歐姆龍血壓計(jì)如何實(shí)現(xiàn)低成本設(shè)計(jì)
當(dāng)我們對(duì)歐姆龍的智能電子血壓計(jì)HEM-711AC進(jìn)行拆解時(shí),我們深刻感到,個(gè)人保健正在成為不可多見(jiàn)的亮點(diǎn)應(yīng)用。該血壓計(jì)以極低的價(jià)格實(shí)現(xiàn)了一些復(fù)雜的測(cè)量,產(chǎn)品放在小包裹中,因而適合家庭和外出使用。HEM-711AC的單價(jià)大約在60美元左右,很明顯產(chǎn)品依賴(lài)于低成本設(shè)計(jì),而血壓計(jì)所需要的準(zhǔn)確性則要求其具備某種靈巧的設(shè)計(jì)。
歐姆龍保健公司(OHI)是歐姆龍(位于日本京都的一家多元化企業(yè))旗下的一家子公司,或許能稱(chēng)得上是個(gè)人用血壓計(jì)的頂尖制造商,該公司將研發(fā)重點(diǎn)根植于民用和專(zhuān)業(yè)醫(yī)療用健康檢測(cè)產(chǎn)品。
HEM-711AC帶有常見(jiàn)的臂套和一個(gè)體積宛若小型記事本的基本單元。雖然還不足以小到裝進(jìn)口袋,但是HEM-711AC絕對(duì)可以隨身攜 帶。只需輕按一個(gè)按鍵,就能將臂套充至合適的氣壓。之后,電子部分會(huì)自動(dòng)測(cè)量高(收縮)低(舒張)血壓以及心率,并將結(jié)果顯示在2.5英寸的LCD屏上。 HEM-711AC由4節(jié)AA堿性電池供電,也能由交流適配器供電。
HEM-711AC與大多數(shù)個(gè)人用血壓計(jì)一樣,采用“振蕩波感應(yīng)(oscillometric)”技術(shù)進(jìn)行測(cè)量。振蕩波感應(yīng)檢測(cè)方法的原理是：在臂套逐漸放氣的過(guò)程中,對(duì)臂套內(nèi)的壓力波動(dòng)模式進(jìn)行跟蹤;之后,專(zhuān)有算法會(huì)將觀測(cè)到的波動(dòng)轉(zhuǎn)換為高血壓與低血壓值。
F1:電容壓力傳感器
雖然對(duì)醫(yī)生而言,這種技術(shù)究竟有多大作用存在很多爭(zhēng)論,但是人們普遍認(rèn)為,這種技術(shù)應(yīng)對(duì)一般的檢測(cè)綽綽有余。
從內(nèi)部來(lái)看,HEM-711AC包含一個(gè)電機(jī)-泵組合模塊、一個(gè)電控減壓電磁閥、2.5英寸LCD、一塊單電路板以及連接承壓部件的氣管。
從臂套引出的橡皮管進(jìn)入基本單元,與直接安裝在電路板上的壓力傳感器相連。同一條橡皮管還連接到負(fù)責(zé)處理氣動(dòng)部分的泵和排氣閥門(mén)。HEM- 711AC所用的壓力傳感器是一個(gè)機(jī)械膜片,會(huì)根據(jù)實(shí)際壓力成比例發(fā)生凹陷。這個(gè)發(fā)生形變的膜片表面實(shí)際上是一個(gè)空氣介質(zhì)電容器兩極板中的一個(gè),電容的另 一個(gè)極板固定在壓力傳感器內(nèi)部,與可發(fā)生變化的極板平行。這樣,系統(tǒng)內(nèi)部的壓力變化就與可變電容器的變化對(duì)應(yīng)起來(lái)。
設(shè)計(jì)的精妙之處在于,將電容變化以低成本轉(zhuǎn)化為有用數(shù)據(jù)。關(guān)于如何實(shí)現(xiàn)的具體細(xì)節(jié),我們目前不得而知,但是電路剖析顯示,可變電容器(壓 力傳感器)被用來(lái)修正環(huán)形振蕩器(由東芝74VHC02的四個(gè)或非門(mén)組成)頻率。這樣,壓力變化就與環(huán)形振蕩器的頻率變化對(duì)應(yīng)起來(lái)。頻率輸出與東芝專(zhuān)有的 8位微處理器CK29U-3B53相連,該MCU的工作就是完成基本單元的電路控制。
這個(gè)MCU下一步究竟會(huì)做些什么我們不大了解,但是估計(jì)會(huì)進(jìn)行一些頻率計(jì)數(shù)或頻率/電壓轉(zhuǎn)換的工作。兩種輸出中的任一個(gè)都會(huì)被用來(lái)驅(qū)動(dòng)內(nèi) 部算法,這些算法決定了最終顯示在LCD上的血壓值。東芝的MCU直接驅(qū)動(dòng)LCD,它還會(huì)控制那個(gè)被按動(dòng)的按鍵、泵電機(jī)以及減壓電磁閥。日本精工的一枚 E2PROM(S-29221)則用于保存必需的大小有限的啟動(dòng)代碼。
仔細(xì)分析HEM-711AC的產(chǎn)品銷(xiāo)售成本(COGS),應(yīng)該在20美元以下,其中電子和系統(tǒng)機(jī)械部分大約各占一半。
HEM-711AC核心部分所采用的簡(jiǎn)約的傳感器/環(huán)形振蕩器解決方案,是我們觀察到的低COGS的關(guān)鍵。圍繞感應(yīng)方法增添簡(jiǎn)單、低廉的電子電路,這樣就可以為普通大眾提供一種重要的健康檢測(cè)工具,而廠家也獲益不菲。
David Carey是美國(guó)Portelligent公司的總裁。Portelligent公司位于德州奧斯汀,專(zhuān)門(mén)提供有關(guān)無(wú)線(xiàn)、移動(dòng)和個(gè)人電子系統(tǒng)的產(chǎn)品拆解報(bào)告及相關(guān)業(yè)內(nèi)研究。
