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标准版 【毕设】基于STM32的心率血压手表

简介:随着社会的不断发展,生活水平越来越好,大家也越来越关注健康问题。计步器是一种便携式反映人体状况的仪器,通过计算行走的步数和所消耗的能量,很有效反映人体健康的状态,所以受到了很多人的喜爱和欢迎

开源协议: GPL 3.0

发布时间: 2022-08-31 14:38:28
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描述

可以去我的Github上看看!!点个关注再去(圈粉)🦢

如果你有啥问题可以通过两个途径联系到我们

QQ交流群:864884014

个人博客:https://hinuohui.com/

Github开源地址:https://github.com/Nuozhihui/Health_watch_STM32

 

 

 

传感器监测到数据之后,在屏幕上以曲线加数字的方式显示出检测者的血氧和心率数据。同时LED指示灯和蜂鸣器根据心率数据闪烁和发出声音。如果未监测到数据,蜂鸣器常响警报。

MAX30100是一种非侵入式集成的脉搏血氧饱和度和心脏速率监视传感器的解决方案。

硬件组成

主控芯片使用的是大家用的最多的MCU——STM32F103C8T6,ARM Cortex-M 内核32位,程序存储器容量是64KB,内部还集成了模数转换器A/D 10*12b。

测量传感器使用的是MAX30100,能够读取心率、血氧的传感器,通信方式是通过IIC进行通信。两个发光二极管,一个光检测器,优化光学和低噪声的仿真信号处理,以检测脉搏血氧饱和度和心脏速率信号。只需要将手指头紧贴在传感器上,就能估计脉搏血氧饱和度(SpO2)及脉搏(相当于心跳)。但是现在MAX30100已经停产了,可以使用MAX30102替代。 

(1)信息采集部分:主要是通过心率传感器检测当前人体的心率,并且我们可以通过ADXL345三轴传感器采集当前行走的步数。

 (2)单片机控制中心:采用STM32单片机系统,它是本系统的核心部分,主要功能是监控键盘状态。处理键盘输入的操作信息

3)液晶显示:本次设计所有的信息我们都是通过OLED液晶显示屏来显示,这样方便人们随时进行观察

四、实现功能要求

1.   ADXL345进行步数采集

2.   DS18B20温度采集

3.   心率传感器检测

4.   DS1302时钟芯片

5.   HC05蓝牙无线通信部分

6.   OLED液晶显示

7.   按键设置

8.   单片机数据处

 

硬件构成

  • STM32单片机+OLED液晶显示+按键设置
  • MAX30102心率血氧+DS1302时钟模块
  • HC05蓝牙+ADXL345+DS18B20温度


功能描述
1. OLED液晶显示当前时间,心率血氧,体温,步数
2. 通过DS1302显示当前时间,井且具有掉电行是功能
3. MAX30102模块检测当前心率和血氧
4.DS18B20检测当前温度或者是体温
5. ADXL3轴传感器采集当前行走步数,并且具有掉电保存功能
6. 通过HC05蓝牙模块把当前数据无线传输到手机端进行显示
7.第一个按键进行 设置,第二个按键加,第三个按键减
8.第四个一键清除当前行走步数

框图:

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初板:

 

 

MAX30102

MAX30102是一个集成的脉搏血氧仪和心率监测仪生物传感器的模块。它集成了一个红光LED和一个红外光LED、光电检测器、光器件,以及带环境光抑制的低噪声电子电路。MAX30102采用一个1.8V电源和一个独立的5.0V用于内部LED的电源,应用于可穿戴设备进行心率和血氧采集检测,佩戴于手指、耳垂和手腕等处。标准的2C兼容的通信接口可以将采集到的数值传输给ArduinoKL25Z等单片机进行心率和血氧计算。此外,该芯片还可通过软件关断模块,待机电流接近为零,实现电源始终维持供电状态。正因为其优异的性能,该芯片被大量应用在了三星  Galaxy S7  手机。与前代产品  MAX30100  相比  (MAX30100  目前已经停产淘汰  )  MAX30102  集成了玻璃盖可以有效排除外界和内部光干扰,拥有最优可靠的性能。

