基于STM32单片机的心率血氧监测系统设计（STM32代码编写+手机APP设计+PCB设计+Proteus仿真）

系列文章目录

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前言

本文设计出一款基于STM32单片机的心率血氧值监测系统。
主要功能如下：

1、检测人体的心率和血氧值。

2、按键调节阈值，超出阈值声光报警。

3、阈值保存到AT24C02，掉电不丢失，实现数据永久化存储。

4、显示屏实时显示数据。

5、通过ESP8266连接 机智云平台，实现单片机-手机APP交互。

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1 资料获取与演示视频

1.1 资料介绍

1.2 资料获取

完整资料获得链接：
咸鱼：【胜磊电子】基于STM32单片机的心率血氧监测系统设计（STM32代码编写+手机APP设计+PCB设计+Proteus仿真）

淘宝：【胜磊电子】基于STM32单片机的心率血氧监测系统设计（STM32代码编写+手机APP设计+PCB设计+Proteus仿真）

1.3 演示视频

哔哩哔哩：【胜磊电子】基于STM32单片机的心率血氧监测系统设计（STM32代码编写+手机APP设计+PCB设计+Proteus仿真）

2 系统框架

系统框架如图所示：

单片机整体框图：

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3 硬件

3.1 主控制器

主控制器选择STM32F103C8T6，在淘宝上买的，如下图所示：

STM32F103C8T6 是意法半导体（ST）推出的一款基于 ARM Cortex-M3 内核的 32 位微控制器，以下从其性能参数、功能特性、应用领域等方面进行介绍：

主频
最高可达 72MHz，具备 1.25DMIPS/MHz 的运算能力，能够快速处理各种指令和任务。
内核处理器：采用 ARM Cortex-M3 内核，具有高性能、低功耗的特点，支持 Thumb-2 指令集，能够高效地执行各种指令。

存储
拥有 64KB 的 Flash 存储器，用于存储程序代码和常量数据；20KB 的 SRAM，用于存储运行时的变量和临时数据。

丰富的外设接口
USART：集成了 3 个 USART（通用同步异步收发器）接口
SPI:2 个 SPI（串行外设接口）接口
I2C:2 个 I2C（Inter-Integrated Circuit）接口
USB: 1 个 USB 2.0 全速接口

定时器
包含 7 个定时器，其中包括 4 路 PWM 输出，可用于脉冲宽度调制、输入捕获、输出比较、正交编码器接口等功能，广泛应用于电机控制、脉冲信号生成等领域。

ADC（模数转换器）
内置 2 个 12 位 ADC，转换时间仅为 1μs，具有 10 个通道，可对多路模拟信号进行快速采样转换，适用于各种需要采集模拟信号的场景，如传感器数据采集等。

时钟系统
内置 4-16MHz 的高速内部时钟（HSI）和 32KHz 的低速内部时钟（LSI），也可通过外部晶振提供更高精度的时钟源，通常包括一个 8MHz 的高速外部时钟（HSE）和一个 32.768KHz 的低速外部时钟（LSE），为芯片内部各个模块提供精确的时钟信号，确保它们能够同步工作。

其他功能
集成了看门狗定时器、CRC 计算单元、RTC 实时时钟、SysTick 定时器、DMA（Direct Memory Access）控制器等，进一步增强了芯片的功能和可靠性。支持 JTAG（Joint Test Action Group）和 SWD（Single Wire Debug）调试接口，方便开发人员连接调试器进行程序调试和下载，提高开发效率。

