第三章 系统架构概览：硬件系统框图、核心模块划分
好，咱们进入正题。这一章我带你从高空俯瞰整个血压计的硬件系统。说白了，就是先画一张「地图」，搞清楚每个模块在哪儿、干什么、怎么连。
我刚开始做这个项目时，也犯过「先焊板子再想架构」的毛病。结果呢？电源纹波干扰传感器，气路密封不严导致测量偏差，折腾了两周才改回来。所以啊，架构设计这一步，千万别省。
3.1 硬件系统框图
先给你看一个我常用的系统框图。它不算复杂，但每个模块都经过实际项目验证。
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│ 血压计硬件系统 │
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│ │ 气路模块 │───▶│ 传感器 │───▶│ MCU 主控 │ │
│ │ (气泵+阀) │ │ (压力+脉搏)│ │ (STM32L0系列) │ │
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│ │ 电源模块 │───▶│ 显示模块 │◀──────────┘ │
│ │ (电池+LDO) │ │ (段码LCD) │ │
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│ ┌──────────┐ ┌──────────┐ │
│ │ 按键模块 │───▶│ 存储模块 │ │
│ │ (3个按键) │ │ (EEPROM) │ │
│ └──────────┘ └──────────┘ │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘这个框图里，箭头代表数据流和控制流。你看，传感器采集到的模拟信号，经过MCU内部的ADC转换成数字量，然后算法算出收缩压和舒张压，最后送到显示模块。
核心设计原则：每个模块之间用「使能引脚」隔开。不工作时，MCU直接关掉传感器和气泵的电源。这是低功耗的关键。
3.2 核心模块划分
我把整个系统拆成5个核心模块。每个模块都有它的脾气，咱们一个一个说。
3.2.1 传感器模块
传感器是整个系统的「眼睛」。我一般选两种传感器：
- 压力传感器：测量袖带内的气压，范围0~300mmHg。我常用的是MPS20N0040D，精度0.5%FS，价格适中。
- 脉搏传感器：其实很多压力传感器内部集成了脉搏检测功能。比如XGZP6847，它同时输出压力和脉搏信号，省一个芯片。
这里有个坑：传感器输出的是差分信号，MCU的ADC通常是单端输入。所以中间要加一级运放。我习惯用AD8605，它功耗低（每个通道才1mA），而且轨到轨输出，很适合电池供电。
我的经验：传感器和MCU之间加一个RC低通滤波器，截止频率设在100Hz左右。可以滤掉气泵的机械振动噪声。我第一版没加，结果波形上全是毛刺，算法根本没法跑。
3.2.2 MCU主控模块
MCU是大脑。选型时我主要看三点：功耗、ADC性能、休眠模式。
我个人偏爱STM32L0系列。为什么？
- 休眠电流低至0.4μA，比很多专用MCU还省电
- 内置12位ADC，采样率足够（1Msps）
- 有硬件RTC，可以定时唤醒做自检
你看这个代码片段，是MCU进入休眠前的配置：
// 进入Stop模式前的准备
HAL_PWR_DisableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1); // 关闭不需要的唤醒源
HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON, PWR_STOPENTRY_WFI);
// 醒来后，先稳定时钟，再开传感器
SystemClock_Config(); // 重新配置时钟
HAL_ADC_Start(&hadc); // 启动ADC采集嗯，这里要注意：从休眠醒来后，时钟需要重新稳定。我遇到过醒来后ADC采样值飘了10%的情况，就是因为时钟没稳定就开采集。后来加了50ms的延时，问题解决。
3.2.3 电源模块
电源是命脉。血压计用两节AAA电池（3V），但传感器和运放需要3.3V。所以需要升压。
我推荐用TPS61099，它效率高达95%，而且静态电流只有1μA。升压到3.3V后，再用一个LDO给MCU供电，纹波控制在10mV以内。
| 供电轨 | 电压 | 最大电流 | 用途 |
|---|---|---|---|
| V_BAT | 2.0~3.2V | 200mA | 气泵电机（直接供电） |