接口说明     

VIN  LED电源输入端,也是I2C总线上拉电平,建议接3.3V或者5V   

SCL  :接I2C总线的时钟     

SDA :接 I2C总线的数据     

INT MAX30102芯片的中断引脚     

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  :接地线

  传统的脉搏测量方法主要有三种:一是从心电信号中提取;二是从测量血压时压力传感器测到的波动来计算脉率;三是光电容积法。前两种方法提取信号都会限制病人的活动,如果长时间使用会增加病人生理和心理上的不舒适感。而光电容积法脉搏测量作为监护测量中最普遍的方法之一,其具有方法简单、佩戴方便、可靠性高等特点。     光电容积法的基本原理是利用人体组织在血管搏动时造成透光率不同来进行脉搏和血  氧饱和度测量的。其使用的传感器由光源和光电变换器两部分组成,通过绑带或夹子固定  在病人的手指、手腕或耳垂上。光源一般采用对动脉血中氧合血红蛋白(  HbO2  )和血红蛋  白(  Hb  )有选择性的特定波长的发光二极管(一般选用  660nm  附近的红光和  900nm  附近的  红外光)。当光束透过人体外周血管,由于动脉搏动充血容积变化导致这束光的透光率发  生改变,此时由光电变换器接收经人体组织反射的光线,转变为电信号并将其放大和输  出。由于脉搏是随心脏的搏动而周期性变化的信号,动脉血管容积也周期性变化,因此光  电变换器的电信号变化周期就是脉搏率。同时根据血氧饱和度的定义,其表示为:                 

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MAX30102  本身集成了完整的发光  LED  及驱动部分,光感应和  AD  转换部分,环境光干  扰消除及数字滤波部分,只将数字接口留给用户,极大地减轻了用户的设计负担。用户只 需要使用单片机通过硬件 I2C或者模拟I2C接口来读取  MAX30102  本身的FIFO  ,就可以得到转换后的光强度数值,通过编写相应算法就可以得到心率值和血氧饱和度。

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光电容积法的主要的工作原理是根据人体组织在血管搏动时造成透光率不同来进行脉搏测量,可以通过测量手指、耳垂等地方直接进行检查,检测速度快,方便,精度高。查询文献知道560nm波长左右的波长可以反映皮肤浅部微动脉信息,适合用来提取脉搏信号。传感器采用了峰值波长为515nm的绿光LED,型号为AM2520,而光接收器采用了APDS-9008,这是一款环境光感受器,感受峰值波长为565nm,两者的峰值波长相近,灵敏度较高。此外,由于脉搏信号的频带一般在0.05~200Hz之间,信号幅度均很小,一般在毫伏级水平,容易受到各种信号干扰[10]。在传感器后面使用了低通滤波器和由运放MCP6001构成的放大器,将信号放大了330倍,同时采用分压电阻设置直流偏置电压为电源电压的1/2,使放大后的信号可以很好地被单片机的AD采集到。

对于光电采集主要是通过研究芯片手册和示波器进行抓取,因为血液在流通的过程中是以波的形式从主动脉扩散到其他动脉中。根据郎伯-比尔(Lambertbeer)定律,物质在一定波长处的吸光度和它的浓度成正比,当恒定波长的光照射到人体组织上时,通过人体组织吸收、反射、衰减后测量到的光强在一定程度上反映了被照射部位组织的结构特征。血液是高度不透明的液体,光在一般组织中的穿透性要比在血液中大几十倍。一般情况下,当光子穿越介质时,因能量被吸收而导致的强度衰减可描述为式

                          I=I0e-a×ε                                                                        

式中是入射光强,是与组织结构相关的吸收系数(哺乳动物的值在0.1100之间),是沿光轴方向的坐标长度。

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血氧饱和度(SaO2)是反应血液中氧合血红蛋白含量的个参数,是氧合血红蛋白(HbO2)的容量占全部可结合的血红蛋白(Hb)容量的百分比,它是呼吸循环的重要生理参数。临床上通过监测动脉血氧饱和度(SaO2)对肺的氧合和血红蛋白携氧能力进行估计。血氧浓度的测量通常分为电化学法和光学法两类。电化学分析法需行人体采血,再用血气分析仪测出血氧分压P02从而计算出血氧饱和度,这是一种有创测量方法,且不能进行连续的监测。而光学测量法是采用光电传感器的无创方法,它是基于动脉血液对光的吸收量随动脉博动而变化的原理来测量的,故将这种测量结果叫做脉搏血氧饱和度。基础研究表明,氧合血红蛋白和去氧合血红蛋白对不同波长入射光有着不同的吸收率,而皮肤、肌肉、骨骼和静脉血等其他组织对光的吸收是恒定不变的。当用两种特定波长的光线照射组织时,运用Lambert-Bear定律并根据血氧饱和度的定义可推出动脉血氧饱和度的近似公式为:

SaO2=a+bR                       

式中:R为两种波长光线吸收率之比,ab为常数,与仪器传感器结构、测量条件有关。实际应用中因为组织是一个各向异性、强散射、弱吸收的复杂光学介质, 无法单纯以一个简单公式直接获取血氧饱和度,一般是通过测量双光束吸收率之比R,然后通过经验吸收比/定标曲线最终获取氧饱和度。而在选择双光束波长时,一般选择入射光波长为660nm940nm也可以通过示波器来进行采集。

 

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参考:https://blog.csdn.net/weixin_30268921/article/details/99079442

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