智能远程血压计MAKE全纪录

血压过高,亦即高血压是致命的:它足以引致心脏病、中风和肾衰竭。有三分之一美国人患有高血压,而在发展中国家,因缺乏检查而成为孕妇的头号杀手。
现有的血压测试是无痛感的,但设备上有缺陷:设备易坏,很多功能不切实际,同时因为含有水银,一旦泄露就会毒害环境。同时也有人为错误因素,因为它需要依靠医生以听诊器监听病人的心跳。
于是我们就DIY一个比那好些的血压计。它是便携的,以电池供电,在电力供应不稳定的地区也能使用。它使用晶体管,所以变得坚固耐用,同时也不含水银。它能自动检测高血压,大大地降低出错机会。
以下教程是让你如何以少于50美金成本制造一个血压计,在何时何地都能测量你的血压。当然,学会此教程之后,将其改装成可以与手机通信的血压计,瞬间变身高大上的智(远)能(程)血压计也不是问题嘛

我们的DIY血压计

我们的自供电、环保、经济血压计(简称SEA-BPM,译者无责任翻译为自环经血压计)易于使用,它的膨胀式袖套包含有一个电子压敏传感器,用来测量袖套内的气压。当袖套充满气体时,它能完全阻断动脉。而袖套放气后,血液就开始在动脉流动,接着动脉壁上的血压就随着每次心跳上下起伏。
于是,这造成了袖套上的压力值产生振荡,从而被传感器所探测到,然后算出最大收缩压和最小舒张压。这就是示波测量法的原理(原理细节请看makezine.com/go/obpm,译者提醒,这是一篇英文纯技术文档,份量惊人)。我们计算收缩舒张压的算法通过C语言在一块PIC微型芯片上实现。
在世界上有些电力供应不稳定地区工作的缘故,我们的设备使用镍镉充电电池,可用手摇柄发电方式充电。当满充电时,设备能运行约50小时。我们也把娇贵的机械压力表去除,以减轻设备尺寸重量,并能稳定性能。因为它是自动工作的,读数变得更精确,免去了人为误差。一次测量读数在30秒内能够完成。

太大压力

血压值,其中一个重要体征,由心脏跳动时血液循环在血管壁上产生的压力造成。每次心跳时,它在最低值(舒张压)和最高值(收缩压)之间变化。以美国的分类来看,正常的话,你的收缩压在90-119毫米汞柱之间而舒张压在60-79毫米汞柱之间。如果两者都上升了,那你就血压过高,即高血压。
血压随年岁增长而上升,同时也受运动、压力、饮食和睡眠等因素影响。如果长时间血压过高,它能以多种形式损害身体,诸如心脏衰竭和中风等。高血压在妊娠期间发病率为5%-14%,是产妇死亡的头号原因。

下载

这里能下载程序源码

注意:这是一个实验原型,不要依靠这个设备测量的数据。要测血压,请找专业医生。

零件/工具

  • 带有成人手臂尺寸10英寸-16英寸大小尼龙袖套的血压计(Amazon #B000G35EP2)
  • 3节AA镍镉电池(Digi-Key #SY114-ND)
  • 3节AA电池盒(Digi-Key #BC3AAW-ND)
  • 产品箱,尺寸大约为6英寸x4英寸x2英寸(RadioShack #270-1806)
  • 2个一英寸旋钮(RadioShack #274-416)
  • 漆包线,20-22码,还有24码。我们建议在从DIP插座下通过的第10排跳线上使用24码导线,其他则选用20-22码。
  • 双掷切换开关(Digi-Key #450-1523-ND),电位计,线性电位器。(RadioShack #270-1806)
  • 将Wagan微型LED手电充电器/发电机(Amazon part #B00198GFAG)拆解得到手摇柄。便宜点的手柄也能使用,价格大概在2美金左右。
  • 压力传感器,5伏,7毫安,6个引脚(Mouser Electronics part #841MPX5050GP1)、微芯片PIC18F2321(Digi-Key #PIC18F2321-I/SP-ND)。在订购时,记得叫Digi-Key在PIC上预装makeprojects.com/v/29上的代码。如果你有PIC编程器,那你自己就能完成编程。它需要MPLAB和C18编译器制作,或者对16进制文件进行编程,输入到设备即可。
  • 稳压模块,8个引脚。(Digi-Key #LT1121CN8-3.3#PBF-ND)
  • DIP插座:8个引脚、14个引脚、28个引脚各1个。(Digi-Key parts #A24807-ND, A24808-ND, 3M5480-ND)
  • 4倍运算放大器模块LM324N(Digi-Key #LM324NFS-ND)
  • 电阻110千欧2个,160千欧3个,16千欧2个,750千欧2个,10千欧1个,200欧4个。你可以用240欧电阻在LED上,但使用200欧的话它们会亮一些。
  • LED,5毫米红光绿光黄光白光各1个。(RadioShack parts #276-209, 276-304, 276-021, 276-014)
  • 电容,0.1微法1个,1微法6个。5个1微法电容一定是要非电解电容那种,因为电解电容不能用于高通滤波器上。剩余两个电容,1微法那个用在稳压模块,0.1微法稳定参照电压,可选用电解电容。
  • 电路板,尺寸约为3英寸x4英寸。(RadioShack part #276-168)
  • 锯子
  • 记号笔
  • 烙铁和焊锡
  • 剥线钳
  • 螺丝刀
  • 钻子与3.5毫米,5毫米,6毫米,7.75毫米,8毫米或只要能符合LED、电位计和开关尺寸的钻头。
  • 钢锯
  • 夹钳
  • 标签机
  • 锉刀(可选)
  • PIC编程器(可选)

