完成系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘和血壓預(yù)警值的設(shè)置。之后，系統(tǒng)進(jìn)入第一次血壓采樣過(guò)程，等待血壓采樣結(jié)束后，系統(tǒng)會(huì)將采樣結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算，得出用戶當(dāng)前時(shí)間的收縮壓和舒張壓并顯示在液晶屏上。同時(shí)如果血壓監(jiān)測(cè)結(jié)果超出了用戶設(shè)定的預(yù)警值范圍，則系統(tǒng)的預(yù)警模塊發(fā)出警報(bào)，提示用戶血壓異常。在血壓值顯示10 s之后，系統(tǒng)將進(jìn)入低功耗停機(jī)狀態(tài)，等待下一次喚醒。系統(tǒng)每隔5 min將由設(shè)定的RTC鬧鐘自動(dòng)喚醒一次，進(jìn)入一次采樣循環(huán)，用戶也可以通過(guò)按鍵中斷退出停機(jī)狀態(tài)進(jìn)入一次采樣循環(huán)。系統(tǒng)工作流程如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)工作流程

2　硬件設(shè)計(jì)

2.1硬件設(shè)計(jì)要求

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)和脈搏信號(hào)特性，本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)著重處理以下幾方面的問(wèn)題：

①為了實(shí)現(xiàn)可穿戴目的，系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品低功耗、小型化的設(shè)計(jì)指標(biāo)。

②由于脈搏信號(hào)微弱、幅度小、頻率低，極易受到噪聲的影響，所以要求電路設(shè)計(jì)具有輸入高阻抗、高共模抑制比、低噪聲、帶通輸出的特點(diǎn)。

③在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能和運(yùn)算指標(biāo)的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡量降低成本，使之有更高的性價(jià)比。

2.2核心處理器

本次設(shè)計(jì)選擇高性價(jià)比、超低功耗的STM32L152RBT6芯片作為系統(tǒng)的核心處理器。這是一款由意法半導(dǎo)體（ST）公司推出的32位基于ARM Cortex- M內(nèi)核的超低功耗精簡(jiǎn)指令集微控制。該芯片采用LQFP-64封裝，具有51個(gè)I/O引腳接口、128 KB的Flash程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間和16 KB的RAM程序運(yùn)行空間、20通道12位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，一路USB2.0接口，7通道DMA控制器，4個(gè)通用定時(shí)器和一個(gè)Systick系統(tǒng)定時(shí)器以及大量的中斷資源等，足夠滿足本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能需求。

此外STM32L系列芯片具有三種低功耗模式：

①睡眠模式。通過(guò)執(zhí)行WFE指令或者WFI指令可進(jìn)入睡眠模式。進(jìn)入睡眠模式之后，內(nèi)核時(shí)鐘停止，外設(shè)可繼續(xù)工作。通過(guò)任意外部中斷退出睡眠模式，最低功耗可達(dá)到6.1μA。

②停機(jī)模式。停機(jī)模式是在睡眠模式的基礎(chǔ)上結(jié)合了外設(shè)時(shí)鐘控制機(jī)制。在停機(jī)模式下，內(nèi)核和外設(shè)時(shí)鐘將被停止，保留SRAM供電，可通過(guò)任意外部中斷和RTC鬧鐘喚醒。在實(shí)時(shí)時(shí)鐘運(yùn)行情況下，最低功耗為1.3μA，關(guān)閉實(shí)時(shí)時(shí)鐘后為0.5μA。

