devbox
2023面试高手
这个屌丝很懒，什么也没留下！
关注作者
热门标签
热门文章
当前位置:   article > 正文

单片机课程设计：基于STM32的心率血氧检测报警系统

作者：2023面试高手 | 2024-05-12 19:33:10

赞

踩

心率血氧检测报警系统

基于STM32的血氧仪控制系统

前言

  本文使用搭载STM32F103VET6主控芯片的野火指南者、野火3.2寸LCD屏幕和MAX30102心率血氧传感器实现心率血氧采集并显示的效果。

（文末附完整程序下载链接）

一、设计任务

  1.可以通过MAX30102心率血氧传感器对用户的心率血氧进行采集，并用实时显示在LCD液晶屏上;
  2.可以设定一个固定的报警温度值显示在液晶屏上;
  3.用户心率低于60或者高于阈值报警、用户血氧低于阈值报警，报警形式包括:蜂鸣器发出滴滴声，LCD中心率血氧字符根据不同情况显示相应的报警颜色，报警颜色有红、蓝、品红;
  4.能够通过按键动态修改报警温度阈值;
  5.LCD显示屏下方绘制心率波形图;
  6.ESP8266将数据发送给TCP助手;

二、系统硬件设计

1.元器件选用

  1、STM32f103VET6单片机一块
  2、ESP8266一块
（此项目使用野火指南者，指南者自带ESP8266，其他型号单片机杜邦线自连即可）
  3、MAX30102心率血氧传感器
  4、3.2寸LCD显示器
  5、杜邦线5根

2.系统模型设计

  按键1设置心率阈值，按键2设置血氧阈值，MAX30102检测用户心率和血氧值。
  当检测的用户心率值大于心率阈值时LCD当前心率一栏变为红色、蜂鸣器报警、LED红灯闪烁、串口输出警告。
  当检测的用户心率值底于60时LCD当前心率一栏变为品红色、蜂鸣器报警、LED红灯闪烁、串口输出警告。
  当检测的用户血氧浓度小于血氧阈值时LCD显示血氧过低警告、蜂鸣器报警、蓝灯闪烁、串口输出心率过低警告。
  血氧波形图将检测到的血氧数据绘制出来，在未检测时y轴绘制为0。相应的颜色警告也会在波形图中显示。
  ESP8266将单片机采集的数据通过联网的方式发送到TCP助手中并显示。
max30102

正常值
WiFi连接
波形图显示

 演示视频：

波形显示

3.硬件连接

  1、本系统使用野火指南者，由于该单片机自带ESP8266，因此无需连接。如果使用其他型号单片机，根据ESP8266用户手册连接即可。
  2、STM32F103与MAX30102的连接，VCC<->3.3V，GND<->GND，SCL<->PC7，SDA<->PC8，IM<->PC9。

总电路连接图：
总电路图

三、系统程序设计

1.程序流程

  基于STM32的血氧仪控制系统总体软件的设计，可以分为系统初始化、数据采集、数据处理、数据显示和系统控制。系统初始化包括各模块的初始化，包括MAX30102模块、LCD显示模块、按键模块、蜂鸣器模块等。同时还需要初始化串口通信模块。
  采集数据主要是获取的血氧数据，进行数字转换和滤波处理，得到血氧饱和度和脉搏率数据。数据处理是对采集到的血氧饱和度和脉搏率数据进行处理。同时，还需要对数据进行校验和处理，确保数据的准确性和可靠性。将处理后的数据通过LCD显示模块显示出来。同时，还需要通过蜂鸣器模块进行声音提示，例如当血氧饱和度低于一定阈值时，发出警报声。系统控制即通过按键控制模块控制系统的工作模式，如调节警报阈值等。

