基于STM32设计的人体健康检测仪

发布时间:2023-08-15  

一、项目介绍

当前文章介绍基于STM32设计的人体健康检测仪。设备采用STM32系列MCU作为主控芯片,配备血氧浓度传感器(使用MAX30102血氧浓度检测传感器)、OLED屏幕和电池供电等外设模块。设备可以广泛应用于医疗、健康等领域。可以帮助医生和病人更好地了解病情变化,提高治疗效果和生活质量。设备也可以用于健康管理、运动监测等场景,帮助用户了解自己的身体状况,保持健康的生活方式。


在项目中,使用了KEIL作为开发平台和工具,通过血氧模块采集人体的心跳和血氧浓度参数,并通过OLED屏幕显示现在的心跳和血氧浓度。同时,通过指标分析,提供采集到的数据与正常指标比对,分析被检测人员的健康状态。采集的数据可通过蓝牙或者WIFI传递给手机APP进行处理,方便用户随时了解自己的身体状况。



本设计采用STM32为主控芯片,搭配血氧浓度传感器和OLED屏幕,实现了人体健康数据的采集和展示,并对采集到的数据进行分析,判断被检测人员的健康状态。同时,设计使用蓝牙或WiFi将采集到的数据传递给手机APP进行处理。

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二、项目设计思路

2.1 硬件设计

(1)主控芯片:STM32系列MCU,负责驱动其他外设模块;


(2)血氧浓度传感器:使用MAX30102血氧浓度检测传感器,用于采集人体的心跳和血氧浓度参数;


(3)OLED屏:用于显示现在的心跳和血氧浓度;


2.2 软件设计

(1) 通过血氧模块采集人体的心跳和血氧浓度参数;


(2) 通过OLED屏显示现在的心跳和血氧浓度;


(3) 对采集到的数据进行指标分析,将采集到的数据与正常指标比对,分析被检测人员的健康状态;


(4) 采集的数据可通过蓝牙或WiFi传递给手机APP进行处理。


2.3 技术实现

(1)设计采用AD8232心电图(ECG)模块和MAX30102血氧模块采集心跳和血氧浓度参数,并通过I2C接口连接主控芯片STM32。


(2)OLED屏使用I2C接口与主控芯片STM32连接。


(3)采集到的数据通过算法进行指标分析,将采集到的数据与正常指标比对,判断被检测人员的健康状态。


(4)设备通过蓝牙或WiFi将采集到的数据传递给手机APP进行处理。


三、代码设计

3.1 MAX30102血氧模块代码

I2C协议代码:


#define MAX30102_I2C_ADDR 0xAE

 

 void MAX30102_I2C_Init(void)

 {

     GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;

     I2C_InitTypeDef   I2C_InitStructure;

 

     /* Enable GPIOB clock */

     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);

     /* Enable I2C1 and I2C2 clock */

     RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_I2C1 | RCC_APB1Periph_I2C2, ENABLE);

 

     // Configure I2C SCL and SDA pins

     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9;

     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD; // Open-drain output

     GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

 

     // Configure I2C parameters

     I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C;

     I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2;

     I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 = 0x00;

     I2C_InitStructure.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable;

     I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit;

     I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed = 100000; // 100KHz

     I2C_Init(I2C1, &I2C_InitStructure);

 

     // Enable I2C

     I2C_Cmd(I2C1, ENABLE);

 }

 

 void MAX30102_I2C_WriteReg(uint8_t reg, uint8_t value)

 {

     while(I2C_GetFlagStatus(I2C1, I2C_FLAG_BUSY));

 

     I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE);

     while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));

 

     I2C_Send7bitAddress(I2C1, MAX30102_I2C_ADDR, I2C_Direction_Transmitter);

     while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED));

 

     I2C_SendData(I2C1, reg);

     while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED));

 

     I2C_SendData(I2C1, value);

     while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED));

 

     I2C_GenerateSTOP(I2C1, ENABLE);

 }

 

 uint8_t MAX30102_I2C_ReadReg(uint8_t reg)

 {

     uint8_t value;

 

     while(I2C_GetFlagStatus(I2C1, I2C_FLAG_BUSY));

 

     I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE);

     while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));

 

     I2C_Send7bitAddress(I2C1, MAX30102_I2C_ADDR, I2C_Direction_Transmitter);

     while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED));

 

     I2C_SendData(I2C1, reg);

     while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED));

 

     I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE);

     while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));

 

     I2C_Send7bitAddress(I2C1, MAX30102_I2C_ADDR, I2C_Direction_Receiver);

     while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED));

 

     I2C_AcknowledgeConfig(I2C1, DISABLE);

     value = I2C_ReceiveData(I2C1);

