血压计的原理

目錄：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　


一.                前提  P. 2

二、血壓原理及症狀  P.4

＠什麼叫做血壓？ P.4

＠高血壓的症狀 P.4

三、比較傳統血壓計與電子式血壓計的測量方法  P.4

＠傳統血壓計的測量方法 P.4

＠電子式血壓計的測量方法 P.5

四、成品介紹  P.6

＠系統功能與特色 P.6

＠電路相關知識和原理 P.6

＠系統方塊圖 P.8

＠系統方塊圖動作說明 P.9

＠電路圖 P.11                                                              

＠程式流程圖 P.12

五、製作過程及心得  P.26

六、參考資料  P.27





一.前提

    西元2000年初，行政院制訂了一項重要的法規，那就是“病歷是屬於病患所有，非醫院
所屬”，這項新法規，使得個人病歷資料能夠快速的在醫院間傳送，免除許多轉診及會診所
帶來的不便。


        而在這項法令發佈以後，從前書面的病歷資料都將改成數位化的電子媒體來儲存，
包括各項動態或靜態的生理信號資料，這也使得數位資料的取得成為一個問題。



        為了取得數位資料，一些醫院都會雇用專門人員來從事轉換的工作，使得大家懷疑
電子化的病歷系統是否能夠帶來真正的便利性，因此，在醫療資訊研究室裡，我們藉著這次
的PIC盃單晶片大賽，以及醫院資料庫方面的專長，試著發展出這一套新產品。



        藉著這套系統，能夠輕易的將量測者的精確血壓波形，輸入至後端Sever中做儲
存，而這些血壓波形及數據的直接取得，都可輕易的由醫生來進行 *** 作，不需他人幫忙，甚
至，我們發展出這套無線傳輸血壓計，使得在一定的範圍內都可以進行量測，只需按下一個
鍵，電子病歷就可輕鬆的存入資料庫中，方便性不在話下。



        根據調查，醫院中最常進行的量測工作就是血壓量測，而最不準確的也是血壓的量
測，這就是為何我們從血壓的量測著手，希望克服各種難題，製作出一個以 MiCcroChip
16F877為核心的無線傳輸血壓計。








血壓對人的影響

長期病程中，過高的血壓機械性地損傷動脈血管內膜，通透性增加，血膽固醇沉積於血管
壁，引起心、腦、腎動脈發生動脈粥樣硬化。最終形成冠心病、腦動脈硬化、中風、腎固縮
功能衰竭。有學者統計指出有45.4%的高血壓病人死於心血管病，腦中風比正常人高八倍。



血壓的重要性

最近美國加州Novato的Buck老化研究中心就發表了一個歷經28年的資料收集，6500人的大型
研究成果，他們宣稱四項與健康長壽最重要的指標分別是：

（１）體重不過重

（２）不吸煙

（３）正常的血壓

（４）正常的血糖

由於物質生活的富裕，現代人罹患文明病的機會大幅提升，當四十歲以上的成年人，其高血
壓罹患率已高達五分之一。

相對於傳統量測血壓時不僅儀器攜帶不便而且量測時亦需要專門的技術所以，我們想到用數
位電子的方式，讓受測者能方便的攜帶且容易 *** 作量測血壓值。與市售血壓計最大的不同
點，在於我們設計的電子式血壓計除了能夠在LCD上顯示外，也可以經由無線即時的傳輸方
式，將資料透過RS232介面傳輸，將血壓變化的情況在個人電腦的顯示器中呈現且將資料儲
存，以供長期監測及生理分析用。