程序设计流程图：
程序设计流程图
WiFi运行逻辑图：
在这里插入图片描述

2.主程序

项目部分程序示例。
main.c

int main()
{
	/* 初始化 */
    USART_Config ();    //初始化串口1
	NVIC_Configuration();
    CPU_TS_TmrInit();   //初始化DWT计数器，用于延时函数
    LED_Init();         //初始化RGB彩灯
	EXTI_Key_Config();  //KEY中断初始化
	BEEP_GPIO_Config(); //初始化蜂鸣器引脚
	ESP8266_Init();     //初始化WiFi模块使用的接口和外设
	ILI9341_Init();     //LCD 初始化  
	max30102_init();    //max30102初始化
	ILI9341_GramScan(6);    //LCD显示模式 	
	
	ESP8266_StaTcpClient_Unvarnish_ConfigTest();   //对ESP8266进行配置
	
	max30102_read();  //数据预处理
	LCD_SetFont(&Font8x16);  //LCD显示字体		
	LCD_SetColors(WHITE,BLACK);//LCD黑底白字，这样显示它别致
    ILI9341_Clear(0,0,LCD_X_LENGTH,LCD_Y_LENGTH);	/* 清屏，显示全黑 */
	
    while (1)
    {
		max30102_control();  //max30102控制函数
		ESP8266_Sendmax30102DataTest();//LCD显示及串口\网络数据发送
		drawCurve(280,dis_hr);//LCD画波形，第一个参数是LCD显示起始位置，第二个是波形的数值
	}
}

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6
  • 7
  • 8
  • 9
  • 10
  • 11
  • 12
  • 13
  • 14
  • 15
  • 16
  • 17
  • 18
  • 19
  • 20
  • 21
  • 22
  • 23
  • 24
  • 25
  • 26
  • 27
  • 28

max30102_control(); max30102控制函数

void max30102_control()
{
	i=0;
	un_min=0x3FFFF;
	un_max=0;
	//将前100组样本转储到存储器中，并将最后400组样本移到顶部
	for(i=100;i<500;i++){
			aun_red_buffer[i-100]=aun_red_buffer[i];
			aun_ir_buffer[i-100]=aun_ir_buffer[i];
			//update the signal min and max
			if(un_min>aun_red_buffer[i])
			un_min=aun_red_buffer[i];
			if(un_max<aun_red_buffer[i])
			un_max=aun_red_buffer[i];
	}
	//在计算心率之前采集100组样本。
	for(i=400;i<500;i++){
			un_prev_data=aun_red_buffer[i-1];
			while(MAX30102_INT==1);
			max30102_FIFO_ReadBytes(REG_FIFO_DATA,temp);
			aun_red_buffer[i] =  (long)((long)((long)temp[0]&0x03)<<16) | (long)temp[1]<<8 | (long)temp[2];    // Combine values to get the actual number
			aun_ir_buffer[i] = (long)((long)((long)temp[3] & 0x03)<<16) |(long)temp[4]<<8 | (long)temp[5];   // Combine values to get the actual number
			if(aun_red_buffer[i]>un_prev_data){
					f_temp=aun_red_buffer[i]-un_prev_data;
					f_temp/=(un_max-un_min);
					f_temp*=MAX_BRIGHTNESS;
					n_brightness-=(int)f_temp;
					if(n_brightness<0)
					n_brightness=0;
			}else{
					f_temp=un_prev_data-aun_red_buffer[i];
					f_temp/=(un_max-un_min);
					f_temp*=MAX_BRIGHTNESS;
					n_brightness+=(int)f_temp;
					if(n_brightness>MAX_BRIGHTNESS)
					n_brightness=MAX_BRIGHTNESS;
			}
		//通过USART将样本和计算结果发送到终端程序
		if(ch_hr_valid == 1 && n_heart_rate<120){//**/ ch_hr_valid == 1 && ch_spo2_valid ==1 && n_heart_rate<120 && n_sp02<101
			dis_hr = n_heart_rate;
			dis_spo2 = n_sp02;
		}else{
			dis_hr = 0;
			dis_spo2 = 0;
		}
	}
			maxim_heart_rate_and_oxygen_saturation(aun_ir_buffer, n_ir_buffer_length, aun_red_buffer, &n_sp02, &ch_spo2_valid, &n_heart_rate, &ch_hr_valid);

	if(dis_hr == 0 && dis_spo2 == 0)  //**dis_hr == 0 && dis_spo2 == 0
	{
		sprintf((char *)str,"HR:--- SpO2:--- ");//**HR:--- SpO2:--- 
		
