心率在生活中备受关注，它的概念是每分钟内心跳的次数，是临床医学中重要的生理指标，因此，对心率监测是无比重要的。心率监测系统已广泛应用于日常生活中。通常在医院检查一个人的心率，因此，我们对心率进行一个准确的检测显得无比重要。而现实也是如此:对心率进行检测的系统已经日益广泛的运用在人们的生活之中。去医院做一些检查时，最基本的检查就是对一个人的心率进行检测，而准确的心率值就可以初步的判断一个人的健康情况。本课题研究的是可穿戴心率检测系统，这个系统是以STM32单片机在核心，利用pulsesensor作为采集心率的传感器，把单片机内部时钟来进行定时。该传感器能够检测到心率信号，然后通过STM32单片机进行计算，将模拟信号转换成数字信号，设置阈值，当心率超过阈值系统通过蜂鸣器发出警报，最后通过OLED显示屏显示，此时与该芯片相连的WIFI模块通过串口方式将信息传输到电脑端，从而实现心率检测、监测、显示及报警功能。通过实验，证明了该系统可行，并且满足设计要求，测量灵敏度较高，实现了设计功能。

　　随着简易式设备的发展，简易式设备在医疗方面发展迅速，并且大公司也开始占领大型市场。简易式设备是简便且无创的，非常适合监视生理指标，数据记录和动态观察。除了在中国医疗资源分配不均之外，政府还提供了坚实的支持，使能穿戴医疗方面的设备在未来行业里引起了社会人士的关注。在医院检查身体时，心率的测量往往是无比重要的检查项目之一，是能够对人体身体状况反应的生理指标。因此对心率进行长时间的监测是有必要的，有百利而无一害，在医学上也有着重要的意义。基于社会的需要将设计一种低功耗并且可以穿戴的心率监测仪系统，该仪器可穿戴在身上，具有低功耗，可长时间记录，超过阈值警报并显示在主机上。心率不仅是对心脏工作状态是否正常的反应，而且是用来衡量精神和体力劳动强度的重要凭证。不同的健康成年人在同种状态下心率差异也相对较大。其范围是60次每分到150次每分之间，平均心率值约为75次每分钟。当控制变量时，发现不同年龄、性别等不同时，其心率也不同。婴儿出生时的心率非常快，可以达到每分钟130次以上；在健康成年人中，一般来说，男人的心率要慢于女人的心率。运动后，心率的恢复时间可以长也可以短，可以用作评估运动负荷是否适当以及心功能状态是否正常的基础和指标。因此，以上信息对我们传达了重要的信息-心率监测具有重要的医学意义。其机制也迫切需要我们继续研究。目前，市场上已经出现了许多不同的心率测量方法，并相应地推出了各种产品。但迄今为止，所有可穿戴心率监测仪器尚未线本文研究背景

　　心率监测在当今社会中逐渐引起了人们的重视，出于对健康问题的更加关注，因此这个领域在国内外的研究中愈发重要。随着社会进步，人们对产品要求的提高，各类心率监测设备都逐渐完善，走向了更加小巧、能够携带、系统更好、监测准确实时等。最近几年来,可穿戴心率监测产品在市场上层出不穷，规模也逐渐扩大，许多商家追求进步也在更新着产品，随即可穿戴式设备正在慢慢趋于完善。然而，由于对心率监测的原理繁多，因此基于不同原理的设备之间仍然存在着或多或少的误差，毕竟作为重要的生理指标，对其实现准确实时的监测尤为必要，只有将这些细节处理得当，才不会引起不必要的麻烦，也会给医疗人员减少问题。为了避免给人们带来麻烦，对不同原理进行测量心率的研究及性能分析非常重要。

　　在一分钟内心跳的次数被称为心率，不同人心率不同。在现今社会中，对心率测量的方法主要有以下三种：第一是从心电图中提取相邻峰差R;第二个是通过压力传感器检测到的波动来计算心率；第三是利用光电脉冲波跟踪的方法。但是，前两种方法不仅笨重、昂贵、携带不便，而且长期给使用者带来身体和精神上的不适。第三种是光电法监测，是一种简单的无创检测方法。它利用光电手段检测人体血容量的变化。利用光电法检测使用及检测都是比较简单的，并且检测出来的值也是最贴近真实值的。光电检测法也是目前在心率检测方面最常用的方法。