步骤1:制作电路板


将电路板按尺寸切割。用一支黑色记号笔画出图上所示的电路板,然后用锯子锯下来。

步骤2:制作电源


图1

图2
图3

  • 加入稳压模块。将8引脚DIP插座放在电路板右上角,按图1所示焊接连线,步骤3里面也是。
  • 将1微法电容焊接至引脚1和接地端。在引脚8焊接一条导线,在之后和开关上的松散线路焊起来。在电路接地端焊接两条导线,一条给手摇柄,另一条是电池接地导线。

步骤3:加装滤波器


图1

图2

图3

  • 将14个引脚的DIP插座如步骤2所示的焊接在电路板上,加上电源线:引脚4接3.3伏电压,引脚11接地。如果你用了比22码导线粗的导线,就需要在第10排上面的长跳线绕插座一圈再焊上去,而不是直接焊接在下面。
  • 用带LM324芯片的运算放大器1做一个1.65伏参照电压,将步骤2图3的两个110千欧电阻和0.1微法电容焊接在一起。将运算放大器1的输出端连上他自己的负极。
  • 现在加入平滑滤波器和血压传感器的频率元件。传感器信号通过2ge岔口:一个带通滤波器和一个独立的低通滤波器。
  • 带通滤波器包括高通和低通滤波器各两个,级联在一起。将1微法电容和1个160千欧电阻串联在一起做成第一个高通滤波器。将电容连到压力传感器输出引脚1,电阻连到运算放大器3的负极输入端。将750千欧反馈电阻焊在运算放大器3的输出端和它的负极来制造增益效果。(译者注:这是负反馈电路)
  • 接着做一个低通滤波器:将一个16千欧电阻从运算放大器3的输出端接到测试板的一个空置洞眼,然后将1个1微法电容焊在这个洞眼并接地。
  • 将一个1微法电容串联至1个160千欧电阻做成第二个高通滤波器,将低通滤波器输出接入它。
  • 将第二个高通滤波器输出信号接入运算放大器的负极,并在其输出端和负极之间焊接1个750千欧电阻以制造增益效果。
  • 将增益部分输出接入第二个低通滤波器输入端:从运算放大器输出端焊上一个16千欧电阻,接到一个测试板开放洞眼上,然后再从那焊接个1微法电容并接地。将这个滤波器输出(V带通)接到微控制器引脚2(模拟量输入端0)。
  • 现在对独立的低通滤波器接线:从压力传感器输出引脚1接一个160千欧电阻,然后再将电阻接到测试板开放洞眼,用1微法电容从这个洞眼接地。将这个滤波器的输出(V低通)接到微控制器引脚3(模拟量输入端1)。
  • 加入压力传感器。如步骤2图1和步骤3图2所示,将传感器焊在板子的左上角。

步骤4:连接微控制器插座

  • 将空白的28脚DIP插座以步骤2图1所示方法焊在测试板上,它的引脚1是在底部的。以步骤2图1和步骤3图3的方法接线,但在焊接完成之前不要把微控制器芯片接上去。
  • 电源端口接线:引脚8和19接地,引脚20接入 3.3伏。
  • 将1个10千欧上调电阻接入引脚1和 3.3伏之间。
  • 轮到LED了。先将四个200欧电阻焊在微控制器引脚21-24上,就如步骤2图1和步骤3图3所示那样。将LED一脚接地,另一脚焊接,顺序是:电源(白光)在引脚21,就绪(黄光)在引脚22,正常(绿光)在引脚23,有恙(红光)在引脚24。

