社會節奏的加快導致人們照顧小孩(尤其是嬰幼兒)、老人的時間和精力都大為減少，而嬰幼兒患肺炎等一系列疾病都會在其體溫、呼吸頻率等指標上得以反映(醫學表明肺炎患者的呼吸頻率明顯異常)，老年疾病則體現在血壓等指標上。

　　另外，現代社會的人對鍛煉身體的重視程度不斷提高，越來越多的人加入到了運動的行列，而如何衡量自己鍛煉的質量以及鍛煉后的身體狀況，這卻需要運動愛好者有自我保健意識，比如了解自己在訓練完畢一定時間后，脈搏、呼吸頻率等體能指標是否已恢復到正常狀態(正常情況下，運動結束后，在規定的數分鐘內，心率和呼吸頻率等都應逐步恢復)。

　　上述兩方面的需求告訴我們，有必要設計一些簡單方便的醫療電子系統來輔助人們照顧嬰幼兒、老年人等群體，用于監管這些弱勢群體的健康狀況，測量嬰幼兒的體溫及呼吸頻率，測量老年人的血壓;同時也用于輔助測量脈搏等與運動相關的體能指標，供運動愛好者監管自己運動后的身體狀態。

　　但是，目前市場上類似的醫療電子產品多為單一功能系統，限制了應用范圍，而隨著 “系統集成化”的發展趨勢一步步推進，只能實現上述單一功能的單一系統將逐步被淘汰，設計出能實現綜合功能的系統則是大勢所趨。

　　本文基于北京時代民芯科技有限公司自主研發的MXT8051單片機，充分利用其內部資源，同時合理選擇外圍器件，給出了集血壓測量、體溫測量、呼吸頻率測量、脈搏測量等多個功能為一體的便攜式體檢計的設計方案，并試圖追求低功耗、高精度、高速度等特色，對產品的最終實現有一定的參考價值。

　　系統總體設計

　　MXT8051簡介

　　MXT8051是北京時代民芯科技有限公司自主研發的以高速單指令周期8051為核的SoC，集成了豐富的數模外設，諸如數字部分的上電復位、脈沖寬度調制(PWM)、串口(UART)、看門狗(WDT)、實時時鐘、內部振蕩器和外部時鐘可選等模塊;模擬部分的4通道10位AD轉換器、可編程增益放大器(PGA)、運算放大器(OP)、4com*36seg LCD driver等模塊。

　　憑借著將高性能的數模外設嵌入到低功耗的MCU中，以MXT8051為核心器件來實現便攜式醫療電子設備的片上系統化相對容易很多。

　　系統組成

　　本文所給出的基于MXT8051的便攜式多功能體檢計的設計方案，正是充分利用了MXT8051所提供的豐富的片上外設資源，從而可以僅僅依靠簡單的外圍器件的配合，并通過軟件的協同工作，將血壓測量、體溫測量、呼吸頻率測量、脈搏測量等多個功能集成在一個便攜的系統上。

　　系統總體設計方案如圖1所示，整個系統由5大部分組成，MXT8051為核心處理模塊，并配備以傳感器為主的信號采集模塊，以語音芯片和LCD為主的輸出顯示模塊，電源及鍵盤等系統控制模塊以及應用擴展模塊等。

　　系統工作原理

　　由于本系統待實現的功能較多，所以在系統總體設計階段給出一個較完善的架構對后續的軟硬件設計至關重要。

　　針對血壓測量，通過MPS系列的專用血壓傳感器來感知臂膀血流壓力，同時利用MXT8051內部的PWM波來控制馬達及對袖帶的充放氣，將采集到的模擬信號送往MXT8051內部的OP、ADC做模擬前端處理，再用軟件算法做數字信號處理。

　　針對體溫測量，利用單總線傳感器DS18B20來感知體溫信號，在嚴格遵循DS18B20時序的情況下，直接將轉換后的數字信號送往MXT8051處理，利用軟件補償等算法來提高精度。

　　針對呼吸頻率測量，利用兩個熱敏電阻和兩個普通電阻構成惠斯頓電橋，一個熱敏電阻感知環境溫度，另一個熱敏電阻感知呼出氣體的溫度，這樣可以很好地消除因環境溫度不同而導致的橋路輸出變化，從而用電橋壓差信號來表征呼吸動作并輸入到MXT8051內部的OP、ADC做模擬前端處理，接著在MXT8051內部利用軟件算法處理。

　　針對脈搏測量，利用聲音傳感器將腕部脈搏音信號轉化為電信號，同樣輸入到MXT8051內部的OP、ADC做模擬前端處理來實現放大、整形、數字化等，接著在MXT8051內部利用軟件算法做進一步的信號處理來達到脈搏測量的目的。

　　針對測量結果的輸出顯示，有兩部分設計功能，一是將測量值送往LCD顯示，二是利用語音模塊告知用戶測量結果正常與否。

　　硬件設計

　　為達到充分利用MXT8051片上資源的目的，本文綜合權衡了各種方案，并合理地選擇外圍器件，力圖用最簡單的外圍電路來保證功能設計。整個系統的硬件框圖如圖2所示，后續將分別詳細介紹各個模塊的設計。

　　血壓測量模塊設計

　　對于血壓信號的感知，可采用Metrodyne Microsystem公司的MPS-2108傳感器。它在血壓計、數字壓力計及醫療設備領域的廣泛應用已表明其可以勝任本文所要設計的功能。MPS-2108傳感器和MXT8051的接口原理圖如圖3所示。