3.2 显示屏

使用1.8寸显示屏，分辨率128*160。如图，

1.8寸彩屏，支持16BIT RGB 65K彩色显示，显示色彩丰富

128X160分辨率，显示清晰

采用SPI串行总线，只需几个IO即可点亮显示

带SD卡槽方便功能扩展

军工级工艺标准,长期稳定工作

3.3 WIFI模块

WIFI模块使用ESP8266，如图，

ESP01S 是一款基于乐鑫 ESP8266EX 芯片的低成本、低功耗 Wi-Fi 模块，专为物联网（IoT）和嵌入式系统设计。
以下是其详细介绍：

核心架构与性能
处理器：采用 32 位 Tensilica L106 RISC 处理器，主频支持 80MHz 或 160MHz，集成 TCP/IP 协议栈，可直接运行用户程序。
内存配置：
闪存（Flash）：提供 1MB 或 4MB 两种版本（具体型号差异），用于存储固件和用户代码。
RAM：64KB，支持程序运行和数据缓存。
通信协议：支持 802.11b/g/n 标准，数据传输速率最高 4Mbps，覆盖 2.4GHz 频段，支持 STA、AP、STA+AP 三种工作模式。
硬件资源与接口
引脚定义：
供电：3.0V~3.6V（推荐 3.3V），传输电流 170mA，接收电流 56mA。
通信：UART 接口（TXD/RXD），支持 AT 指令交互，波特率默认 115200bps。
GPIO：提供 2 个可编程引脚（GPIO0、GPIO2），可用于控制外设（如 LED、继电器）或传感器输入。
其他：CH_PD（使能引脚，高电平有效）、RST（复位引脚）。
扩展能力：
PWM：部分引脚支持 PWM 输出，用于电机调速或灯光控制。
I²C/SPI：需通过外部扩展芯片（如 PCF8574、MCP23017）实现。
低功耗特性
工作模式：
活跃模式：传输时电流约 170mA，接收时 56mA。
睡眠模式：
轻睡眠：电流约 10mA，保留网络连接。
深度睡眠：电流低至 20μA，适用于电池供电设备。
唤醒方式：支持定时唤醒、GPIO 触发唤醒或 UART 数据唤醒。
应用场景
智能家居：通过 Wi-Fi 连接控制灯光、空调、门锁等设备。
环境监测：采集温湿度、空气质量等数据并上传至云端。
工业自动化：远程监控设备状态，实现无线数据传输。
智能农业：监测土壤湿度、光照等参数，优化种植管理。

3.4心率血氧传感器

心率血氧传感器使用MAX30102，如图：

产品介绍：
MAX30102是一个集成的脉搏血氧仪和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灯源。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。标准和I2X兼容的通信接口可以将采集到的数值传输给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0，实现电源始终维持供电状态。
工作原理：
1.光溶积法: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
2.光源:采用对动脉血中氧合血红蛋白(Hb02)和血红蛋白.(Hb)有选择性的特定波长的发光二极管
3.透光率转化为电信号动脉搏动充血容积化导到光的透光率发生改变,此时由光电变换接收经人体组织反射光线,转变为电信号并将其放大和输出。

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4 设计PCB

直接使用上述模块，线路非常杂乱，因此，我们需要自己设计一块PCB底板。开发工具使用立创EDA。

相关资料已经放在本文第一节。

4.1 安装下载立创EDA专业版

4.2 画原理图

4.3 摆放元器件，设计规则，泪滴，铺铜。

4.4 使用嘉立创下单助手进行下单，打板。

4.5 实物图

实物如图：

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5 软件设计

5.1 编写STM32单片机代码

工程目录如图所示：

5.2 设计手机客户端

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6 proteus仿真

本系统使用proteus8.17进行仿真测试。

完整视频请看本文1.3 演示视频

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7 实验测试

7.1 准备

1、准备好硬件实物，接好传感器和其他外设。
2、将TFT LCD插在底板响应位置。
3、ESP8266插在相应位置。
4、在手机端安装机智云APP。
5、上电

7.2 烧录软件

下载代码需要提前安装好MDK环境，准备好SWD下载器，在MDK中进行“LOAD”下载。

7.3 实验验证

1、 proteus仿真测试

2、监测心率和血氧测试

3、按键调节阈值报警测试

4、AT24C02永久存储测试

5、手机客户端测试

演示视频：

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总结

以上，就是基于STM32单片机的心率血氧监测系统设计，包含实物，仿真、PCB，手机APP等，并对每个环节进行了详细测试。