在下面的敘述，我們將根據血壓的原理及症狀、傳統和電子式血壓計的比較、成品的功能及
特色、硬體電路及原理及軟體流程控制等作深入的介紹。

二、血壓原理及症狀

＠什麼叫做血壓？

血壓，是血液流經血管壁時的壓力。由心臟出來的血液，需要有推力，才能繞行身體一周，
心臟就是藉著不停的收縮、放鬆，將血液推送前進。

血壓有二種表現法
（１）收縮壓：收縮壓又叫心縮壓，是當心臟收縮把血液打到血管所測得的血壓。

（２）舒張壓：舒張壓又叫心舒壓，是心臟在不收縮所得的壓力。

根據世界衛生組織定義：

（１）收縮壓超過140毫米汞柱

（２）舒張壓超過90毫米汞柱

符合此兩個條件，就稱為高血壓。

＠高血壓的症狀

大部份高血壓的病人，不一定有什麼特別的症狀，因此定期檢查血壓十分的重要。



三、比較傳統血壓計與電子式血壓計的測量方法

＠傳統血壓計的測量方法

１．自備血壓計，聽診器。

２．採平躺或坐姿，將手臂置於有支托的位置，露出上臂。

３．血壓計的零點與心臟在同一水平線上，壓脈帶纏於上臂距肘關節上1吋處（約2.5公
分）。

４．以食指，中指觸診肱動脈之脈動處（在肘關節內面之內側）。

５．將聽診器的膜面置於肱動脈處，關緊血壓計之充氣囊，並擠壓之，將空氣打入氣囊，此
時血壓計之水銀柱會緩慢上升，約打到180mmHg左右。

６．再慢慢放氣（每秒約下降2mmHg之速度），一面注視血壓計上的讀數一面傾聽聲音，第
一聲噗通聲為收縮壓，最後一聲消失音為舒張壓。

７．測量完之後記錄日期、時間及血壓值，如有懷疑可再重測一次以證實無誤。



資料來源：台北榮民總醫院測量血壓法
（http://www.vghtpe.gov.tw/pat/nurs/nurste02.htm）



＠電子式血壓計的測量方法

１．自備電子式血壓計。

２．採平躺或坐姿，將手臂置於有支托的位置（這樣會比較準確），不需要捲袖

子。

３．血壓計的零點與心臟在同一水平線上（這樣子會比較準確）。

４．按鍵後等待LCD顯示即可。



由以上的比較，我們可以知道電子式血壓計的方便性，它只需一台儀器，不像傳統式血壓計
尚需其它相對較重且體積大的配備。

另外，一般人在量測血壓時，希望量測動作愈簡單愈好，最好可以克服技術上的問題，而電
子式的血壓計做到了，它亦只需要一個按鍵的動作即可量測血壓，有別於傳統血壓繁雜且需
要技術的動作，所以它對大眾的適用性較高。

最後我們再來看量測的時間，以我們所做的電子式血壓計測量時間大約只需要30秒左右（正
常情形下量測），所以它在量測時間也是符合省時的需要，對於一般忙錄生活的人也都非常
的適合。




四、成品介紹

＠系統功能與特色

我們製作的數位電子血壓計，它的特色分述如下：



1.      精確的血壓波形資料傳送至PC端資料庫，給予醫生更正確的會診資料。



2.      個人血壓資料數位化，方便未來電子病歷的發展。



3.      無線 *** 作提升便利性。



4.      特殊防震程式設計，避免人為或天然的外力，增加正確性。



5.      遇到特殊錯誤量測情況 (Ex：血壓計未綁好)，會在LCD及PC端顯示發生錯誤之可能
原因，供使用者及醫師參考。



6.      腕上型血壓計較臂型血壓計更方便、快速。



7.      可隨身攜帶，適用於辦公室或交通路途中。



8.      測量時間短，正常情況下約30秒。



9. 由於16f877內嵌式A/D converter及USART傳送機制，因此不需加掛其他周   邊，更省
電，更有效率。






＠電路相關知識和原理

何謂血壓？

我們可以知道若是一條河流原本是暢通無阻的，但若強行將它塞住，則當壓力過大的時候，
水壓的力量將足以衝破這些阻力，以維持流動。血壓的概念就是血液流經血管壁時的壓力。
由心臟出來的血液，需要有推力，才能繞行身體一周，心臟就是藉著不停的收縮、放鬆，將
血液推送前進。



如何將血壓轉換成電壓？

知道了血壓計的原理之後，我們選購壓力感測器，主要的目的是想要將血壓這個物理量轉換
成電壓的訊號，它的工作原理是透過pump的充氣、漏氣來調整氣體的壓力。因為壓力讓壓力
感測器內部的材料發生形變，在經過惠司同電橋後反應出相對的電壓差，反過來我們也可以
從其電壓的變化知道當時的壓力。



