【应用】RL78/L1A配合蓝牙低功耗微控制器RL78/G1D在智能血压计上的应用

本文介绍了低功耗LCD微控制器RL78/L1A 配合蓝牙低功耗（BLE）微控制器RL78/G1D 在智能血压计上的应用（用于Android），RL78/L1A 通过串口通信控制RL78/G1D的BLE协议程序。

血压是反映心血管系统状态的重要生理参数，合适的血压是维持人体正常新陈代谢的必要条件。随着生活水平的提高，人们也更加注重自身的健康问题，而不健康的生活方式与不科学的饮食习惯，导致人类疾病越来越多的出现。高血压已逐渐上升到人类疾病危害排行榜的前列，长期危害着人体健康，让饱受高血压折磨的患者痛不欲生。有效、便捷地测量血压，可使人们及时了解身体状况，及早进行防治与治疗，从而有效地预防和治疗高血压。电子血压计具有低成本、小型化、自动化等优点，便于携带而且易于操作，逐渐成为家庭必备的保健用品。

随着智能手机和移动互联技术的发展，智能电子血压计能够实现测量数据的无线传输，记录各血压参数值等优势，越来越受到人们的青睐。本篇用户手册介绍的智能电子血压计在普通电子血压计上集成了蓝牙模块，利用蓝牙实现无线传输功能。为了实现本次应用，需分别烧写BLE 程序及应用程序到RL78/G1D 模块和RL78/L1A，并安装相应APP到Android 智能手机，通过BLE 功能实现手机和智能血压计的通信。智能手机接收来自血压计的收缩压、扩张压及脉搏数据，显示并存储数据。本应用中的智能血压计演示板由主控单片机RL78/L1A、RL78/G1D 模块和外围电路（LCD 显示、血压测量电路、气压控制电路等）组成，其中RL78/G1D 模块来自于RL78/G1D 评价板（RTK0EN0001D01001BZ）。

图1  智能血压计系统

图2  智能血压计系统演示板

血压测量原理介绍

无损血压测量一般基于柯氏法和示波法，但是柯氏法存在一些固有的缺点，所以目前电子血压计大多采用示波法测量。示波法的测量过程中，采用充气袖套来阻断上臂动脉血流。由于心搏的血液动力学作用，在充气袖套压力上会重叠与心搏同步的压力波动，即脉搏波。当袖套压力远高于收缩压时，脉搏波消失。随着袖套压力下降，脉搏波开始出现。当袖套压力从高于收缩压到收缩压以下时，脉搏波会突然增大。当压力下降到平均压时脉搏波达到最大值。然后又随着袖套压力下降而衰减。示波法血压测量就是根据脉搏波振幅与袖套压力之间的关系来估算血压的。与脉搏波振幅最大值对应的是平均压，收缩压和舒张压分别由脉搏波最大振幅的比例来确定。血压测量原理框图如3所示。Pm 为平均压，Ps 为收缩压，Pd 为舒张压。Um 为脉搏波最大幅值，Ks和Kd 为收缩压和舒张压对应的脉搏波幅值与平均压对应的脉搏波幅值的比值系数。Ks 和Kd 由血压计生产厂家根据经验值选取。

图3  血压测量原理图

设备连接

安卓手机安装本应用的智能血压计APP。启动后进入扫描阶段，扫描周围名称为“RENESAS Blood Pressure”的设备，发现后可点击连接设备。

图4   智能血压计APP 连接界面

血压测量

按下智能血压计的“Start/Stop”按键或者智能血压计APP 的“Start measurement”键（测量过程中按下无效），智能血压计开始自动测量过程。首先对充气袖套加压，加压过程中关闭快速放气电磁阀，PWM 控制气泵对袖套加压。压力达到设定值后（本应用为160mmHg）停止加压，开始线性放气过程。在线性放气过程中，智能血压计进行数据采集和运算处理，运算完成后，在LCD 上循环显示收缩压，舒张压，脉搏数据。同时，智能血压计APP 也显示相同的数据。在测量过程中，如果想终止测量，按下“Start/Stop”按键，快速放气电磁阀打开，释放掉袖套中的空气。血压测量完成后，收缩压测量结果的LCD 显示如5所示。LED0（红色）点亮，代表收缩压显示。

图5  智能血压计APP 连接界面

舒张压测量结果的LCD 显示如图6所示，LED1（黄色）点亮，代表舒张压显示：

图6 血压计测量结果（舒张压）

脉搏测量结果的LCD 显示如图7所示。LED2（蓝色）点亮，代表脉搏显示：

图7 血压计测量结果（脉搏）

血压计测量结果在智能血压计APP 上的显示如8所示：

图8  血压计测量结果的APP 显示

按下智能血压计APP 的“History”按键，显示历史测量记录如图9所示：

图9 智能血压计APP 的历史测量记录

智能血压计演示板介绍

智能血压计演示板正面如图10所示：

图10   智能血压计演示板正面

智能血压计演示板背面如图11所示：

图11 智能血压计演示板背面

硬件结构框图

智能血压计演示板的硬件结构框图如图12所示：

图12 智能血压计硬件结构框图

主控MCU

智能血压计使用RL78/L1A（R5F11MMF）作为主控MCU。RL78/L1A 的Flash ROM大小为96KB，RAM大小为5.5KB。

图13    RL78/L1A 主控电路

BLE MCU

智能血压计使用RL78/G1D 模块（RTK0EN0002C01001BZ）作为BLE MCU，它是RL78/G1D 评价板（RTK0EN0001C01001BZ）的子板，RL78/G1D 模块如图14所示：

图14 RL78/G1D 模块

RL78/G1D 评价板（RTK0EN0001C01001BZ）如图15所示：

图15 RL78/G1D 评价板

本文中RL78/L1A 通过串口UART 控制RL78/G1D 模块（RTK0EN0002C01001BZ）以实现BLE 功能，RL78/G1D 模块接口电路如图16所示：

图16 RL78/G1D 模块接口电路

电源电路

电源部分采用4 节AAA 干电池供电和DC 6V 电源输入供电2 种方式。拨动开关SW2 接通后，智能血压计上电，+6V 电压经稳压芯片XC6206-3.3V 得到稳定3.3V 供给MCU 和其他外围设备，同时电池电压通过A/D 端口完成采样。+6V 电压直接给充气泵和电磁阀供电。电源电路如图17所示：

图17  电源电路

压力检测电路

本应用使用的压力传感器是Honeywell 公司的ABPDANN005PG2A3 压力传感器。该压力传感器有12-bit的I2C 数字输出，具有高精度和良好的线性度。压力测量范围为0~5 psi，对应的血压值约为0~258mmHg，和血压计的设计要求匹配。压力检测电路如图18所示:

图18   压力检测电路

气泵和电磁阀控制电路

气泵和电磁阀控制电路采用NPN 型三极管DTC114 和P 沟道MOSFET(IRLML6402)构成，DTC114 和IRLML6402 具有1MHz 以上的开关速度，适用于高速PWM控制。气泵使用MITSUMI 公司的MAP-AM-265，额定电压为6V，最高压力能达到400mmHg。电磁阀选用Yujin Electronic 公司的KSV05B，6V 供电，压力从300mmHg 降低到15mmHg 仅需要3 秒。

图19    气泵和电磁阀控制电路