基于STM32F103C8T6的心率血壓手表設(shè)計

設(shè)計要求

隨著社會的不斷發(fā)展，生活水平越來越好，大家也越來越關(guān)注健康問題。

計步器是一種便攜式反映人體狀況的儀器，通過計算行走的步數(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和歡迎。

總體設(shè)計方案

當(dāng)傳感器監(jiān)測到數(shù)據(jù)之后，在屏幕上以曲線加數(shù)字的方式顯示出檢測者的血氧和心率數(shù)據(jù)。同時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)測到數(shù)據(jù)，蜂鳴器常響警報。

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，程序存儲器容量是64KB，內(nèi)部還集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D 10*12b。

測量傳感器使用的是MAX30100，能夠讀取心率、血氧的傳感器，通信方式是通過IIC進行通信。

兩個發(fā)光二極管，一個光檢測器，優(yōu)化光學(xué)和低噪聲的仿真信號處理，以檢測脈搏血氧飽和度和心臟速率信號。

只需要將手指頭緊貼在傳感器上，就能估計脈搏血氧飽和度(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：主要是通過心率傳感器檢測當(dāng)前人體的心率，并且我們可以通過ADXL345三軸傳感器采集當(dāng)前行走的步數(shù)。

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

液晶顯示：本次設(shè)計所有的信息我們都是通過OLED液晶顯示屏來顯示，這樣方便人們隨時進行觀察。

實現(xiàn)功能要求

ADXL345進行步數(shù)采集

DS18B20溫度采集

心率傳感器檢測

DS1302時鐘芯片

HC05藍牙無線通信部分

OLED液晶顯示

按鍵設(shè)置

單片機數(shù)據(jù)處

功能描述

OLED液晶顯示當(dāng)前時間，心率血氧，體溫，步數(shù)

通過DS1302顯示當(dāng)前時間，井且具有掉電行是功能

MAX30102模塊檢測當(dāng)前心率和血氧

DS18B20檢測當(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HC05藍牙模塊把當(dāng)前數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)?a href="http://www.ttokpm.com/v/tag/107/" target="_blank">手機端進行顯示

第一個按鍵進行 設(shè)置，第二個按鍵加，第三個按鍵減

第四個一鍵清除當(dāng)前行走步數(shù)

硬件構(gòu)成

STM32單片機＋OLED液晶顯示+按鍵設(shè)置

MAX30102心率血氧+DS1302時鐘模塊

HC05藍牙+ADXL345+DS18B20溫度

整體設(shè)計框圖

工作原理

MAX30102接口說明：

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)的脈搏測量方法主要有三種：一是從心電信號中提取；二是從測量血壓時壓力傳感器測到的波動來計算脈率；三是光電容積法。

前兩種方法提取信號都會限制病人的活動，如果長時間使用會增加病人生理和心理上的不舒適感。

而光電容積法脈搏測量作為監(jiān)護測量中最普遍的方法之一，其具有方法簡單、佩戴方便、可靠性高等特點。

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

光源一般采用對動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)光束透過人體外周血管，由于動脈搏動充血容積變化導(dǎo)致這束光的透光率發(fā)生改變，此時由光電變換器接收經(jīng)人體組織反射的光線，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柌⑵浞糯蠛洼敵觥?/p>

由于脈搏是隨心臟的搏動而周期性變化的信號，動脈血管容積也周期性變化，因此光電變換器的電信號變化周期就是脈搏率。同時根據(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)計負擔(dān)。

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

審核編輯：劉清