基于脉搏波传导时间的血压测量系统设计

摘要：本文设计了一个基于脉搏波传导时间的分离便携式血压测量系统，系统将脉搏波数据采集和数据处理相互分开，并利用蓝牙无线连接，测量血压时只需要佩戴体积较小的数据采集部分，极大地改善了系统便携性。另外，系统选用数字信号处理专用的DSP芯片进行数据处理和低功耗STM32芯片进行数据采集，在保证血压测量系统实时性和血压计算精度的同时降低了系统功耗。

关键词：脉搏波传导时间 血压测量 STM32&DSP

中图分类号：TP371.76 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）10-0159-01

血压是人体非常重要的一个生理参数，反映了人体心脏与血管的健康状况，临床上常作为疾病诊断与治疗效果评估的判断依据之一[1]。若能对血压实时测量，就可以实现对自身健康状况的实时监测[2]。然而，目前的血压测量系统由于计算精度较低或体积较大携带不便，对血压实时监测效果较差。因此，本文利用STM32芯片和DSP芯片的双核运算系统，联合无线蓝牙设计了一个基于脉搏波传导时间的分离便携式血压测量系统，在保证系统测量精度的同时，极大改善了系统的便携性，方便对血压的实时测量。

1 基于脉搏波的连续血压测量血压原理

早在1878年Moens和Korteweg[3]等就通过实验发现，对同一个体当血压升高时，脉搏波传导时间变短，反之延长，因此可以通过测量脉搏波传导时间间接获得血压值。具体关系可简化为：

式中：P檠压；TPTT为脉搏波传导时间；a，b为模型参数，反映了不同生理状况下血压的变化。

脉搏波传导时间TPTT可以通过测量动脉树上两点脉搏波信号到达求时间差ΔT获得[4]，如图1所示。

2 血压测量系统硬件设计

基于脉搏波传导时间测量血压的本质是利用脉搏波传导时间与血压值之间相关性，通过测量脉搏波传导时间，间接计算出血压值。因此对脉搏波信号的采集频率（最小采样时间间隔）将直接影响血压值的计算精度。系统采样频率越高，系统精度越高，但采样频率越高，数据量越多，处理数据时间就越长。本文为了提高采样频率，改善系统精度的同时又不增加系统运行时间，本次设计的血压测量系统采用了STM32和DSP组成的双核处理器结构，将数据采集和数据处理分别交由不同芯片完成，分散系统工作量，在提高脉搏波信号采样频率的同时保证系统实时性。中央处理器选用选用TI公司C55x系列的高速DSP芯片TMS320C5535，用于完成数据处理工作；协处理器选择低电压供电的低功耗STM32F103T4芯片，用于完成脉搏波信号的高速采样。另外，系统采用了分离式结构设计，将系统数据采集与数据处理两部分硬件独立，并通过蓝牙无线连接，使得在测量血压时只需佩戴体积很小的数据采集部分，极大的增强了系统的随身佩戴性，方便随身测量。系统硬件框图如图2所示。

如图2所示，血压测量系统硬件被独立两个部分，其中数据采集部分包含两路脉搏波传感器，信号调理电路，协处理器和电源模块；数据处理部分包括用户模块，LCD显示、电源模块及中央处理器。两部分相互不影响，可以充分发挥STM32高速信号采样和DSP高速数据处理的优势，提供血压测量系统性能。

系统工作时，A、B两脉搏波传感器进行高速的脉搏波信号采集，然后经系统信号调理电路，对信号进行放大和去噪处理后，由协处理STM32完成对脉搏波信号的数模转换到数字信号，然后由蓝牙模块将数据传输到中央处理器DSP芯片内，并按照公式（1）对数据进行处理计算出血压值，并输出道LCD显示屏上。

3 结语

本设计采用STM32和DSP组成的双核处理器结构，将系统中脉搏波信号采集和信号数据处理工作分散到不同处理器芯片上进行，使得系统在提高了脉搏波信号采样频率的同时又精度的同时保证了系统的实时性。另外，系统将脉搏波数据采集和数据处理两部分独立分开，利用蓝牙进行无线连接，极大地增加了系统的可携带性，便于随身测量。这使得设计的双核血压测量系统在自我健康监测和血压动态测量领域内有着较大的应用潜力和价值。

参考文献

[1]李顶立，陈裕泉等.基于小波变换的无创血压检测方法研究[J].浙江大学学报（工学版），2008，42（9）：1648-1652.

[2]徐克，周奇等.无创血压测量[J].重庆工学院学报（自然科学），2008，22（1：164-167.

[3]尹赛男.基于脉搏波传导时间的无创连续血压测量研究[D].东北大学，2012.

[4]凌振宝，张铭等.基于脉搏波传导时间的无袖带血压测量仪设计[J].电子测量与仪器学报，2012，26（12）：1080-1085.

收稿日期：2016-08-25

作者简介：袁博（1991―），男，新疆昌吉人，本科，初级工程师，主要从事电子产品的开发设计及销售。