		ILI9341_DispStringLine_EN_CH(LINE(4),"        当前心率:---");
		ILI9341_DispStringLine_EN_CH(LINE(6),"        当前血氧:---");
	}else{
		sprintf((char *)str,"HR:%3d SpO2:%3d ",dis_hr,dis_spo2);//**HR:%3d SpO2:%3d 
		
		LCD_SetTextColor(GREEN);
		sprintf(get_hr_char,"        当前心率:%d ",dis_hr);
		LCD_ClearLine(LINE(4));
		ILI9341_DispStringLine_EN_CH(LINE(4),get_hr_char); 	

		LCD_SetTextColor(GREEN);
		sprintf(get_spo2_char,"        当前血氧:%d%%",dis_spo2);
		LCD_ClearLine(LINE(6));
		ILI9341_DispStringLine_EN_CH(LINE(6),get_spo2_char); 
	}

}

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6
  • 7
  • 8
  • 9
  • 10
  • 11
  • 12
  • 13
  • 14
  • 15
  • 16
  • 17
  • 18
  • 19
  • 20
  • 21
  • 22
  • 23
  • 24
  • 25
  • 26
  • 27
  • 28
  • 29
  • 30
  • 31
  • 32
  • 33
  • 34
  • 35
  • 36
  • 37
  • 38
  • 39
  • 40
  • 41
  • 42
  • 43
  • 44
  • 45
  • 46
  • 47
  • 48
  • 49
  • 50
  • 51
  • 52
  • 53
  • 54
  • 55
  • 56
  • 57
  • 58
  • 59
  • 60
  • 61
  • 62
  • 63
  • 64
  • 65
  • 66
  • 67
  • 68
  • 69

ESP8266_Sendmax30102DataTest()；LCD显示以及数据发送

void ESP8266_Sendmax30102DataTest(void)
{
	char cStr[170]={0};
	uint8_t ucStatus;
	
	LCD_SetTextColor(WHITE);
	ILI9341_DispStringLine_EN_CH(LINE(1),"        血氧仪控制系统   ");
	LCD_SetTextColor(GREEN);
	sprintf(set_hr_char,"        心率阈值:%d ",set_hr_max);
    LCD_ClearLine(LINE(3));
	ILI9341_DispStringLine_EN_CH(LINE(3),set_hr_char); 

	LCD_SetTextColor(GREEN);
	sprintf(set_spo2_char,"        血氧阈值:%d%%",set_spo2);
    LCD_ClearLine(LINE(5));
	ILI9341_DispStringLine_EN_CH(LINE(5),set_spo2_char); 

	if(dis_hr == 0 && dis_spo2 == 0)  //max30102未检测
	{
		printf("Max30102 not detected!/r/n");
		LCD_SetTextColor(GREEN);
		LCD_ClearLine(LINE(18));
		LCD_ClearLine(LINE(19));
		PBout(5)=1;//灯灭
		PBout(1)=1;//灯灭
		BEEP( OFF );//蜂鸣器关
	}else{                            //max30102开始检测
		/* 显示血氧 */
		if(dis_spo2 >= set_spo2){                 
			LCD_ClearLine(LINE(19));
			LCD_SetTextColor(GREEN);//当前血氧一栏显示绿色
			sprintf(get_spo2_char,"        当前血氧:%d%% ",dis_spo2);
			LCD_ClearLine(LINE(6));	/* 清除单行文字 */
			ILI9341_DispStringLine_EN_CH(LINE(6),get_spo2_char);
			PBout(1)=1;//灯灭
			BEEP( OFF );//蜂鸣器关
		} else{   			//当前血氧低于阈值时颜色变蓝
			PBout(1)=0;//灯亮
			BEEP( ON );//蜂鸣器开
			LCD_SetTextColor(BLUE);
			LCD_ClearLine(LINE(6));	/* 清除单行文字 */
			sprintf(get_spo2_char,"        当前血氧:%d%% ",dis_spo2);
			ILI9341_DispStringLine_EN_CH(LINE(6),get_spo2_char);
			ILI9341_DispStringLine_EN_CH(LINE(19),"          血氧过低          ");
			printf("！！！血氧低于阈值！！！");         //串口输出
		}
		