什麼是我們要的訊號？

當我們腕帶的壓力等於血壓時，血液開始可以流通而產生所謂的cuff聲，這時候也就是收縮
壓，我們必須開始從這裡做紀錄，直到最後當cuff聲沒有的時候，此點即為舒張壓。



如何取得收縮壓與舒張壓的訊號？

當壓力感測器經由我們線性充放氣的控制時會有直流的電壓變化，我們若將壓力感測器得來
的訊號做一定比例的放大，可發現壓力在收縮壓與舒張壓之間的時候，我們可以由示波器上
看到會另有交流的訊號。此時我們將訊號分為二處其一經高通濾波器，所以當收縮壓與舒張
壓發生的時候，相對交流訊號也發生，那麼相對應另一經由低通濾波器的訊號（也就是當時
的壓力），這樣就可以得知此人的收縮壓及舒張壓了。



如何將訊號表達？

我們將獲得的血壓訊號經由A/D Converter的轉換，再將其轉換後的資料顯示在LCD及
monitor上。


＠系統方塊圖





人　體

訊號源

pump

壓力

感測器

LCD

輸出

系統晶片

PIC 16F877



儀錶放大器

高通濾波器 (0.8Hz)

非反相放大器(150~200倍)

低通濾波器(38Hz)

史密特觸發器

RS-232介面

無線發射器

RS232介面１

VB

應用程式

臨床

資料庫

顯示器

無線接收器

AD0



AD1

CCP1

TX

START




◎系統方塊圖動作說明：



1.      人體血壓訊號經由壓力感測器及儀表放大後進入系統，所得波形如下圖。

2.      此訊號在經過0.8Hz二階高通濾波後，去除DC準位值，避免在血管脈動訊號放大
時，放大器進入飽和區，所得波形如下圖。

3.      訊號經過150~200倍非反向放大，成為血壓脈動波形，在經過38Hz 二階低通濾波
後，去除電源及皮膚與臂帶摩擦的高頻雜訊，並將此訊號維持在0~5Volt之間，以供
PIC16F877擷取，所得波形如下圖。

4.      將得到之血壓脈動波形配合LM311脈波成形電路輸入pic16f877  RB2的CCP1進行A/D
觸發工作



5.      訊號經由A/D進入PIC16F877 中(以VCC/2做為DC準位值；血壓波形則是使用A/D兩個
channel做另外的資料轉換)



6.      訊號在PIC16F877內做訊號處理，及自動控制(控制pump開關及閉氣閥動作)。







7.      放大器所產生的震盪血壓如下圖，先找出最大振幅值Amax，在往前找0.5Amax的值
即為收縮壓，往後找0.8Amax的值為舒張壓，將上述兩點與DC電壓做對照，在DC電壓值所對
應之伏特數經過換算，則為收縮壓及舒張壓的值，如下圖所示。




8.      運算出來之數據先經由非同步USART及無線傳輸機制傳送至PC端。



9.      PC端做即時單向接收，並且在VB上show出波形圖，此資料儲存至虛擬的醫院資料庫
中。



10.  在所有訊號擷取及運算完畢後，將收縮壓與舒張壓顯示在LCD monitor 上。

＠電路圖

＠程式流程圖

NO

YES

START

1.      PIC16F877的暫存器、中斷、變數、週邊及輸出入埠的初始化

2.      LCD的初始化

是否按下RB0鍵？

NO

對小型幫浦充氣、關掉止氣閥，並偵測血壓DC值是否大於4伏特？

是否大於4伏特？

NO

YES

偵測血壓AC值是否介於1.57伏特和4.9伏特之間。超過4.9伏特可能是震動所引起的，而小於
1.57伏特代表加壓不足，需再加壓



介於1.57和4.9伏特之間？

加壓或忽略此值

YES

利用CCP1的觸發來擷取A/D Channel1的血壓交流訊號，並儲存在暫存器內

將血壓值即時顯示在LCD上(每秒約1~2次)和monitor上(每秒約30個點，並儲存在硬碟內。

開始放氣，並記錄相關資料，放氣完畢後，計算出收縮壓和舒張壓

將受測者的收縮壓、舒張壓和脈搏數顯示在LCD和monitor上

END