③待機(jī)模式。待機(jī)模式可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最低功耗，進(jìn)入待機(jī)模式之后整個(gè)1.8 V供電區(qū)將被斷電，SRAM和寄存器內(nèi)容丟失。僅保留備份寄存器和待機(jī)電路供電，可通過(guò)RTC鬧鐘或者STM32復(fù)位喚醒。喚醒之后程序重新運(yùn)行，相當(dāng)于復(fù)位狀態(tài)。在實(shí)時(shí)時(shí)鐘運(yùn)行情況下，最低功耗為1.0μA，關(guān)閉實(shí)時(shí)時(shí)鐘后為270 n A。其低功耗性能和傳統(tǒng)超低功耗MSP430芯片［3］參數(shù)對(duì)比如表1所列，可以看出，STM32L系列的低功耗方面的表現(xiàn)和MSP430是非常接近的，此外STM32L系列在時(shí)鐘頻率、處理位數(shù)、運(yùn)算能力以及可編程性、性價(jià)比方面，比起MSP430都有更優(yōu)的表現(xiàn)。因此STM32L系列芯片非常好地契合了本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求。

表1　STM32L系列和MSP430系列參數(shù)對(duì)照表

2.3數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用的壓力傳感器是Honeywell的1865系列，該系列是專門(mén)為醫(yī)療和特定的OEM應(yīng)用而設(shè)計(jì)的高精度壓力傳感器。1865利用一層特制的硅隔膜傳遞壓力信號(hào)，具備激光修正補(bǔ)償功能，可以精確采集微小的生物信號(hào)，具有線性度好、測(cè)試精度高、穩(wěn)定性好、響應(yīng)速度快的特點(diǎn)。測(cè)量量程為0～30 psi，在正常量程內(nèi)線性度能達(dá)到0.1%FS。傳感器通過(guò)輕輕貼合腕部動(dòng)脈獲取脈搏信號(hào)，輸出為模擬電壓信號(hào)。

此外，采用截止頻率為0.05 Hz的二階Sallen -Key高通濾波電路和截止頻率為40 Hz的二階貝塞爾有源低通電路串聯(lián)組成帶通濾波電路，作為系統(tǒng)的濾波模塊。人體正常的脈搏為60～100次/min，即1～1.67 Hz。從脈搏功率譜的能量分布來(lái)看，99%的能量集中在0.5～10 Hz之間。脈搏信號(hào)最低頻率只有0.5 Hz，為降低信號(hào)相移產(chǎn)生的失真，低頻截止頻率須設(shè)定為最低頻率的1/10，即0.05 Hz。脈搏最高頻率不超過(guò)40 Hz，故高頻截止頻率設(shè)定為40 Hz。此外系統(tǒng)選取體積小、功耗低、噪聲小及供電范圍廣的AD620AN運(yùn)算放大器組成一級(jí)放大電路，系統(tǒng)放大增益為11，可通過(guò)調(diào)節(jié)可變電阻R1來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)增益。電路及參數(shù)選取如圖3所示。

圖3　放大濾波電路

2.4存儲(chǔ)顯示模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)選用AT24C16作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，AT24C16是2線型串行EEPROM，存儲(chǔ)容量達(dá)到16 Kb，電壓運(yùn)行范圍為2.7～5.5 V，數(shù)據(jù)保存可達(dá)到100年。數(shù)據(jù)一次存儲(chǔ)容量占72位，利用AT24C16可以存儲(chǔ)227次血壓動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果和時(shí)間日期，即可以記錄一天的血壓趨勢(shì)和179天內(nèi)的血壓走勢(shì)。STM32L芯片的I2C總線的SCL和SDA端分別對(duì)應(yīng)接到AT24C16的SCL和SDA端。由SCL端——時(shí)鐘控制SDA端的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)，完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和讀取的功能。

系統(tǒng)顯示模塊采用3.3 V的LCD1602液晶顯示器，該模塊已內(nèi)置8 192個(gè)中文字形（16×16點(diǎn)陣）和126個(gè)西文字型（16×8）字庫(kù)，便于顯示漢字與字符。模塊的8位并行數(shù)據(jù)端連接芯片的PA0～PA7，RS、WR、EN、CS這4個(gè)控制引腳連接芯片的PB3～PB6。

