黃 峰,錢 安,陳 林
(1.湖南工程學院 電氣與信息工程學院,湘潭 411104; 2.湖南康驗醫(yī)療科技有限公司,長沙 410011)
我國高血壓人群超過3.3億人,全世界高血壓人群超過10億人.高血壓會引起心、腦、腎的損害,長期得不到控制容易患上冠心病、腦中風等疾病.
血壓監(jiān)測儀主要包括電源、氣泵、數(shù)據(jù)處理、顯示等模塊.文獻[1]提出了一種基于MCS1210的便攜式數(shù)字血壓監(jiān)測儀設計方案.文獻[2]設計了基于MSP430的防水型電子血壓監(jiān)測儀.文獻[3]針對傳統(tǒng)電子血壓監(jiān)測儀精度等缺點,以STM 32為核心設計了基于示波法的電子血壓監(jiān)測儀.
高血壓敏感人群一般是中老年,傳統(tǒng)血壓監(jiān)測儀不僅速度慢、示值不準,而且攜帶不便.文獻[4]設計了基于手機APP的智能血壓監(jiān)測儀,但APP軟件必須依賴手機系統(tǒng)平臺.
本文以STM 32為核心,通過可跨平臺的微信小程序?qū)崟r動態(tài)顯示人體心率、舒張壓和收縮壓等數(shù)據(jù),能隨時監(jiān)測血壓變化并評估人體健康狀況.為疾病預警、大病診治、健康生活、體育鍛煉等提供科學、準確的血壓參考,實現(xiàn)對高血壓高危人群的血壓實時監(jiān)測.
血壓監(jiān)測儀的原理如圖1所示,微控制器采用STM 32,硬件包括數(shù)據(jù)采集、電源、氣動驅(qū)動、按鍵、存儲、報警等電路,實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、語音播報、LCD顯示等功能.
圖1 血壓監(jiān)測儀原理
模塊通過壓力傳感器對袖帶中的震蕩波進行測量,得到動脈血壓值.模塊采用串口通信,數(shù)字輸出,便于二次開發(fā),如圖2所示.
電源電路采用兩個AMS1117-3.3 V穩(wěn)壓芯片,將外部輸入的6 V電壓穩(wěn)壓到3.3 V.配置四個電容對電源濾波使電壓穩(wěn)定.通過兩個上拉電阻接入兩個LED,作為指示燈,如圖3所示.
將STM 32的3個GPIO端口引出,連接到3個按鍵,構(gòu)成了按鍵電路,如圖4所示.3個按鍵實現(xiàn)開關(guān)、設置和記憶等功能,其中開關(guān)按鍵控制系統(tǒng)電路通斷,設置按鍵設置單位和開關(guān)聲音,記憶按鍵控制EEPROM數(shù)據(jù)的存儲和顯示.
圖2 數(shù)據(jù)采集模塊
圖3 電源電路
圖4 按鍵電路
將STM 32的兩個引腳與EEPROM的時鐘線和數(shù)據(jù)線相連構(gòu)成存儲電路.電路采用濾波電容穩(wěn)定芯片電壓.通過記憶按鍵實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲,如圖5所示.
圖5 存儲電路
采用Keil編寫STM 32軟件程序,編程語言采用C語言,程序燒錄器采用ST-Link.微信小程序基于微信web開發(fā)者工具,編程語言為JavaScript、WXML和WXSS.
利用AT指令集向血壓模塊發(fā)送加壓、測量等指令.利用switch語句,將接收到的數(shù)據(jù)以自定義的格式進行封裝,再通過藍牙發(fā)送數(shù)據(jù).將血壓數(shù)據(jù)存儲到EEPROM上,利用記憶按鍵,存儲顯示歷史血壓測試數(shù)據(jù).
通過Keil編程環(huán)境中的Key_Read()按鍵檢測函數(shù),讀取鍵值.程序中調(diào)用了HAL_GPIO_ReadPin()函數(shù)接口.設置3個if條件語句,循環(huán)檢測是否有按鍵按下.利用key_num變量標記鍵值:按下啟動按鍵標記key_num為1;按下記錄查詢按鍵標記key_num為2;按下設置按鍵標記key_num為3.key_num的值可作為按鍵檢測函數(shù)的返回值.在Control()血壓計中心控制函數(shù)中,通過switch-case語句,針對不同的key_num值,做出不同的控制操作.
在軟件中的menu.c中,調(diào)用LCD_DrawLine()畫線函數(shù),先選取一個合適的相對坐標系,通過偏移量,將數(shù)據(jù)顯示在合理的位置.液晶屏幕上可以顯示血壓的相關(guān)數(shù)據(jù)、聲音圖標、記錄的數(shù)據(jù)編號、狀態(tài)標志消息和藍牙狀態(tài)標志.
采用基于Bluetooth Specification V4.0 BLE藍牙協(xié)議的HC-08藍牙串口通信模塊.通過與HC-08藍牙匹配建立連接.在微信小程序中利用API函數(shù),對微信藍牙模塊進行初始化.
調(diào)用云開發(fā)API函數(shù),將血壓的監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲到云平臺,用戶可進行數(shù)據(jù)存儲和歷史記錄查詢.
將血壓監(jiān)測儀袖帶綁在手臂上,按下開關(guān)按鍵,氣泵開始工作,對袖帶進行充氣,等待氣壓到達設定值后,加壓結(jié)束,氣泵停止工作,開始測量并得到心率、舒張壓和收縮壓,在液晶屏上進行顯示.同時通過HC-08藍牙模塊,將測量數(shù)據(jù)發(fā)送到手機微信小程序中進行顯示和存儲.數(shù)據(jù)存儲在云平臺上,可進行歷史記錄查詢等,如圖6所示.
圖6 微信小程序
基于嵌入式STM 32芯片和HC-08藍牙模塊,設計并實現(xiàn)了一種動態(tài)血壓監(jiān)測儀.通過手機上的微信小程序界面直觀、準確地監(jiān)測血壓變化.實現(xiàn)了對高血壓人群血壓的動態(tài)、實時監(jiān)測,保護人們身體健康.