　　根据统计，心血管疾病正在成为中国乃至全球的重要疾病，研究表明，心血管疾病的危险因素是心律过快，所以心率的健康波动也显得尤为重要。然而在我们日常的生活中，心电信号的采集也是比较困难的，极其容易受到人们自身活动的干扰，和外界环境的影响，例如外界的声音，如紧张和某些事情，因此很难准确地获取一个人的心率而不会受到干扰。目前所上市的或商家生产的心率监测设备经常因为噪声、或自身的紧张反应等干扰导致估值错误而报警，给使用者带来了极大的烦恼甚至是恐慌。值得欣慰的是，现在有些算法：如多参数分析、信号质量评估、机器学习、和卡尔曼滤波等可用来改善心率估值，从而可以比较准确的帮助我们获得心率值。

　　心率测量在人类临床医学以及生理学研究中是最为常见的参数。伴随着可穿戴心率监测设备的增加，诸如智能手环之类的监测设备可用于测量您的心率，因此您可以随时随地测量心率。有多种类型的可穿戴设备用于心率监测，但从功能角度来看，这些设备只能提供一些零碎的信息，并且还不大稳定，距离真正的可穿戴心率监测设备还相差较远。如今生活质量的提高，对身体健康问题也比较重视，如何才能够对人体进行实地监测以达到对自己身体状况了如指掌成为了社会关注的重要焦点问题之一。而如果有一种可穿戴式心率监测设备的健康信息系统可以通过终端将用户健康信息、生理指标上传至云端，实时采集用户身体信息以让用户达到防患于未然，从而为用户提供良好的身体健康指标。那这种可穿戴式心率监测设备就将会得到市场的接纳，市场份额也将不断扩大；而对于医学方面，也将是一个的大的突破。

　　自2015年推出苹果手表以来，销量达到1390万台，占智能手环设备市场份额的58.3％，逐步扩大了整个智能可穿戴设备市场的规模。基于Android穿戴的智能手表的销量达400万枚，占市场份额的17.4％。2017年，智能穿戴设备的市场份额开始稳步增长，市场销售额也突破300亿元。根据检测信息和其他收集的数据，对穿戴者燃烧的卡路里进行计数。对于苹果官方公布的心率传感器原理表示，使用的是光电容积法进行测量心率。由于人体血液能够吸收绿光反射红光，因此采用绿色LED灯作为测量光源，因此将苹果手表戴在手腕上可以随时检测到流过指尖的血液。在正常情况下，血液的流动可以准确反应心率，我们都知道，心脏跳动是存在跳动与间隔的，而不是持续跳动，然而在这之间通过指尖的血液也会呈现周期性变化，随血液变化，对绿光的吸收也有了变化，存在这增加与减少，并在这样的脉冲之间计算出心跳，也就是心率。便携式心率监测器最重大的技术难题之一是数据监测的准确性相对较低。因此，高精度检测算法特别重要，能够解决便携式心率监测器的整体方案。对PCB材料，尺寸，功耗，性能和成本的一般考虑使便携式电子设备的设计成为算法和高精度传感器等主要设备。由于对智能手表的硬件尺寸有很高的要求，因此它必须小巧精致，并且许多定制设计解决方案都需要在外表使用比较柔软的材料。

　　从古代的把脉到听诊，以及后来医学上的大型心率测量设备，无一不突出心率监测在人们生活中的地位，随时代的进步，技术也是有了一定的革新与进步，测量方法及原理也多样化，准确度有了极大的提升。目前医学上的数模技术能够准确测量人体心率，这种出现在医院的心率测量设备体型较大，测量精确，通过提取的心电信号将其进行处理从而得到心率值。还有一点便是这类设备在测量心率时，用户需要将多个传感器放在易感部位，相信大家都有所体验，从而显得特别麻烦。因此，这就给检测带来了极大的不便，而且往往一次性检测的成本也是相当之高。这样的检测手段目前也只有在医院内部使用来了解患者的健康状况，无法大规模的普及。智能化手机的普及，人们也越来越无暇关注自身的身体健康状况。而基于手机app测试心率就已经是低成本，高效率，实时性很强，现如今这样的app已经有很大程度上的普及，基于IOS和安卓平台的都已经拥有很多这样的产品。这类app产品的优点是不需要花费太多的钱，每个人都能够轻松操作。但是不能体现出实时的心率监测，而且在准确度方面也有所欠缺，受外界影响较大，同时也会损伤手机。随着嵌入式系统的应用不断加深，嵌入式也已渗透到我们生活的各个领域，例如电视广播，家用电器，门禁系统，最具代表性的是智能家居的发展。目前，采用最多的是32的嵌入式技术来实现自然的人机交互。而基于嵌入式的各种电子产品也不断出现在人们的视野，由于嵌入式技术拥有界面简单、运行流畅的优势，因此便受人们所喜爱。而我本次设计的便是基于stm32的心率监测系统，进而对心率进行随时随地的监测。

