代码收藏家 基于STM32的心率血氧检测报警系统设计与实现
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。
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：
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：
WiFi运行逻辑图：
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
}
}
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);
}
}
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 () );
}
}
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;
}
}
}
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。
下载地址1：http://cloud.tao-space.top/2023/05/28/13/595/