		/* 显示心率 */
		if((dis_hr <= set_hr_max) && (dis_hr >= set_hr_min)){                 //当前心率一栏显示绿色
			LCD_ClearLine(LINE(18));
			LCD_SetTextColor(GREEN);
			LCD_ClearLine(LINE(4));	/* 清除单行文字 */
			sprintf(get_hr_char,"        当前心率:%d ",dis_hr);
			ILI9341_DispStringLine_EN_CH(LINE(4),get_hr_char);
			PBout(5)=1;//灯灭
			BEEP( OFF );//蜂鸣器关
		}else if( ( dis_hr <= set_hr_min ) && ( dis_hr != 0) ){
			LCD_SetTextColor(MAGENTA);
			LCD_ClearLine(LINE(4));	/* 清除单行文字 */
			sprintf(get_hr_char,"        当前心率:%d ",dis_hr);
			ILI9341_DispStringLine_EN_CH(LINE(4),get_hr_char);
			ILI9341_DispStringLine_EN_CH(LINE(18),"          心率低于60        ");
			printf("！！！心率低于60！！！");         //串口输出
			BEEP( ON );//蜂鸣器开
			PBout(5)=0;//灯亮
			
		}else{                              //当前心率超过阈值时颜色变红
			BEEP( ON );//蜂鸣器开
			PBout(5)=0;//灯亮
			LCD_SetTextColor(RED);
			LCD_ClearLine(LINE(4));	/* 清除单行文字 */
			sprintf(get_hr_char,"        当前心率:%d ",dis_hr);
			ILI9341_DispStringLine_EN_CH(LINE(4),get_hr_char);
			ILI9341_DispStringLine_EN_CH(LINE(18),"          心率过高          ");
			printf("！！！心率超出阈值！！！");         //串口输出
			
		}
	}
	
	
	if(dis_hr !=0 || dis_spo2 != 0 ){
		sprintf ( cStr, "POST /devices/92648495/datapoints?type=5 HTTP/1.1\napi-key:Yn2cDHrWmsTL62QUjHYu4RNtgPw=\nHost:api.zj.cmcconenet.com\nContent-Length:23\n\n,;xinlv,%3d;xueyang,%3d",dis_hr,dis_spo2);
		printf ( "%s", cStr );                                             //打印读取 DHT11 温湿度信息
		ESP8266_SendString ( ENABLE, cStr, 0, Single_ID_0 );               //发送 DHT11 温湿度信息到网络调试助手
	}
	  
	
  if ( ucTcpClosedFlag ){                                             //检测是否失去连接
    ESP8266_ExitUnvarnishSend ();                                    //退出透传模式
    do ucStatus = ESP8266_Get_LinkStatus ();                         //获取连接状态
    while ( ! ucStatus );
    if ( ucStatus == 4 ){                                             //确认失去连接后重连
      printf ( "\r\n正在重连热点和服务器 ......\r\n" );
      while ( ! ESP8266_JoinAP ( macUser_ESP8266_ApSsid, macUser_ESP8266_ApPwd ) );  
      while ( !	ESP8266_Link_Server ( enumTCP, macUser_ESP8266_TcpServer_IP, macUser_ESP8266_TcpServer_Port, Single_ID_0 ) );
      printf ( "\r\n重连热点和服务器成功\r\n" );
    }
    while ( ! ESP8266_UnvarnishSend () );		
  }
}