　　心率监测系统由心率传感器、STM32芯片、蜂鸣器、WIFI模块和OLED显示ued官网体育屏等部分。经研究发现，由于指尖血液循环流畅的原因，做为检测部位最为合适。心率传感器通过将检测到的血容积变化通过转换，变为电信号，再利用STM32内置ADC进行信号的采样。STM32在数字滤波和降噪后显示收集的信号，然后将其显示在OLED显示屏上。与此同时，设计使用的WIFI模块将连接到上位机显示心率进而进行分析。

　　选择合适的传感器与测量原理监测心率，当实际测到的心率次数超过设定值（35-95）时，蜂鸣器报警提示心率不正常，可用OLED显示屏显示，并通过WIFI传输到上位机显示当前心率，测量误差不应大于10%，使用stm32单片机为控制芯片。

　　要求完成的主要任务:分析、提出设计方案；画出电路原理图；画出PCB电路。

　　STM32f103c8t6：是一款STM32系列的微控制器，他的存储容量为64KB，电压一般可以设定为2V?3.6V之间，其工作温度范围为-40°C?85°C。其优点主要是封装尺寸比较小，价格低于该系列中的其他芯片，并且性能优于8位微控制器。如果您将使用STM32系列芯片，则可以替代它，具有更高的性价比，并且可以满足小型项目和初学者的需求。

　　方案一：压电式陶瓷片采集信号。通过感知脉搏跳动来确定，众所周知心脏处于体跳动时，手腕与颈部的脉搏变化明显，然后将采集的信号经处理就能得到心率值。

　　方案二：用光电传感器来采集心率信号。光电传感器有发光二极管、光敏三极管等重要部分。发光二极管发出绿光，光敏三极管感光。心脏跳动期间通过指尖的血液也会呈现周期性变化，随血液变化，对绿光的吸收也有了变化，存在这增加与减少，并在这样的脉冲之间计算出心跳。

　　对上述两种方案的考虑，由于方案二测量误差较小，并且测量方便，将测量装置戴于指尖即可。所以选择方案二。

　　方案一：0.96OLED显示屏。因为OLED自身可以发光，同时只点亮需要单元即可供电，亮度高，色彩丰富，不需要其他耗能的背光源，因此OLED具有更低的功耗。再者，OLED由固体结构组成，没有液态物质，因此抗震性能更好，不怕掉落。厚度和质量都很小，并且没有视角问题。制造工艺简单，成本低，发光效率高。

　　方案二：采用LCD液晶显示屏，它是价格较低的一款的液晶显示屏。它的优点是能够实现多功能显示，具有超薄轻巧、功耗特别小、显示内容丰富、体积小等的诸多优点。

　　ATK-ESP8266是一款串口无线模块，性能比较高。该模块通过串口，链接到电脑端，然后通过网络调试助手，将相关信息传输到上位机，从而能够实现远程传输。该模块能够直接出口，在这一点上，可以看出性能和质量是其他无线模块无法比拟的。在使用上，有了该模块，可以对串口设备简单配置便可以轻而易举传输自己的数据。拥有AT指令集，支持STM32单片机。

　　本文是基于STM32系列单片机设计可穿戴心率监测系统，并通过相关程序来实现功能。鉴于设计要求，选择了STM32f103c8t6单片机来完成系统设计，通过利用单片机的最小系统来作为信号处理的电路。复位电路便是使系统恢复初始状态，在复位电路上并联的按键可以实现复位功能。定时器的作用是进行一分钟的计时。

　　STM32f103c8t6作为微控制器，在其内部有时钟电路。晶振频率可以在4~16MHz范围内选择，在本文中，选择了8MHz。C2、C3的值通常的情况下是在5~25pF之间的，由于晶振频率选择的是8MHz，C2、C3选取的值范围在20~27pF之间，因此选用22PF的。