以步骤2图1、步骤3图3和步骤4图1所示方法,连接各个接口。如果太窄而难以焊接,允许使用附近的电源接口洞眼和接地路径。

步骤5:制作电源


  • 现在开始拆解手电充电器,做一个手摇柄发电机。
  • 取出手摇柄和它的电路板,拿掉灯泡,去掉外壳顶部的4颗螺丝,再把外壳拿掉。
  • 将固定手摇柄的螺丝去掉,接着再去掉固定大电路板的螺丝(图1)。
  • 剪开两块电路板之间的导线,那么手摇柄仍连在大电路板上(图2)。
  • 熔焊掉电池,从电路板上拿掉,之后用3节镍镉电池取代,它们的电量寿命会比较长。
  • 连接好开关和新电池。将手摇柄正极焊接到电路板(标定位置)和开关一个外部端口。
  • 将电池和的正极导线焊在开关中间端口上(步骤4图1),将3节镍镉电池放入电池盒内。(图上显示的是4节电池盒)
  • 将这些连到测试电路板上。现在将在步骤1b当中两根松动的导线接上:从稳压模块引脚8引出导线焊接在开关剩下的外部端口,然后将手摇柄地线和手摇柄电路的负极焊在一起。(步骤4图1)
  • 现在你有了个简易充电电源。在选择其中一个开关位置,电池就连线到手摇柄,出于充电状态。而拨到另一个位置,电池就能为电路供电。这样的话,手摇柄就不会直接连在工作电路上,因为那样会导致电路损坏。(译者注:不能保证使用者是否狠劲摇动,那样的话恐怕连日光灯都能点亮。)

步骤6:制作箱子


图1

图2

图3

  • 在罩子上钻孔,总共9个。请依照钻孔图(图1)钻出开关、顶部的LED和底部的容器位置。
  • 让元件试位置。扭掉4颗边角螺丝,松开盒子上的罩子。将电位计、LED、电源开关放进去看看是否牢固紧贴在洞眼上(图2)。不是的话,根据其尺寸大小相应拓开一点。
  • 修正容器上的轴。用一个台钳夹住,用钢锯锯掉电位计轴柄大约12毫米。(图3)

(译者注:他说的底部容器这些字眼,其实指的就是电位计的底座。)

步骤7:标签盒子

  • 用打标机在绿色LED位置贴上“正常”,红色LED位置是“有恙”,以及黄色LED位置的“就绪”。在电源开关那里也贴上“开”与“关”。
  • 测试电位计将,将旋钮以逆时针旋转到底,然后安上把手,指向左下方45度。在左边把手标上“舒张压”,右面的标上“收缩压”。要校准它们,就要标好收缩压最小位置(完全逆时针旋转),写上60。同样顺时针最大度数处标上最大值110(所有单位都是毫米汞柱)。加上中间标注,例如在60和110中间的会是85。
  • 将舒张压旋钮最小值(逆时针旋转到底)标上100,然后顺时针旋转到底标上最大值180。同样加上中间标注值。

步骤8:安装手摇柄


图1


图2

  • 在盒子右面锯出一个长方形区域,10毫米宽18毫米深,距离盒子右面40毫米居中(图1,译者注:他的意思是这个豁口中心距离盒子右面40毫米,而不是豁口的边缘)。
  • 试试手摇柄能不能放下。手摇柄外壳应该能贴紧盒子里面,并和罩子外缘平齐。(图2)
  • 要使得盒子的罩子合适,挫掉或裁掉罩子一部分边缘,以便符合手摇柄尺寸。我们挫掉了从盒子顶端25毫米处开始的边缘40毫米的部分。

步骤9:安装导气管


图1


图2


图3

  • 在盒子顶部,距离罩子边缘15毫米,左侧边缘55毫米处钻一个8毫米洞眼。

将压力计从连在袖套的管子上(图2)拿开,检查软管是否和你刚才钻的孔吻合。(图3)

步骤10:组装所有零件

  • 将电池装入电池盒内,再将电池盒放在产品箱的底部。将手摇柄卡入盒子边上为它预留的洞眼。装入LED、电位计,盖上罩子。将软管放松的一端接入压力传感器。将罩子放在盒子上,重新上好它的螺丝。
  • 最后,将电位计转柄逆时针尽量旋转到底,重新装上把手,那标记就会指向45度左下方,显示在你标注的最小值上。大功告成!

步骤11:用SEA-BPM测试血压

  • 转动电位计,选择收缩压和舒张压上下限。
  • 将装置电源打开,电源LED会不断频闪。如果不是,关闭电源,用手摇柄摇上30秒充电再打开。
  • 将袖套套在手肘以上部位。
  • 用手动气囊对袖套充气,确保气囊旁边的阀门关闭。当黄灯(就绪)亮起时停止泵气。缓缓扭开气阀一点,让里面的空气放出。要让袖套完全放气大约需要15秒。
  • 观察正常/有恙LED,看哪个亮起。绿色代表血压在选定范围值以内,而红色则代表高于选定上下限。
  • 如果两盏灯都亮起,代表测量出错,通常是袖套放气过快或过慢所引起的。请再测量一次。

via 作者:Alex Russell、Garrick Orchard及Carol Reiley 译者:Kalimov

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