基于STM32微处理器和Android系统的血氧饱和度及心率检测仪

基于STM32微处理器和Android系统的血氧饱和度及心率检测仪

1、作品简介

一款面向大众的血氧饱和度及心率检测仪。集功耗低、体型小、简易便携为一体。焊接组装好如下图所示。

近年来，伴随着现代化步伐的加快，人们面临着日益加剧的竞争压力、生活压力，锻炼的时间也极度匮乏，导致人们患上慢性疾病的几率明显增加。为了让人们在家里就可以及时了解家庭成员的健康状况，甚至能够实时监测病人的身体状况，最终实现对各类易患病人群的疾病的预测与监控。而在人体常见的生理指标中，血氧饱和度和心率最能反映人体的健康状况。所以我们着手制作了这款血氧饱和度及心率检测仪。

2、作品亮点

对这血氧饱和度和心率两项生理参数进行实时监控并在上位机上实时显示，可以实现在家中就能得知自己身体健康状况的目的，达到预防慢性疾病的效果。

此外，检测到的生理数据也可以提供给医生，方便其诊断病人的病情。

方便用户实时了解自身的生理参数变化情况以及帮助研究者对生理数据进行后期分析研究。针对现有生理参数监测装置外型设计存在的缺陷，本生理参数监测装置设计为指夹式装置，其戴在手指上紧贴皮肤表面的构造使得传感器能够很好的接触皮肤表面，帮助了生理参数的准确获取，同时可减少运动过程中产生的干扰，提高了监测装置的精确性。

同时小型化的设计最大程度地减小了与皮肤的接触面积，因此克服了给用户带来不舒适的缺陷。

3、系统框架图

微处理器模块是整个系统的核心，主要协调各模块之间的工作以及对采样得到的生理信号进行一定的信号处理和计算等。 

信号采集模块对生理参数的实时采集是关系到整个生理参数监测装置有效工作的关键性因素。

WiFi 通信模块的设计实现了本系统的数据传输功能，是连接下位机模块与上位机终端的桥梁。本装置采用 WiFi 通信技术，下位机模块将采集、处理、计算得到的生理数据由串口输出通过，数据通过 WiFi 模块以无线的形式发送给上位机终端。  

电源模块为整个生理监测装置进行统一供电，避免了复杂的电源电路设计，同时减小了整体装置的体积，实现装置的小型化。

4、原理图

单片机模块

红外光管模块

由传感器 NJL5501R 和三极管构成。驱动电路工作方式为：单片机的内部定时器交替产生两路 PWM 波，通过 I/O 口（PA6、PA7）控制驱动电路的选通，交替驱动 NJL5501R 芯片的两个发光管 D1（红光 LED）和 D2（红外光 LED）发光，光电接收管 Q3 接收组织反射回来的光并转换为一个电压信号 V1。在脉搏波的检测过程中，环境光的干扰以及个体之间对不同波长的光的吸收情况的不同，会造成脉搏波基线漂移影响采样精度甚至于影响 STM32 进行正确的采样。针对此问题，采用 STM32 跟踪采样得到的脉搏波，通过其内置 DAC1 实时调整通过 D1 和 D2 的驱动电流大小，从而达到控制发光管发射光强大小的目的。

差分放大模块

针对 NJL5501R 传感器采集得到的人体脉搏波信号强度较弱的现象，硬件信号调理模块采用前置放大电路进行放大。该放大电路为同相输入比例运算电路，选用 TLC2262 芯片，该芯片可以在单电源和双电源条件下供电，可以达到轨到轨的输出性能，并具有微功耗的特点，特别适用于便携式监测设备。V1 信号组成部分为红光和红外光的交流分量和直流分量，带有脉搏信号的交流分量在幅值上远远小于直流分量。为充分放大交流分量，采用差动输入的减法电路进行前置放大。

WIFI模块

手机APP显示

实现原理：

本作品是基于STM32微处理器和Android系统血氧饱和度和心率检测仪，采用血氧传感器进行硬件电路设计，实现人体生理血氧和心率信号的采集，由单片机对信号进行采样、处理及计算，得到的数据通过 WiFi 通信模块发送给手机APP，进行生理数据的实时显示与存储，方便用户实时了解自身的生理参数变化情况以及帮助研究者对生理数据进行后期分析研究。

5、原件清单

TLC2262

三极管

ESP8266串口WIFI 模块

STM32F103RCT6TR

电阻

电容

    NJL5501R 血氧传感器

6、软件

软件部分编程实现红光使用2KHZ方波，红外光使用1KHZ方波驱动，利用STM32内部AD进行AD采样，通过数字解调的方法获得红光和红外光数据。血氧值和心率值通过阈值微分法进行处理分析。 

7、作品演示