基于STC15單片機的心率檢測系統設計

（南昌大學信息工程學院 江西 南昌 330000）

1.設計背景

隨著社會的發展，人們越來重視生活的質量，也越來越關心自身的健康狀況。人體的脈搏心跳頻率及血樣濃度是生物醫學信號中非常重要的特征，可以反映出人的身體狀況。當前，我國的心腦血管疾病仍呈逐年上升趨勢。它的發病率和死亡率均居各種疾病之首，是人類死亡的主要原因之一。因此，認識、預防及早期發現這些疾病是十分必要的，而人體內部各個生理系統之間是相互耦合的。心率波顯示出的形態、強度等信息能間接的反映出人們當前的身體狀況，因此對心率波的分析有很高的醫學價值和應用前景。

隨著集成芯片的發展，電子產品的體積越來越小，各種可穿戴的電子產品應運而生，尤其是智能手環的使用。人們可以通過記錄觀察數據來快速有效的獲取自己當前的身體狀況。隨著科學技術的發展，心率測量技術也越來越先進，對心率的測量精度也越來越高，國內外先后研制了不同類型的心率測量儀，也在多個領域被廣泛應用。

2.系統硬件設計

圖1 系統硬件框圖

2.1 心率血氧傳感模塊。傳統的脈搏測量方法主要有三種：一是從心電信號中提取；二是從測量血壓時壓力傳感器測到的波動來計算脈率；三是光電容積法。前兩種方法提取信號都會限制人的活動，如果長時間使用會增加病人生理和心理上的不舒適感。而光電容積法脈搏測量作為監護測量中最普遍的方法之一，其具有方法簡單、佩戴方便、可靠性高等特點。光電容積法的基本原理是利用人體組織在血管搏動時造成透光率不同來進行脈搏和血氧飽和度測量的。其使用的傳感器由光源和光電變換器兩部分組成，光源一般采用對動脈血中氧合血紅蛋白（HbO2）和血紅蛋白（Hb）有選擇性的特定波長的發光二極管當光束透過人體外周血管，由于動脈搏動充血容積變化導致這束光的透光率發生改變，此時由光電變換器接收經人體組織反射的光線，轉變為電信號并將其放大和輸出。由于脈搏是隨心臟的搏動而周期性變化的信號，動脈血管容積也周期性變化，因此光電變換器的電信號變化周期就是脈搏率。同時根據血氧飽和度的定義，其表示為：

本設計采用MAX30102心率血氧傳感器芯片。它集成了一個紅光LED、一個紅外光LED、光電檢測器以及帶環境光抑制的低噪聲的電子線路。它可以很便捷的佩戴于手指、耳垂和手腕等地方，通過標準的IIC通信即可將采集到的數據傳送給單片機進行數據處理。

2.2 溫濕度傳感模塊。DHT11數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器，它應用于專用的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，有著極高的可靠性和穩定性，抗干擾，響應快等優點。采用單線制串行接口，信號傳輸距離可達20M以上。供電電壓是3.3-5.5V直流電，輸出是單總線數字信號，溫度的測量范圍為0-50度，濕度的測量范圍是20-90%RH。

DHT11與MCU的連接圖

2.3 OLED顯示模塊。本系統通過STC15單片機模擬IIC通信驅動OLED屏顯示。OLED，即有機發光二極管，又稱為有機電激光顯示。OLED由于同時具備自發光，不需背光源、對比度高、厚度薄、視角廣、反應速度快、可用于撓曲性面板、使用溫度范圍廣、構造及制程較簡單等優異之特性，數據寫入時首先發送一個開始信號，接著發送從機地址，OLED的從機地址前7位為地址，最后一位表示讀（1）或者寫（0）。應答ACK信號表示有這個從設備存在。在接收到應答信號后，發送控制位，來區分之后所發送的數據是控制命令還是顯示相關的數據。在發送控制位后，等待應答信號。然后發送相應的控制命令或者數據。最后發送停止信號，表示數據傳輸完成。

3.系統功能實現

可以看到顯示屏上分別顯示心率和溫濕度。

4.小結

本次設計的主要內容是以STC高性能單片機實驗箱為核心、以MAX30102，DHT11，OLED、arduino為模塊完成的一個心率檢測裝置，可顯示當前的溫濕度和心率。本文只是一個很小的實踐，我們還可以擴展很多的功能進行不斷優化。未來是屬于科技、現代化的時代，這需要我們大家一起為科技創新努力，科技能夠改變我們生活的方方面面，使我們的生活更加的豐富多彩。