黃 峰，錢 安，陳 林

(1.湖南工程學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院，湘潭 411104; 2.湖南康驗(yàn)醫(yī)療科技有限公司，長(zhǎng)沙 410011)

我國(guó)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(huì)引起心、腦、腎的損害，長(zhǎng)期得不到控制容易患上冠心病、腦中風(fēng)等疾病.

血壓監(jiān)測(cè)儀主要包括電源、氣泵、數(shù)據(jù)處理、顯示等模塊.文獻(xiàn)[1]提出了一種基于MCS1210的便攜式數(shù)字血壓監(jiān)測(cè)儀設(shè)計(jì)方案.文獻(xiàn)[2]設(shè)計(jì)了基于MSP430的防水型電子血壓監(jiān)測(cè)儀.文獻(xiàn)[3]針對(duì)傳統(tǒng)電子血壓監(jiān)測(cè)儀精度等缺點(diǎn)，以STM 32為核心設(shè)計(jì)了基于示波法的電子血壓監(jiān)測(cè)儀.

高血壓敏感人群一般是中老年，傳統(tǒng)血壓監(jiān)測(cè)儀不僅速度慢、示值不準(zhǔn)，而且攜帶不便.文獻(xiàn)[4]設(shè)計(jì)了基于手機(jī)APP的智能血壓監(jiān)測(cè)儀，但APP軟件必須依賴手機(jī)系統(tǒng)平臺(tái).

本文以STM 32為核心，通過可跨平臺(tái)的微信小程序?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)顯示人體心率、舒張壓和收縮壓等數(shù)據(jù)，能隨時(shí)監(jiān)測(cè)血壓變化并評(píng)估人體健康狀況.為疾病預(yù)警、大病診治、健康生活、體育鍛煉等提供科學(xué)、準(zhǔn)確的血壓參考，實(shí)現(xiàn)對(duì)高血壓高危人群的血壓實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè).

1 硬件設(shè)計(jì)

血壓監(jiān)測(cè)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(dòng)驅(qū)動(dòng)、按鍵、存儲(chǔ)、報(bào)警等電路，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、語音播報(bào)、LCD顯示等功能.

圖1 血壓監(jiān)測(cè)儀原理

1.1 數(shù)據(jù)采集模塊

模塊通過壓力傳感器對(duì)袖帶中的震蕩波進(jìn)行測(cè)量，得到動(dòng)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.

1.2 電源電路

電源電路采用兩個(gè)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(gè)電容對(duì)電源濾波使電壓穩(wěn)定.通過兩個(gè)上拉電阻接入兩個(gè)LED，作為指示燈，如圖3所示.

1.3 按鍵電路

將STM 32的3個(gè)GPIO端口引出，連接到3個(gè)按鍵，構(gòu)成了按鍵電路，如圖4所示.3個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)開關(guān)、設(shè)置和記憶等功能，其中開關(guān)按鍵控制系統(tǒng)電路通斷，設(shè)置按鍵設(shè)置單位和開關(guān)聲音，記憶按鍵控制EEPROM數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)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

1.4 存儲(chǔ)電路

將STM 32的兩個(gè)引腳與EEPROM的時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線相連構(gòu)成存儲(chǔ)電路.電路采用濾波電容穩(wěn)定芯片電壓.通過記憶按鍵實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，如圖5所示.

圖5 存儲(chǔ)電路

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

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.

2.1 血壓模塊軟件

利用AT指令集向血壓模塊發(fā)送加壓、測(cè)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(jìn)行封裝，再通過藍(lán)牙發(fā)送數(shù)據(jù).將血壓數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到EEPROM上，利用記憶按鍵，存儲(chǔ)顯示歷史血壓測(cè)試數(shù)據(jù).

2.2 按鍵檢測(cè)

通過Keil編程環(huán)境中的Key_Read()按鍵檢測(cè)函數(shù)，讀取鍵值.程序中調(diào)用了HAL_GPIO_ReadPin()函數(shù)接口.設(shè)置3個(gè)if條件語句，循環(huán)檢測(cè)是否有按鍵按下.利用key_num變量標(biāo)記鍵值：按下啟動(dòng)按鍵標(biāo)記key_num為1；按下記錄查詢按鍵標(biāo)記key_num為2；按下設(shè)置按鍵標(biāo)記key_num為3.key_num的值可作為按鍵檢測(cè)函數(shù)的返回值.在Control()血壓計(jì)中心控制函數(shù)中，通過switch-case語句，針對(duì)不同的key_num值，做出不同的控制操作.

2.3 液晶屏顯示

在軟件中的menu.c中，調(diào)用LCD_DrawLine()畫線函數(shù)，先選取一個(gè)合適的相對(duì)坐標(biāo)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(biāo)、記錄的數(shù)據(jù)編號(hào)、狀態(tài)標(biāo)志消息和藍(lán)牙狀態(tài)標(biāo)志.

2.4 微信小程序

采用基于Bluetooth Specification V4.0 BLE藍(lán)牙協(xié)議的HC-08藍(lán)牙串口通信模塊.通過與HC-08藍(lán)牙匹配建立連接.在微信小程序中利用API函數(shù)，對(duì)微信藍(lán)牙模塊進(jìn)行初始化.

2.5 云存儲(chǔ)

調(diào)用云開發(fā)API函數(shù)，將血壓的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到云平臺(tái)，用戶可進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和歷史記錄查詢.

3 系統(tǒng)測(cè)試

將血壓監(jiān)測(cè)儀袖帶綁在手臂上，按下開關(guān)按鍵，氣泵開始工作，對(duì)袖帶進(jìn)行充氣，等待氣壓到達(dá)設(shè)定值后，加壓結(jié)束，氣泵停止工作，開始測(cè)量并得到心率、舒張壓和收縮壓，在液晶屏上進(jìn)行顯示.同時(shí)通過HC-08藍(lán)牙模塊，將測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)送到手機(jī)微信小程序中進(jìn)行顯示和存儲(chǔ).數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云平臺(tái)上，可進(jìn)行歷史記錄查詢等，如圖6所示.

圖6 微信小程序

4 結(jié)論

基于嵌入式STM 32芯片和HC-08藍(lán)牙模塊，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種動(dòng)態(tài)血壓監(jiān)測(cè)儀.通過手機(jī)上的微信小程序界面直觀、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)血壓變化.實(shí)現(xiàn)了對(duì)高血壓人群血壓的動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保護(hù)人們身體健康.