2.5電源和藍(lán)牙通信模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)選用DX -BTO5 4.0藍(lán)牙通信模塊對(duì)PC和其他智能終端進(jìn)行無(wú)線通信。藍(lán)牙模塊采用TI公司的CC2541芯片，配置256 Kb空間，遵循V4.0 BLE藍(lán)牙規(guī)范，支持AT指令，用戶可以根據(jù)需要更改串口波特率、設(shè)備名稱、配對(duì)密碼等參數(shù)、使用靈活。

整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)紐扣電池進(jìn)行供電，通過(guò)穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換電壓對(duì)芯片和模塊供電，輸入電壓為5 V，輸出為3.3 V。穩(wěn)壓電路如圖4所示。

圖4　穩(wěn)壓電路

3　軟件設(shè)計(jì)

3.1數(shù)據(jù)采集模流程

數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)了脈搏信號(hào)的采集和簡(jiǎn)單濾波處理的功能，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，既是系統(tǒng)的核心，也是系統(tǒng)精度的關(guān)鍵因素之一。數(shù)據(jù)采集流程如圖5所示。

在數(shù)據(jù)采集流程中，系統(tǒng)首先進(jìn)行初始化設(shè)置：先后進(jìn)入ADC_GPIO_ Configuration（）和ADC_Configuration（）函數(shù)，使能引腳時(shí)鐘和ADC時(shí)鐘并初始化引腳為模擬輸入模式，初始化配置ADC為單通道連續(xù)軟件觸發(fā)采樣模式；進(jìn)入Key_Init（）函數(shù)，配置按鍵對(duì)應(yīng)的引腳連接到內(nèi)部中斷線，配置中斷模式和中斷優(yōu)先級(jí)；之后進(jìn)行RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘初始化、RTC鬧鐘配置，系統(tǒng)初始化完畢之后，系統(tǒng)可以進(jìn)行采樣循環(huán)。首先通過(guò)條件判斷是否是第一次采集或按鍵中斷或5分鐘鬧鐘喚醒，如果是，則系統(tǒng)進(jìn)入A/D采樣流程。采樣過(guò)程中，由于脈搏信號(hào)比較微弱，信號(hào)容易受到外部和器件的電氣干擾而產(chǎn)生毛刺。為消除毛刺、改善信號(hào)質(zhì)量，系統(tǒng)在采樣過(guò)程中進(jìn)入MidFilter（）函數(shù)采用中值平均濾波的方法，對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。中值平均濾波原理如下：每次采樣10個(gè)點(diǎn)，對(duì)這10個(gè)點(diǎn)進(jìn)行一次冒泡排序，等待排序完成之后取數(shù)組中間的兩個(gè)中位值點(diǎn)，并計(jì)算其平均值，而計(jì)算出的平均值即系統(tǒng)所需信號(hào)的一個(gè)采樣點(diǎn)。

通過(guò)這樣處理，相當(dāng)于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了一次時(shí)域?yàn)V波，能有效消除脈沖噪聲干擾，增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。因此系統(tǒng)采樣頻率定為500 Hz，而實(shí)際采集到的信號(hào)頻率為50 Hz。一次采樣過(guò)程持續(xù)12 s，即采集隊(duì)列填滿600點(diǎn)視為一次采樣結(jié)束。數(shù)據(jù)采完之后保存采樣數(shù)據(jù)，一次采樣流程結(jié)束。

圖5　數(shù)據(jù)采集流程圖

3.224h動(dòng)態(tài)血壓監(jiān)測(cè)流程

對(duì)血壓數(shù)據(jù)進(jìn)行24h的采集和存儲(chǔ)，可以讓用戶看到一天以及一段時(shí)間內(nèi)的血壓變化趨勢(shì)，得出一些特定時(shí)間內(nèi)的血壓變化的危險(xiǎn)點(diǎn)，并在監(jiān)測(cè)到血壓異常的情況下進(jìn)行報(bào)警。由于系統(tǒng)將采集的血壓數(shù)據(jù)存入系統(tǒng)的存儲(chǔ)模塊中，因而用戶將可以對(duì)一段時(shí)間內(nèi)的血壓變化趨勢(shì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。圖6是系統(tǒng)進(jìn)行24h動(dòng)態(tài)血壓監(jiān)測(cè)的流程圖。

