摘  要

血氧饱和度是人体生理参数检测的一个重要指标。但是传统的血氧监测仪造价成本太高，只适合于医院等大型场所使用。因此，设计一个家用或者是个人使用的小型脉搏血氧监测系统有很大的现实意义。

设计主要是利用心率传感器来检测当前心率和血氧。此款设计最大的特点是读取心率速度快，不需要像传统的仪器需要进行长时间检测和比较麻烦的穿戴等而且体积较小，精度较高。设计以STM32F103单片机为主控单元，从实际综合角度考虑，采用MAX30102血氧模块来获取当前的血氧和心率值，通过按键设置当前血氧上限和下限，心率上限，蜂鸣器就会进行报警提示。LCD1602液晶显示屏用来显示当前心率和血氧值。整个系统设计体积十分小巧，数据采集方便。

关键词：32单片机；心率；血氧；报警

绪论

伴随随着的科技快速发展，微电子行业的应用在各行各业中大展风采。适合微控制的行业也越来越多，导致了单片机在各行各业中也被广泛的使用，医院血氧心率采集往往要2种方式进行采集，在采集的过程中步奏时分繁琐，复杂这样得到的数据存在误差，而且极大的浪费时间。比如在机场或者是医院等人数比较多的地方进行心率检测，这需要花费大量的时间和人力。而且大多数采用的器件都比较昂贵，维护和安装起来麻烦。而本次设计利用简单的模块进行组合，单片机进行数据处理实现了对心率血样温度检测系统设计，这款设计采集非常快捷，精确高非常适合在在采集样本比较多的地方。

设计目的

在医院或者是健康体检中心等地方，对于人体检测和心律这一项是必不可少的，但是通过实际的观察发现这些检查的仪器成本都很高，检测的时间也比较复杂，如果病人需要检测必须要到医院进行检查，不但浪费病人的时间，而且费用也很高，十分不便。该设计就是针对于这些情况进行详细的介绍和说明。为了减少用户花费的成本和时间，该设计主要从一下几个方面进行考虑。

（1）如何通过模块进行信息处理，检测到当前用户心律和血氧值。

（2）整个系统在工作的时候稳定，符合当前用户要求。

（3）成本较低，维护起来比较方便。

（4）使用简单易懂，人机交互性较强。

通过对上面的需求进行分析，采用STM32F103单片机和心律模块为主要器件，液晶显示相关信息，来设计一款家用式的心律血氧采集仪器，来针对当前用户检测心律血氧费用高，检测过程复杂的问题。

单片机类型选择

方案一：可以使用现在比较主流的单片机STC89C5单片机进行数据处理。这款单片机具有的特点是内存和51的单片机相比多了4KB内存，但是价格和51单片机一样。并且支持数据串行下载和调试助手。此款单片机是有ATMEL公司生产，可用5V电压编程，而且擦写时间仅需l0ms。STC89C5芯片提供三级程序存储器加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿制。P0口是三态双向口，通称数据总线口，因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。

方案二：STM32103基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核。时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品；内置32K到128K的闪存，闪存执行代码，STM32功耗36mA，是32位市场上功耗最低的产品，相当于0.5mA/MHz。

STM32有4个p口;SPI-NSS片选，使能。

SPI-MISO数据输出；SPI-SCK时钟线；SPI-MOSI数据输入。

比较这两种方案，因为STM32是带有丰富的库文件，指令集较多，综合考虑单片机的各部分资源和作为学生能够获得的资源，经过对比此次设计要求，选择用STM32系列芯片完成。而且学校也提供了相应的硬件操作平台，实际操作起来比较方便，故STM32F103C8T6为更合理的选择。

一、硬件方案

硬件构成：STM32F103单片机+LCD1602液晶显示+蜂鸣器声光报警+功能按键+MAX102心率血氧模块

二、设计功能

1、LCD1602液晶显示当前血氧浓度和心率

2、按键设置血氧上限和下限

3、按键设置心率上限

4、当血氧、心率不在我们设置的范围内，蜂鸣器进行声光报警

三、实物图 

 

 

