彭克勤

北京信息科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院

一款WIFI血壓儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

彭克勤

北京信息科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院

血壓儀是測量血壓的儀器。血壓儀測量的收縮壓與舒張壓均為臨床醫(yī)療上重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本文介紹的是以MSP430f5419單片機(jī)為核心、采用血壓傳感器、外接LCD液晶模塊的一款便攜式WIFI血壓儀。本文闡述了此類便攜式WIFI血壓儀的一個(gè)設(shè)計(jì)方案和軟硬件實(shí)現(xiàn)方法。

WIFI 血壓傳感器 MSP430f5419

1 項(xiàng)目背景

目前，市場上電子血壓儀、血壓計(jì)主要以藍(lán)牙傳輸數(shù)據(jù)為主，現(xiàn)在各行各業(yè)都有無線WIFI，因而想設(shè)計(jì)一款帶無線WIFI功能的血壓儀，本文利用MSP430F5419作主控MCU，LCD顯示，外接無線WIFI模塊來實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸。

2 血氧儀設(shè)計(jì)

2.1 外設(shè)硬件介紹

2.1.1 msp430介紹

MSP430 系列單片機(jī)是一個(gè)16位的單片機(jī)，采用了精簡指令集（RISC）結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式（7種源操作數(shù)尋址、4種目的操作數(shù)尋址）、簡潔的27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器都可參加多種運(yùn)算；還有高效的查表處理指令；有較高的處理速度，在8MHz晶體驅(qū)動下指令周期為125ns；豐富的片上資源，具有低功耗的優(yōu)點(diǎn)。

2.1.2 無線模塊介紹

市場上常見的無線模塊大概可以分為三種，藍(lán)牙、ZIGBEE、WI-FI。本文采用WIFI模塊。

目前，WIFI模塊接口的種類很多，有SPI、I2C、UART等接口，這些接口都可以滿足設(shè)計(jì)的需要，為了快速實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)，筆者選擇了UART接口，型號為RN171如圖1所示。

圖1 型號為RN171的UART接口器件

RN171是基于UART接口的符合WiFi無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式模塊， 內(nèi)置無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、IEEE802.11協(xié)議棧以及TCP/IP協(xié)議棧，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶串口數(shù)據(jù)到無線網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)換。通過RN171模塊，傳統(tǒng)的串口設(shè)備也能輕松接入無線網(wǎng)絡(luò)；此外，RN171模塊除作為STA 接入傳統(tǒng)的Infra 網(wǎng)絡(luò)和Ad-hoc 網(wǎng)絡(luò)外，本模塊還支持軟AP模式，網(wǎng)卡工作在AP 模式時(shí)能夠提供智能手機(jī)等手持終端的接入功能，同時(shí)為改善AP 模式下的用戶體驗(yàn)，本模塊在實(shí)現(xiàn)軟AP 的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了DHCPServer 和DNS Server，以提供智能終端的零配置接入。

2.1.3 血壓模塊介紹

血壓測量部分采用現(xiàn)成的模塊，它的接口為UART接口，供電采用6V供電。

2.1.4 LCD液晶模塊

采用OJM128*32帶中文字庫模塊，可以顯示兩行漢字或4 行8*8字符。接口為并行接口：8位數(shù)據(jù)線。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

血壓儀由四部分組成：核心控制CPU-MSP430f5419、血壓接口、無線模塊接口，顯示界面四部分組成，其框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

工作原理：整個(gè)系統(tǒng)在不使用時(shí)，處于顯示信息狀態(tài)；當(dāng)需要使用時(shí)，按下測量按鍵，系統(tǒng)處于測量工作模式，首先打開血壓模塊電源，MSP430f5419作為CPU給血壓模塊發(fā)送測量指令，血壓模塊開始測量（打壓，放氣，發(fā)送血壓值），最后由LCD屏顯示血壓值和無線模塊發(fā)送數(shù)據(jù)。

2.3 硬件電路圖

在本文中，按照功能應(yīng)用來分，大致分為四部分：單片機(jī)控制電路、LCD屏控制接口電路、血壓接口、無線模塊接口電路。

2.3.1 單片機(jī)MSP430f5419控制電路

單片機(jī)MSP430f5419控制電路如圖3所示，它是由采用外部晶振16 M做為時(shí)鐘主頻，上電復(fù)位電路。

圖3 單片機(jī)MSP430f5419控制電路圖

2.3.2 LCD屏控制接口電路

LCD屏控制接口電路如圖4所示，LCD屏與單片機(jī)MSP430f5419采用并行接口。

圖4 LCD屏控制接口電路

2.3.3 血壓接口電路

血壓模塊由控制電路、充氣泵、放氣閥組成，其中充氣泵、放氣閥供電為6V,因此整個(gè)模塊的電源是由6V供電，如圖5所示。

圖5 血壓接口電路

2.3.4 無線模塊接口。如圖6。

圖6 無線模塊接口

3 軟件設(shè)計(jì)

按照功能來分，主要分為三部分：主程序、中斷程序、顯示程序等。每個(gè)功能是相互關(guān)聯(lián)的，又相互獨(dú)立，下面按功能要求來講述。

3.1 主程序

程序上電時(shí)，首先，時(shí)鐘初始化，串口初始化，LCD屏端口初始化，然后進(jìn)入查詢按鍵，如果有按鍵，則起動測量，顯示測量值，并能過WIFI發(fā)送出去。主流程圖如7所示。

圖7 主程序流程圖

3.2 中斷程序

將MSP430f5419的GPIO口的設(shè)置成中斷口。當(dāng)有按鍵按下時(shí)，進(jìn)入中斷，將其產(chǎn)生的中斷標(biāo)志成使能狀態(tài)。其中斷部分程序如下：

3.3 Lcd接口程序

在這里只列出一部分，其他部暫略。

3.4 串口接收中斷

用于接收血壓模塊發(fā)送過的數(shù)據(jù)，并且進(jìn)行分析。本文略

[1]Datasheet_AFE4401_Rev1.1_Choicemed_Nov10_2014.pdf

[2]最新M00930_VGM064032A0W01_D02_20140627.pdf

[3]洪利、章?lián)P、李世寶. MSP430單片機(jī)原理與應(yīng)用實(shí)例詳解（2010.7）

[4]沈建華、楊艷琴. MSP430系列16位超低功耗單片機(jī)原理與實(shí)踐（2010.7）

作者介紹

彭克勤，女，碩士，北京信息科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院副教授。