圖6　24h動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)流程圖

首先系統(tǒng)進(jìn)入正常的低功耗血壓采集循環(huán)，系統(tǒng)每5 min或者用戶通過(guò)按鍵中斷喚醒停機(jī)模式的系統(tǒng)，之后開(kāi)始對(duì)脈搏信號(hào)進(jìn)行一次采樣監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)通過(guò)讀取實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC獲得當(dāng)前采樣的日期和時(shí)間。用戶可以通過(guò)顯示模塊讀取監(jiān)測(cè)的結(jié)果，如果檢測(cè)的結(jié)果超出預(yù)設(shè)的預(yù)警值范圍，則預(yù)警模塊將發(fā)出警報(bào)通知用戶，用戶可以通過(guò)按鍵取消報(bào)警。另一方面，系統(tǒng)將保存此次檢測(cè)的日期時(shí)間和血壓值。系統(tǒng)將對(duì)半小時(shí)內(nèi)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總平均，作為這半個(gè)小時(shí)內(nèi)的平均血壓并連同時(shí)間一起存入存儲(chǔ)模塊。當(dāng)超過(guò)24h時(shí)，系統(tǒng)將對(duì)每半小時(shí)監(jiān)測(cè)的血壓數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總平均，作為一天的平均血壓并連同時(shí)間一起存入存儲(chǔ)模塊，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)血壓24h動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的目的。

3.3低功耗控制與實(shí)現(xiàn)

在系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，系統(tǒng)功耗主要體現(xiàn)在硬件電路、模塊耗散的電能和芯片邏輯運(yùn)算、等待耗散的電能方面。在硬件方面，本設(shè)計(jì)通過(guò)精簡(jiǎn)電子元器件，選用超低功耗STM32L芯片來(lái)達(dá)到降低功耗的效果。在軟件方面，通過(guò)精簡(jiǎn)代碼、算法和利用STM32L的降低功耗模式的編程達(dá)到低功耗的效果。

本系統(tǒng)采用的是開(kāi)啟實(shí)時(shí)時(shí)鐘的停機(jī)模式實(shí)現(xiàn)低功耗功能［5］。首先，在程序初始化的過(guò)程中通過(guò)函數(shù)RTC_Config（）對(duì)RTC進(jìn)行初始化配置，定義外部32.786 k Hz低速晶振作為RTC時(shí)鐘，并初始化RTC時(shí)鐘時(shí)間，使能RTC時(shí)鐘。通過(guò)函數(shù)RTC_AlarmConfig（）對(duì)RTC鬧鐘進(jìn)行配置，將喚醒時(shí)間定為5 min。之后進(jìn)入主程序循環(huán)，在每次數(shù)據(jù)采集完成之后將各個(gè)I/O口重新配置成模擬輸入模式，同時(shí)通過(guò)PWR_EnterSTOPMode（PWR_Regulator_Low Power，PWR_STOPEntry_WFI）函數(shù)讓系統(tǒng)進(jìn)入停機(jī)模式。在進(jìn)入停機(jī)模式之后，系統(tǒng)通過(guò)RTC鬧鐘每5 min自動(dòng)喚醒或者按鍵外部中斷喚醒，喚醒之后系統(tǒng)對(duì)用到的I/O口以及RTC鬧鐘重配置，才能進(jìn)入下一次數(shù)據(jù)采集過(guò)程。如此系統(tǒng)只在采樣工作的時(shí)間運(yùn)行，空閑時(shí)間進(jìn)入停機(jī)模式，實(shí)現(xiàn)了軟件方面的低功耗設(shè)計(jì)。

