采用Flexis QE128微控制器实现血压计的设计与应用

产品设计、开发人员经常被要求设计一系列产品，以覆盖低成本的低端产品和高成本的高端产品。对设计团队来说，一旦硬件出现问题，他们就会遇到麻烦，因为通常这个系列每种产品的硬件板卡都必须进行修改。此外，软件同样也是难题。为每个产品的软件进行维护，费用高而且工作量巨大。本文使用Flexis QE128微控制器进行高端血压计设计，可以在硬件和软件上获得很多方便。血压计模块图如图1所示。

图1 血压计模块图

低端血压计可以使用相同的硬件设计和印刷电路板，但是不必组装该系统未使用的区域。例如，低端应用可能不具备通讯的功能，因此该设计的物料清单可能就不包括与通信相关的硬件。使用Flexis 系列MCU，硬件开发人员能够只开发一个硬件平台而用于多个项目，并将需要较高集成度的部件放在单独的物料清单中。在布局印刷电路板时，不同模块分布在不同区域有单独的布局和走线，实现模块化设计。每个模块代表一种独立的功能，创建新设计时只需添加模块即可。这种方法就是硬件构建模块法。图1为高端血压计样品的结构图。

软件架构

整个平台的软件被开发为无阻塞模式。因此，MCU 不需要操作系统就能够执行几种任务。每个模块都是一个独立的状态机（当MCU 运行到该代码时会自动更新），或基于中断的进程。采用这种格式编写的代码，支持MCU 总是能够返回主环路，甚至在一个任务正常停止工作后还能继续操作。图2描述了该软件的工作原理。

图2 血压计软件流

当程序添加新模块时，代码中要插入初始化代码，并且在主循环中简单调用子程序就能使该模块的代码保持运行。

血压计应用

使用Flexis系列器件给设计/开发人员带来了灵活性。下面的应用都构建在相同的软硬件平台上。

心跳检测

将手臂上血压臂带里的空气慢慢放走，您能够看到臂带中压力细微的变化，如图3所示。 实际上，这种臂带中细小的压力变化是由血液循环产生的压变而产生的。该变化的偏移量通过一个1Hz的高通滤波器时被放大。这个新信号就是心跳信号。

图3 心跳信号l

图4中，信号显示了压力信号的变化，同时以图形方式表示了病人心跳随时间变化而发生的变化。

图4 心跳随时间变化

使用HCS08 进行收缩压和舒张压的测量

使用前面所述的心跳检测，可以通过简单的示波极谱法确定收缩压（SBP) 和舒张压（DBP）。这种简单的测量法基于下列概念：当臂带充气到收缩压时，心跳信号的振幅会发生变化。当臂带缓慢放气，臂带使心跳信号通过时，心跳信号的振幅会增加。当臂带压力进一步减少时，有节律跳动的振幅会继续增加，直到达到最大脉冲——平均动脉压（MAP）为止。然后它才会快速下降，直到达到舒张压，如图5所示。

图5 心跳和舒张压对比

使用Coldfire V1 进行收缩压舒张压测量

如果使用简单的示波极谱法，病人手臂上臂带所充气体的气压必须高于病人的收缩压。而问题在于系统不清楚病人的收缩压是多少，因此它会过量地向臂带充气，以确保发现收缩压。但这样做病人就会感到不舒服。使用Coldfire V1，系统则能够采用反向示波极谱法。通过该方法，32位内核能够将臂带充气时电机附带的系统噪音过滤掉。