原標(biāo)題：基于STM32F103C8T6的心率血壓手表設(shè)計(jì)方案

基于STM32F103C8T6+MAX30102/MAX30100測(cè)量傳感器的心率血壓手表設(shè)計(jì)方案

1. 引言

心率和血壓是人體健康的重要指標(biāo)，隨時(shí)隨地監(jiān)測(cè)這些參數(shù)對(duì)于預(yù)防心血管疾病至關(guān)重要。本文設(shè)計(jì)了一款基于STM32F103C8T6主控芯片和MAX30102/MAX30100傳感器的智能手表，用于測(cè)量心率和血壓。

2. 主要組件介紹

2.1 STM32F103C8T6

STM32F103C8T6 是一款基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的32位微控制器。其特點(diǎn)包括：

• 72 MHz的工作頻率

• 64 KB的Flash存儲(chǔ)器和20 KB的SRAM

• 多種接口（如USART、I2C、SPI、ADC等）

• 低功耗和高性能的特點(diǎn)使其非常適合應(yīng)用于便攜式設(shè)備

在本設(shè)計(jì)中，STM32F103C8T6作為主控芯片，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、處理、顯示和傳輸?shù)裙δ堋?/span>

2.2 MAX30102/MAX30100

MAX30102和MAX30100是用于心率和血氧飽和度檢測(cè)的光學(xué)傳感器。它們集成了紅外發(fā)射器和光電二極管，通過(guò)光電容積脈搏波描記法（PPG）來(lái)測(cè)量心率和血氧飽和度。

MAX30102的特點(diǎn)：

• 支持心率和血氧飽和度測(cè)量

• 低功耗，適合便攜式設(shè)備

• 數(shù)字輸出，易于與微控制器連接

MAX30100的特點(diǎn)：

• 主要用于心率測(cè)量

• 功能較MAX30102稍弱，但成本更低

在本設(shè)計(jì)中，MAX30102/MAX30100負(fù)責(zé)心率和血氧數(shù)據(jù)的采集。

3. 硬件設(shè)計(jì)

3.1 硬件框圖

硬件設(shè)計(jì)包括以下模塊：

• 主控模塊：STM32F103C8T6

• 傳感器模塊：MAX30102/MAX30100

• 顯示模塊：OLED顯示屏

• 電源模塊：鋰電池及充電電路

• 通信模塊：藍(lán)牙模塊（如HC-05）

3.2 連接方式

1. 主控芯片與傳感器： MAX30102/MAX30100通過(guò)I2C接口與STM32F103C8T6連接。

2. 主控芯片與顯示屏： OLED顯示屏通過(guò)SPI或I2C接口與STM32F103C8T6連接。

3. 主控芯片與通信模塊： 藍(lán)牙模塊通過(guò)USART接口與STM32F103C8T6連接。

3.3 電源設(shè)計(jì)

電源模塊需要提供3.3V的穩(wěn)定電壓，可以通過(guò)鋰電池供電，并配備充電電路，如TP4056芯片，實(shí)現(xiàn)便攜和可充電功能。

4. 軟件設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)架構(gòu)

軟件部分包括以下幾個(gè)模塊：

• 數(shù)據(jù)采集模塊

• 數(shù)據(jù)處理模塊

• 顯示模塊

• 通信模塊

• 低功耗管理模塊

4.2 數(shù)據(jù)采集

通過(guò)I2C接口從MAX30102/MAX30100傳感器讀取心率和血氧飽和度數(shù)據(jù)。傳感器會(huì)周期性地采集光學(xué)信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

#include "stm32f1xx_hal.h"

#define MAX30102_ADDR 0x57

I2C_HandleTypeDef hi2c1;

uint8_t readMax30102(uint8_t reg) {
    uint8_t value;
    HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, MAX30102_ADDR << 1, reg, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &value, 1, 1000);
    return value;
}

4.3 數(shù)據(jù)處理

心率數(shù)據(jù)的處理包括去噪、濾波和脈搏檢測(cè)算法。常用的算法有峰值檢測(cè)和快速傅里葉變換（FFT）等。

#include <math.h>

void processHeartRate(uint8_t *data, int length) {
    // 假設(shè)data為從傳感器讀取的原始數(shù)據(jù)
    // 此處添加濾波算法和脈搏檢測(cè)算法
}

4.4 數(shù)據(jù)顯示

OLED顯示屏用于實(shí)時(shí)顯示心率和血氧數(shù)據(jù)。

#include "ssd1306.h"

void displayData(uint16_t heartRate, uint8_t spo2) {
    char buffer[16];
    sprintf(buffer, "HR: %d bpm", heartRate);
    ssd1306_SetCursor(0, 0);
    ssd1306_WriteString(buffer, Font_7x10, White);
    sprintf(buffer, "SpO2: %d %%", spo2);
    ssd1306_SetCursor(0, 20);
    ssd1306_WriteString(buffer, Font_7x10, White);
    ssd1306_UpdateScreen();
}

4.5 通信模塊

通過(guò)藍(lán)牙模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞謾C(jī)APP，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線監(jiān)測(cè)。

#include "usart.h"

void sendDataToPhone(uint16_t heartRate, uint8_t spo2) {
    char buffer[32];
    sprintf(buffer, "HR:%d,SpO2:%d
", heartRate, spo2);
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)buffer, strlen(buffer), 1000);
}

5. 低功耗設(shè)計(jì)

為了延長(zhǎng)手表的使用時(shí)間，必須實(shí)現(xiàn)低功耗設(shè)計(jì)。STM32F103C8T6支持多種低功耗模式，如睡眠模式和停止模式。傳感器和其他外設(shè)在不需要時(shí)也應(yīng)進(jìn)入低功耗狀態(tài)。

void enterLowPowerMode(void) {
    HAL_SuspendTick();
    HAL_PWR_EnterSLEEPMode(PWR_MAINREGULATOR_ON, PWR_SLEEPENTRY_WFI);
}

void exitLowPowerMode(void) {
    HAL_ResumeTick();
}

6. 結(jié)論

通過(guò)本文的設(shè)計(jì)方案，可以實(shí)現(xiàn)一款基于STM32F103C8T6和MAX30102/MAX30100的智能手表，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)心率和血氧飽和度。該設(shè)計(jì)具有低功耗、高精度和便攜性等優(yōu)點(diǎn)，為個(gè)人健康監(jiān)測(cè)提供了便捷的解決方案。未來(lái)可以進(jìn)一步優(yōu)化算法和硬件設(shè)計(jì)，提升測(cè)量精度和用戶(hù)體驗(yàn)。