　　对单片机实现复位，要求复位电平能维持一段时间，在这段时间电位处于低电平且不变，便可以让单片机复位。

　　目前我们所知道的单片机的复位可以分为两种：一种是NRST引脚的低电平复位，通过按键复位电路给这个引脚一个低电平，让整个系统完成复位；另一个是上电复位，它产生的条件是，当系统打开电源，断电并且系统从待机模式返回时，会发生电源复位，并且电源复位可以复位到所有寄存器的状态，除了备用区寄存器。

　　这个系统设计拥有按键复位，按下复位键将会初始化。STM32f103c8t6单片机的复位电路（如图3.3）的作用就是将系统置于初始状态，例如，当计算机突然死机时，按下重新启动按钮后，将从头开始执行计算机的内部程序。单片机也是如此。如果该程序在单片机系统的操作过程中,受到外部环境的干扰从而影响了测量的精度或者测量的方式，在此时按下复位与电容并联的按钮，将会使系统初始化，程序也将从头执行，从而保证测量的准确性。按下复位键，电容进行充电，微控制器将保持低电平一段时间以复位。

　　目前心率监测系统有四种检测方法：一是光电容积的脉搏波法；二是液体耦合腔的心率传感器；三是压阻式心率的传感器；四是应变式心率传感器。最近几年来，光电监测技术有了很大的发展，逐渐地在医学方面也有了一定的发展。因此，目前市场上出现的许多心率监测系统便是利用了光电容积法进行检测。这类采集方法简单可行，不触及人体隐私，就能为病人检测心率信息。该监测方法相对于其他方法来说，不需要将多个传感器贴于或者戴于身体对其敏感的部位，总的来说，该方法使用方便，精度相对于其他测量方法来说更高了。随着光电法的逐渐流行，许多医学专家及研究人员对其作了很多实验，也最符合当今社会对设备的要求，也满足了人们对设备向精简小的一种进步。

　　根据已有学者提出的定律，当一束光垂直的通过某一物质的表面时，这一物质的吸收光的能力与这一物质的浓度是成正比的。由此定律可以知道，当一束固定波长的光照射到人体的皮肤组织表面时，人体的皮肤组织就会像普通的某一物质对这一束光进行吸收，但由于反射的原因，使吸收会不完全，有一定的衰减。像这样测量之后得到的吸收到的光照显示数据在一定程度上也是能够反映出被照射到的人体皮肤组织的结构特征。通俗来讲，心率的概念和心跳差不多，而除了通过摸胸口来测试自己心跳，大多情况都是通过摸手上的脉搏来测试心跳，那脉搏一般都是摸动脉，动脉的一收一缩就形成了跳动，也就是产生了心跳（心率）。一般除了手腕的动脉明显之外，从搜集到知识了解到动脉在指尖也是比较容易测试的，这也是为什么手指尖可能很小一个小口子就流许多血，因为指尖的动脉成分含量也是比较高的，而比起手腕的厚度以及胸口的不方便度，测试手指尖无疑是最好的选择，不仅方便检测，也比较薄，如果一束光透过手指，那吸收到的光也是比较强的，所以一般都选择手指来作为许多医疗器械及光电式传感器测试心率的部位。一个小小的指头的组织就可以分为皮肤（也就是我们表面所看到的表皮组织）、肌肉、骨骼（骨头）、非血液的组织和血液组织，从搜集的资料得知，在非血液的组织里，它对于光照的吸收量一般都是不变的;而在血液组织中，我们所知道的就有静脉血和动脉血，比起动脉血的活跃跳动，静脉血的那点微弱的跳动感几乎可以忽略不计，所以，我们就可以认为，当一束光照射到手指上之后，光吸收的强度变化仅仅是因为动脉血的活跃跳动而引起的。而前面说到过，动脉的搏动就相当于心跳，而心跳通俗来讲就是心率由此可以推测，当一束固定波长的光照射到我们手指上时，检测出来的光所吸收的强度变化，是可以间接的检测人们的心率变化。

　　光电传感器内部有发光二极管及光敏三级管，其作用是能将有感光部分采集的光信号转换为微弱的电信号。在本文的设计中，选择的传感器光传感器，根据人体在心脏搏动前后血液中氧含量的变化，进而致使指尖、耳垂等部位透过的光通量不同，再在光电传感器之下转换成电信

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