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6
  • 7
  • 8
  • 9
  • 10
  • 11
  • 12
  • 13
  • 14
  • 15
  • 16
  • 17
  • 18
  • 19
  • 20
  • 21
  • 22
  • 23
  • 24
  • 25
  • 26
  • 27
  • 28
  • 29
  • 30
  • 31
  • 32
  • 33
  • 34
  • 35
  • 36
  • 37
  • 38
  • 39
  • 40
  • 41
  • 42
  • 43
  • 44
  • 45
  • 46
  • 47
  • 48
  • 49
  • 50
  • 51
  • 52
  • 53
  • 54
  • 55
  • 56
  • 57
  • 58
  • 59
  • 60
  • 61
  • 62
  • 63
  • 64
  • 65
  • 66
  • 67
  • 68
  • 69
  • 70
  • 71
  • 72
  • 73
  • 74
  • 75
  • 76
  • 77
  • 78
  • 79
  • 80
  • 81
  • 82
  • 83
  • 84
  • 85
  • 86
  • 87
  • 88
  • 89
  • 90
  • 91
  • 92
  • 93
  • 94
  • 95
  • 96
  • 97
  • 98
  • 99
  • 100

drawCurve(280,dis_hr)；LCD画波形，第一个参数是LCD显示起始位置，第二个是波形的数值

void drawCurve(int coord_x,short int rawValue)  
{
	//coord_xLCD显示起始位置坐标
	u16 x,y;
	int rawValue_value;
	rawValue_value = rawValue*280;//rawValue_value波形高度，280可修改
	y = coord_x - rawValue_value/280;  	//数据处理代码
	//这里之所以是120-rawValue/280，与屏幕的扫描方向有关，如果出现上下颠倒的情况，可以改成120 + 
	if(firstPoint){//如果是第一次画点，则无需连线，直接描点即可
		ILI9341_SetPointPixel(10,y);
		lastX=0;
		lastY=y;
		firstPoint=0;
	}
	else{
		x=lastX+1;
		if(x<240){  //不超过屏幕宽度
			ILI9341_DrawLine(lastX,lastY,x,y);
			lastX=x;
			lastY=y;
		}
		else{  //超出屏幕宽度，清屏，从第一个点开始绘制，实现动态更新效果
			ILI9341_Clear(0,0,LCD_X_LENGTH,LCD_Y_LENGTH);	/* 清屏，显示全黑 */
			ILI9341_SetPointPixel(10,y);
			lastX=0;
			lastY=y;
		}
  }
}

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6
  • 7
  • 8
  • 9
  • 10
  • 11
  • 12
  • 13
  • 14
  • 15
  • 16
  • 17
  • 18
  • 19
  • 20
  • 21
  • 22
  • 23
  • 24
  • 25
  • 26
  • 27
  • 28
  • 29

总结

  基于STM32的血氧仪控制系统是一个适合初学者的STM32设计，本系统设计包含了GPIO的配置、ESP8266的配置与使用、传感器MAX30102的使用、按键中断、串口发送信息、LCD显示等的使用。本系统主要部分即心率血氧采集和WiFi数据传输，比较适合初学者学习理论知识后对知识的总结和融会贯通。

下载

  下载包所含基于STM32的血氧仪控制系统程序一份，流程图、原理图若干。
在这里插入图片描述
下载地址：http://cloud.tao-space.top/基于stm32的心率血氧检测报警系统/

声明：本文内容由网友自发贡献，不代表【wpsshop博客】立场，版权归原作者所有，本站不承担相应法律责任。如您发现有侵权的内容，请联系我们。转载请注明出处：https://www.wpsshop.cn/w/2023面试高手/article/detail/560364
推荐阅读
相关标签

Copyright © 2003-2013 www.wpsshop.cn 版权所有，并保留所有权利。

  

闽ICP备14008679号