基于STC15单片机的心率检测系统设计

（南昌大学信息工程学院 江西 南昌 330000）

1.设计背景

随着社会的发展，人们越来重视生活的质量，也越来越关心自身的健康状况。人体的脉搏心跳频率及血样浓度是生物医学信号中非常重要的特征，可以反映出人的身体状况。当前，我国的心脑血管疾病仍呈逐年上升趋势。它的发病率和死亡率均居各种疾病之首，是人类死亡的主要原因之一。因此，认识、预防及早期发现这些疾病是十分必要的，而人体内部各个生理系统之间是相互耦合的。心率波显示出的形态、强度等信息能间接的反映出人们当前的身体状况，因此对心率波的分析有很高的医学价值和应用前景。

随着集成芯片的发展，电子产品的体积越来越小，各种可穿戴的电子产品应运而生，尤其是智能手环的使用。人们可以通过记录观察数据来快速有效的获取自己当前的身体状况。随着科学技术的发展，心率测量技术也越来越先进，对心率的测量精度也越来越高，国内外先后研制了不同类型的心率测量仪，也在多个领域被广泛应用。

2.系统硬件设计

图1 系统硬件框图

2.1 心率血氧传感模块。传统的脉搏测量方法主要有三种：一是从心电信号中提取；二是从测量血压时压力传感器测到的波动来计算脉率；三是光电容积法。前两种方法提取信号都会限制人的活动，如果长时间使用会增加病人生理和心理上的不舒适感。而光电容积法脉搏测量作为监护测量中最普遍的方法之一，其具有方法简单、佩戴方便、可靠性高等特点。光电容积法的基本原理是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。其使用的传感器由光源和光电变换器两部分组成，光源一般采用对动脉血中氧合血红蛋白（HbO2）和血红蛋白（Hb）有选择性的特定波长的发光二极管当光束透过人体外周血管，由于动脉搏动充血容积变化导致这束光的透光率发生改变，此时由光电变换器接收经人体组织反射的光线，转变为电信号并将其放大和输出。由于脉搏是随心脏的搏动而周期性变化的信号，动脉血管容积也周期性变化，因此光电变换器的电信号变化周期就是脉搏率。同时根据血氧饱和度的定义，其表示为：

本设计采用MAX30102心率血氧传感器芯片。它集成了一个红光LED、一个红外光LED、光电检测器以及带环境光抑制的低噪声的电子线路。它可以很便捷的佩戴于手指、耳垂和手腕等地方，通过标准的IIC通信即可将采集到的数据传送给单片机进行数据处理。

2.2 温湿度传感模块。DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用于专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，有着极高的可靠性和稳定性，抗干扰，响应快等优点。采用单线制串行接口，信号传输距离可达20M以上。供电电压是3.3-5.5V直流电，输出是单总线数字信号，温度的测量范围为0-50度，湿度的测量范围是20-90%RH。

DHT11与MCU的连接图

2.3 OLED显示模块。本系统通过STC15单片机模拟IIC通信驱动OLED屏显示。OLED，即有机发光二极管，又称为有机电激光显示。OLED由于同时具备自发光，不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广、构造及制程较简单等优异之特性，数据写入时首先发送一个开始信号，接着发送从机地址，OLED的从机地址前7位为地址，最后一位表示读（1）或者写（0）。应答ACK信号表示有这个从设备存在。在接收到应答信号后，发送控制位，来区分之后所发送的数据是控制命令还是显示相关的数据。在发送控制位后，等待应答信号。然后发送相应的控制命令或者数据。最后发送停止信号，表示数据传输完成。

3.系统功能实现

可以看到显示屏上分别显示心率和温湿度。

4.小结

本次设计的主要内容是以STC高性能单片机实验箱为核心、以MAX30102，DHT11，OLED、arduino为模块完成的一个心率检测装置，可显示当前的温湿度和心率。本文只是一个很小的实践，我们还可以扩展很多的功能进行不断优化。未来是属于科技、现代化的时代，这需要我们大家一起为科技创新努力，科技能够改变我们生活的方方面面，使我们的生活更加的丰富多彩。