4　測(cè)試結(jié)果與分析

在未開(kāi)啟低功耗模式時(shí)，利用5 V直流電源供電，采集數(shù)據(jù)過(guò)程中對(duì)電池電流進(jìn)行測(cè)試，電流為108 mA。在開(kāi)啟低功耗模式后，利用同樣的電源供電，在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中電流為56 mA，進(jìn)入停機(jī)模式后功耗為3 mA。系統(tǒng)功耗得到明顯降低，采集到的脈搏波形如圖7所示。對(duì)24歲健康成年男性進(jìn)行6h的血壓動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，結(jié)果如圖8所示。

圖7　一次數(shù)據(jù)采樣600點(diǎn)的脈搏波形

圖8　動(dòng)態(tài)血壓趨勢(shì)

同時(shí)本系統(tǒng)對(duì)6名志愿者進(jìn)行血壓測(cè)試，收縮壓（SBP）、舒張壓（DBP）、結(jié)果和Microlife BP3GX1-5X標(biāo)準(zhǔn)充氣袖帶式血壓計(jì)測(cè)試結(jié)果對(duì)比如表2所列。

表2　6組實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)血壓計(jì)測(cè)試結(jié)果對(duì)比

測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)通過(guò)對(duì)腕部脈搏波的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)獲取血壓信息，并實(shí)現(xiàn)了24h連續(xù)動(dòng)態(tài)血壓監(jiān)測(cè)的效果。本文利用超低功耗STM32L芯片的低功耗停機(jī)模式，滿足了系統(tǒng)的低功耗需求；并且系統(tǒng)具有RTC鬧鐘自動(dòng)喚醒和按鍵中斷喚醒兩種喚醒功能，使用戶能更加靈活地運(yùn)用。

［1］王繼光.24h動(dòng)態(tài)血壓監(jiān)測(cè)：適用人群及臨床意義［J］.中國(guó)高血壓雜志，2014（7）.

［2］ST Microelectronics Corporation.STM32L151x6/8/B，STM 32 L152x6/8/B Datasheet，2013.

［3］TI.MSP430x13x，MSP430x14x，MSP430x14x1 MIXED SIGNAL MICROCONTROLLER Datasheet，2013.

［4］林治川，董慶龍，歐陽(yáng)葆怡.動(dòng)脈血壓張力測(cè)量法的臨床應(yīng)用［J］.廣州醫(yī)藥，2001（32）.

［5］馬忠梅，徐琰，葉青.ARM Cortex微控制器教程［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010.

［6］Pickering Thomas G，Shimbo Daichi，Haas Donald.Ambulatory Blood-Pressure Monitoring［J］.New England Journal of Medicine，2006，354（6）.

郭友達(dá)（碩士研究生），主要研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)設(shè)計(jì)。

24h Ambulatory Blood Pressure Monitoring System Based on Arterial Tension Method and STM32L

Guo Youda1，2，Lei Hengbo2，Xu Yajie2，Xing Xiaoman2，Kang Mingcai1，Sun Mingshan2
（1.School of Electronic and Optical Engineering，Nanjing University of Science and Technology，Nanjing 210094，China；2.Medical Image Department，Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology Chinese Academy of Sciences）

A high-performance 24h continuous ambulatory blood pressure monitoring system is introduced which based on a high sensitivity pressure sensor and STM32L.The work principle，the flow and the design of hardware and software are described.The pressure sensor is used to monitor the wrist pulse wave，and estimates the blood pressure using the arterial tension method，so the 24h continuous ambulatory blood pressure monitoring is achieved.At the same time，the system has the functions of automatically entering the low-power consumption state，5min auto wake-up，push button interrupt wake-up，and abnormal blood pressure alarming.It overcomes the shortcomings of the conventional blood pressure monitors，such as unable to monitor blood pressure 24h continuously，easily influenced by accidental factor，and poor real-time performance.

STM32L；24h continuous ambulatory blood pressure monitoring；low-power consumption；pressure sensor

TP29

A

??楊迪娜

2016-04-08）