基于STM32F103C8T6的心率血壓手表設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)要求

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，生活水平越來(lái)越好，大家也越來(lái)越關(guān)注健康問(wèn)題。

計(jì)步器是一種便攜式反映人體狀況的儀器，通過(guò)計(jì)算行走的步數(shù)和所消耗的能量，很有效反映人體健康的狀態(tài)，所以受到了很多人的喜愛(ài)和歡迎。

總體設(shè)計(jì)方案

當(dāng)傳感器監(jiān)測(cè)到數(shù)據(jù)之后，在屏幕上以曲線加數(shù)字的方式顯示出檢測(cè)者的血氧和心率數(shù)據(jù)。同時(shí)LED指示燈和蜂鳴器根據(jù)心率數(shù)據(jù)閃爍和發(fā)出聲音。

如果未監(jiān)測(cè)到數(shù)據(jù)，蜂鳴器常響警報(bào)。

硬件組成

主控芯片使用的是大家用的最多的MCU——STM32F103C8T6，ARM Cortex-M 內(nèi)核32位，程序存儲(chǔ)器容量是64KB，內(nèi)部還集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D 10*12b。

測(cè)量傳感器使用的是MAX30100，能夠讀取心率、血氧的傳感器，通信方式是通過(guò)IIC進(jìn)行通信。

兩個(gè)發(fā)光二極管，一個(gè)光檢測(cè)器，優(yōu)化光學(xué)和低噪聲的仿真信號(hào)處理，以檢測(cè)脈搏血氧飽和度和心臟速率信號(hào)。

只需要將手指頭緊貼在傳感器上，就能估計(jì)脈搏血氧飽和度(SpO2)及脈搏(相當(dāng)于心跳)，但是現(xiàn)在MAX30100已經(jīng)停產(chǎn)了，可以使用MAX30102替代。?

信息采集部分：主要是通過(guò)心率傳感器檢測(cè)當(dāng)前人體的心率，并且我們可以通過(guò)ADXL345三軸傳感器采集當(dāng)前行走的步數(shù)。

單片機(jī)控制中心：采用STM32單片機(jī)系統(tǒng)，它是本系統(tǒng)的核心部分，主要功能是監(jiān)控鍵盤(pán)狀態(tài)。處理鍵盤(pán)輸入的操作信息。

液晶顯示：本次設(shè)計(jì)所有的信息我們都是通過(guò)OLED液晶顯示屏來(lái)顯示，這樣方便人們隨時(shí)進(jìn)行觀察。

實(shí)現(xiàn)功能要求

ADXL345進(jìn)行步數(shù)采集

DS18B20溫度采集

心率傳感器檢測(cè)

DS1302時(shí)鐘芯片

HC05藍(lán)牙無(wú)線通信部分

OLED液晶顯示

按鍵設(shè)置

單片機(jī)數(shù)據(jù)處

功能描述

OLED液晶顯示當(dāng)前時(shí)間，心率血氧，體溫，步數(shù)

通過(guò)DS1302顯示當(dāng)前時(shí)間，井且具有掉電行是功能

MAX30102模塊檢測(cè)當(dāng)前心率和血氧

DS18B20檢測(cè)當(dāng)前溫度或者是體溫

ADXL3軸傳感器采集當(dāng)前行走步數(shù)，并且具有掉電保存功能

通過(guò)HC05藍(lán)牙模塊把當(dāng)前數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?shù)?a href="http://www.wenjunhu.com/v/tag/107/" target="_blank">手機(jī)端進(jìn)行顯示

第一個(gè)按鍵進(jìn)行 設(shè)置，第二個(gè)按鍵加，第三個(gè)按鍵減

第四個(gè)一鍵清除當(dāng)前行走步數(shù)

硬件構(gòu)成

STM32單片機(jī)＋OLED液晶顯示+按鍵設(shè)置

MAX30102心率血氧+DS1302時(shí)鐘模塊

HC05藍(lán)牙+ADXL345+DS18B20溫度

整體設(shè)計(jì)框圖

工作原理

MAX30102接口說(shuō)明：

VIN ?：LED電源輸入端，也是I2C總線上拉電平，建議接3.3V或者5V ??

SCL ?：接I2C總線的時(shí)鐘? ? ?

SDA ：接 I2C總線的數(shù)據(jù)? ? ?

INT ：MAX30102芯片的中斷引腳? ? ?

RD ?：MAX30102 芯片的 RED LED 接地端，一般不接? ? ?

IRD ：MAX30102 芯片的??

IR LED? 接地端，一般不接? ? ?

GND ?：接地線? ? ?

?傳統(tǒng)的脈搏測(cè)量方法主要有三種：一是從心電信號(hào)中提??；二是從測(cè)量血壓時(shí)壓力傳感器測(cè)到的波動(dòng)來(lái)計(jì)算脈率；三是光電容積法。

前兩種方法提取信號(hào)都會(huì)限制病人的活動(dòng)，如果長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)增加病人生理和心理上的不舒適感。

而光電容積法脈搏測(cè)量作為監(jiān)護(hù)測(cè)量中最普遍的方法之一，其具有方法簡(jiǎn)單、佩戴方便、可靠性高等特點(diǎn)。

光電容積法的基本原理是利用人體組織在血管搏動(dòng)時(shí)造成透光率不同來(lái)進(jìn)行脈搏和血氧飽和度測(cè)量，其使用的傳感器由光源和光電變換器兩部分組成，通過(guò)綁帶或夾子固定在病人的手指、手腕或耳垂上。

光源一般采用對(duì)動(dòng)脈血中氧合血紅蛋白（HbO2）和血紅蛋 ?白（Hb）有選擇性的特定波長(zhǎng)的發(fā)光二極管（一般選用 ?660nm ?附近的紅光和 ?900nm ?附近的 ?紅外光）。

當(dāng)光束透過(guò)人體外周血管，由于動(dòng)脈搏動(dòng)充血容積變化導(dǎo)致這束光的透光率發(fā)生改變，此時(shí)由光電變換器接收經(jīng)人體組織反射的光線，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)并將其放大和輸出。

由于脈搏是隨心臟的搏動(dòng)而周期性變化的信號(hào)，動(dòng)脈血管容積也周期性變化，因此光電變換器的電信號(hào)變化周期就是脈搏率。同時(shí)根據(jù)血氧飽和度的定義，其表示為：?

MAX30102本身集成了完整的發(fā)光? LED ?及驅(qū)動(dòng)部分，光感應(yīng)和? AD ?轉(zhuǎn)換部分，環(huán)境光干擾消除及數(shù)字濾波部分，只將數(shù)字接口留給用戶，極大地減輕了用戶的設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)。

用戶只需要使用單片機(jī)通過(guò)硬件 I2C或者模擬I2C接口來(lái)讀取? MAX30102 ?本身的FIFO ?，就可以得到轉(zhuǎn)換后的光強(qiáng)度數(shù)值，通過(guò)編寫(xiě)相應(yīng)算法就可以得到心率值和血氧飽和度。

審核編輯：劉清