STM32STM32概述
        STM32系列是为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核。按性能分成两个不同的系列：“增强型”STM32F103系列和“基本型”STM32F101系列。增强型系列的时钟频率能达到72MHz，是同类产品中频率最高的；基本型的时钟频率为36MHz，用16位产品一样的价格得到比16位产品更大的性能，是16位产品的最好选择。两个系列都有内置的32K到128K的闪存，不同的是SRAM的最大容量和外设接口的组合。时钟频率为72MHz时，从闪存执行代码来看，STM32功耗36mA，是32位市场上功耗最低的产品，相当于0.5mA/MHz[6]。
以STM32103C8T6单片机为处理器，该单片机为32位处理器。内核为Cortex-M3，其并行总线结构，嵌套中断向量控制单元，调试系统和它标准的存储映射。嵌套中断向量控制器（Nested Vector Interrupt Controller,简称NVIC）是Cortex-M3处理器中一个比较关键的组件，它为基于Cortex-M3的微控制器提供了标准的中断架构和优秀的中断响应能力，为超过240个中断源提供专门的中断入口，而且可以为每个中断源赋予单独的优先级。采用NVIC可以达到非常快的中断响应速度，从收到中断请求到执行中断服务的第一条指令仅需12个周期。这种极快的响应速度一方面得益于Cortex-M3内核对堆栈的自动处理机制，这种机制是通过固化在CPU内部的微代码实现的。另一方面，在中断请求连续出现的情况下，NVIC使用一种称为“尾链”的技术，使连续而来的中断可以在6个时钟周期内得到服务。在中断的压栈阶段，更高优先级的中断可以不耗费任何额外的CPU周期就能完成嵌入低优先级中断的动作。具体的细节后面我会继续总结的。用户可以通过设置CPU自动进入低功耗状态，而使用中断来将其唤醒，CPU在中断时间来临之前会一直保持睡眠状态[7]。
　　Cortex-M3的CPU支持两种运行模式：线程模式（Thread Mode）与处理模式（Handler Mode）并且需要注意的是，这两种模式都拥有各自独立的堆栈。这种设计使得开发人员可以进行更为精密的程序设计，对实时操作系统的支持也就更好了。Cortex-M3处理器还包含了一个24位可自动重装载定的定时器，可以为内核（RTOS）提供一个周期中断。
在指令集方面，ARM7和ARM9都有两种指令集（32位指令集和16位指令集），而Cortex-M3系列处理器支持Thumb-2指令集。由于Thumb-2指令集融合了Thumb指令集和ARM指令集，使得32位指令集的性能和16位指令集的代码密度之间取得了平衡[5]。 专业嵌入式、单片机技术实训。而且，ARM Thumb-2 专门为C/C++编译器设计，这就意味着Cortex-M3系列处理器的开发应用可以全部在C语言环境中完成。
　　STM32微控制器的推出标志着ST公司在两条产品主线（低价位主线和高性能主线）上迈出了重大一步。STM32最初发布时有14个不同型号，分为两个版本：最高CPU时钟为72MHZ的“增强型”和最高CPU时钟为36MHZ的“基本型”。这些不同STM32型号里内置的Flash最大可达128KB，SRAM最大为20KB，在STM32发布之初，配置更大Flash,RAM和更复杂外设的版本就已经在规划之中了。不管是什么版本，什么型号的STM32器件，它们在引脚功能和应用软件上是兼容的。这就使得开发人员在使用STM32系列微控制器时，不必改动PCB就可以根据需要随意更换器件型号。乍一看STM32的设备配备，与往日熟悉的51单片机倒有几分相似。一般，STM32都会配备常见外设，诸如多通道ADC,通用定时器，I2C总线接口，SPI总线接口，CAN总线接口，USB控制器，实时时钟RTC等。但是，它的每一个外部设备都具有独特之处。例如，12位精度的ADC具备多种转换模式，并带有一个内部温度传感器，带有双ADC的STM32器件，还可以使两个ADC同时工作，从而衍生出了更为高级的9种转换模式；STM32的每一个定时器都具备4个捕获比较单元，而且每个定时器都可以和另外的定时器联合工作以生成更为精密的时序；STM32有专门为电机控制而设的高级定时器，带有6个死区时间可编程的PWM输出通道，同时其带有的紧急制动通道可以在异常情况出现时，强迫PWM信号输出保持在一个预订好的安全状态；SPI接口含有一个硬件CC8单元，支持8位字节和16位半字数据的CC8计算。在对SD或MMC等存储介质进行数据存取时相当有用。而且，STM32还包含了7个DMA通道。没恶搞通道都可以用来在设备与内存之间进行8位，16位，32位数据的传输。每个设备都可以向DMA控制器请求发送或者接收数据。STM32内部总线仲裁器和总线矩阵将CPU数据接口和DMA通道之间的连接大大的简化了，这就意味着DMA通道单元是很灵活的其使用方法简单，足以应付微控制器应用中常见的数据传输要求。
 

四、原理图

在本设计做的过程中，硬件和软件方面都遇到了许多问题，但是相比于软件，在硬件方面还是比较快解决的方面，因为硬件是比较容易检查出来错误的，软件比较晦涩难懂，还是有一定难度。
在硬件调试问题上，首先焊接好了元器件实物板后，先用万用表测量这个工业板子的电源方面，电源方面是最重要的问题，应该是特别需要检查的地方，以防止电源的短路和正负极的错误。然后在仔细检查电路的连接是否有问题，或者有没有虚焊或者没有焊接到的地方，然后核对一下元器件的安装是否有问题，安装上去是否符合规定，由于已经是大学四年都是做过了很多实训过来了，对于这些还是游刃有余的，但是在上机调试后还是发现了很多的问题。

 

五、PCB图

在本设计做的过程中，硬件和软件方面都遇到了许多问题，但是相比于软件，在硬件方面还是比较快解决的方面，因为硬件是比较容易检查出来错误的，软件比较晦涩难懂，还是有一定难度。
在硬件调试问题上，首先焊接好了元器件实物板后，先用万用表测量这个工业板子的电源方面，电源方面是最重要的问题，应该是特别需要检查的地方，以防止电源的短路和正负极的错误。然后在仔细检查电路的连接是否有问题，或者有没有虚焊或者没有焊接到的地方，然后核对一下元器件的安装是否有问题，安装上去是否符合规定，由于已经是大学四年都是做过了很多实训过来了，对于这些还是游刃有余的，但是在上机调试后还是发现了很多的问题。

 

六、程序源码  

Keil 5是美国Keil Software公司出品的51和STM32系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、链接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（μVision）将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。

 

 

资料包括：

 

流程图：

 

原理图文字讲解： 

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