| V_3V3 | 3.3V | 50mA | MCU、传感器、运放 |
| V_LCD | 3.0V | 5mA | 段码LCD显示 |
警告：气泵启动瞬间电流可达150mA，会导致电池电压瞬间跌落。我建议在气泵供电线上并联一个470μF的钽电容。否则MCU可能会复位，测量到一半突然重启，你说气不气人？
3.2.4 气路模块
气路是机械部分，但电气设计也得配合。核心部件就三个：气泵、泄气阀、袖带。
- 气泵：我用的是微型隔膜泵，工作电压3V，最大气压300mmHg。注意选型时看「流量」参数，一般200mL/min就够了。
- 泄气阀：电磁阀，常闭型。测量结束后打开，快速放气。我吃过亏：第一次选的阀响应时间50ms，结果放气太慢，患者不舒服。后来换成10ms的。
- 袖带：标准成人袖带，气囊尺寸22~32cm。袖带和传感器之间用硅胶管连接，长度不超过50cm，否则压力信号会衰减。
气路控制逻辑其实很简单：
// 气路控制状态机
typedef enum {
IDLE, // 待机
INFLATE, // 充气
MEASURE, // 测量（缓慢放气）
DEFLATE, // 快速放气
DONE // 完成
} PumpState;
void Pump_Control(PumpState state) {
switch(state) {
case INFLATE:
HAL_GPIO_WritePin(PUMP_GPIO, GPIO_PIN_SET); // 开气泵
HAL_GPIO_WritePin(VALVE_GPIO, GPIO_PIN_RESET); // 关泄气阀
break;
case MEASURE:
HAL_GPIO_WritePin(PUMP_GPIO, GPIO_PIN_RESET); // 关气泵
// 泄气阀用PWM控制，实现缓慢放气
TIM1->CCR1 = 50; // 占空比20%，放气速度约3mmHg/s
break;
case DEFLATE:
HAL_GPIO_WritePin(VALVE_GPIO, GPIO_PIN_SET); // 全开放气
break;
default:
break;
}
}你想想看，测量阶段为什么要用PWM控制泄气阀？因为放气速度直接影响测量精度。放太快，脉搏信号采不到；放太慢，患者手臂会麻。我一般控制在2~5mmHg/s。
3.2.5 显示模块
显示我用段码LCD，不是TFT彩屏。为什么？省电啊！段码LCD功耗只有几十μA，TFT动不动就几十mA。
我常用的型号是HT1621驱动的段码屏，3V供电，显示3位数字（收缩压、舒张压、心率）和几个图标（电池、错误、单位）。
驱动代码很简单：
// 显示收缩压 120
void LCD_Display_SYS(uint16_t value) {
uint8_t digits[3];
digits[0] = value / 100; // 百位
digits[1] = (value % 100) / 10; // 十位
digits[2] = value % 10; // 个位
HT1621_Write_Digit(0, digits[0]); // 写入段码
HT1621_Write_Digit(1, digits[1]);
HT1621_Write_Digit(2, digits[2]);
HT1621_Update(); // 刷新显示
}这里有个小技巧：段码LCD刷新频率不用太高，30Hz就够了。我见过有人用60Hz刷新，白白多耗一倍的电流。其实人眼对静态数字的闪烁不敏感，30Hz完全够用。
3.3 模块间的交互流程
最后，我画一个典型的测量流程，帮你把模块串起来：
- 用户按下「开始」键，MCU从休眠中唤醒
- MCU打开传感器电源，等待100ms稳定
- MCU打开气泵，开始充气，同时ADC实时监测压力值
- 当压力达到180mmHg（或比上次收缩压高30mmHg），关闭气泵
- 打开泄气阀（PWM控制），开始缓慢放气，同时采集脉搏波
- 算法实时计算收缩压和舒张压
- 测量完成，快速放气，显示结果
- MCU保存数据到EEPROM，然后进入休眠
你看，整个流程里，每个模块各司其职，配合得严丝合缝。这就是架构设计的意义——让每个模块只做自己的事，互不干扰。
总结一下：系统架构不是画几张图就完事了。它决定了你的产品能不能稳定工作、功耗能不能做低、后期好不好改。我建议你动手之前，先在纸上把每个模块的接口、时序、功耗都列清楚。磨刀不误砍柴工，这话一点不假。
下一章，咱们深入传感器模块，聊聊压力传感器和脉搏传感器的选型细节。到时候我会分享一个我踩过的坑——传感器输出信号漂移的问题，折腾了我整整一周才找到原因。