 

     I2C_GenerateSTOP(I2C1, ENABLE);

 

     return value;

 }

 

 void MAX30102_I2C_ReadArray(uint8_t reg, uint8_t* data, uint8_t len)

 {

     while(I2C_GetFlagStatus(I2C1, I2C_FLAG_BUSY));

 

     I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE);

     while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));

 

     I2C_Send7bitAddress(I2C1, MAX30102_I2C_ADDR, I2C_Direction_Transmitter);

     while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED));

 

     I2C_SendData(I2C1, reg);

     while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED));

 

     I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE);

     while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));

 

     I2C_Send7bitAddress(I2C1, MAX30102_I2C_ADDR, I2C_Direction_Receiver);

     while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED));

 

     while(len > 1)

     {

         I2C_AcknowledgeConfig(I2C1, ENABLE);

         while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED));

         *data++ = I2C_ReceiveData(I2C1);

         len--;

     }

 

     I2C_AcknowledgeConfig(I2C1, DISABLE);

     while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED));

     *data++ = I2C_ReceiveData(I2C1);

 

     I2C_GenerateSTOP(I2C1, ENABLE);

 }

MAX30102的初始化函数和数据获取函数:


void MAX30102_Init(void)

 {

     MAX30102_I2C_Init();

 

     // Reset the device

     MAX30102_I2C_WriteReg(0x09, 0x40);

     HAL_Delay(100);

     MAX30102_I2C_WriteReg(0x09, 0x00);

 

     // Set FIFO average to 4 samples

     MAX30102_I2C_WriteReg(0x08, 0x03);

 

     // Set LED pulse amplitude

     MAX30102_I2C_WriteReg(0x0C, 0x1F);

     MAX30102_I2C_WriteReg(0x0D, 0x1F);

 

     // Set sample rate to 100Hz

     MAX30102_I2C_WriteReg(0x0F, 0x04);

 

     // Enable the red LED only

     MAX30102_I2C_WriteReg(0x11, 0x02);

 

     // Read the temperature value to start a reading

     MAX30102_I2C_ReadReg(0x1F);

 }

 

 uint32_t MAX30102_GetHeartRate(void)

 {

     uint8_t buffer[MAX30102_FIFO_DEPTH*4];

     MAX30102_Data sensor_data = {0};

     uint16_t ir_value;

     uint16_t red_value;

     uint8_t byte_count, fifo_overflow;

 

     // Check if any data is available in FIFO

     byte_count = MAX30102_I2C_ReadReg(0x06) - MAX30102_I2C_ReadReg(0x04);

     if(byte_count > 0)

     {

         fifo_overflow = MAX30102_I2C_ReadReg(0x09) & 0x80;

 

         // Read the data from FIFO

         MAX30102_I2C_ReadArray(0x07, buffer, byte_count);

 

         // Parse the data

         for(int i=0; i< byte_count; i+=4)

         {

             ir_value = ((uint16_t)buffer[i] < < 8) | buffer[i+1];

             red_value = ((uint16_t)buffer[i+2] < < 8) | buffer[i+3];

 

             // Update the sensor data

             MAX30102_UpdateData(&sensor_data, ir_value, red_value);

         }

 

         if(!fifo_overflow && MAX30102_CheckForBeat(sensor_data.IR_AC_Signal_Current))

         {

             return MAX30102_HeartRate(sensor_data.IR_AC_Signal_Previous, 16);

         }

     }

 

     return 0;

 }

数据处理函数:


void MAX30102_UpdateData(MAX30102_Data* data, uint16_t ir_value, uint16_t red_value)

 {

     int32_t ir_val_diff = ir_value - data- >IR_AC_Signal_Current;

     int32_t red_val_diff = red_value - data- >Red_AC_Signal_Current;

 

     // Update IR AC and DC signals

     data- >IR_AC_Signal_Current = (ir_val_diff + (7 * data- >IR_AC_Signal_Previous)) / 8;

     data- >IR_DC_Signal_Current = (ir_value + data- >IR_AC_Signal_Current + (2 * data- >IR_DC_Signal_Current)) / 4;

     data- >IR_AC_Signal_Previous = data- >IR_AC_Signal_Current;

 

     // Update Red AC and DC signals

     data- >Red_AC_Signal_Current = (red_val_diff + (7 * data- >Red_AC_Signal_Previous)) / 8;

     data- >Red_DC_Signal_Current = (red_value + data- >Red_AC_Signal_Current + (2 * data- >Red_DC_Signal_Current)) / 4;

     data- >Red_AC_Signal_Previous = data- >Red_AC_Signal_Current;

 

     // Update IR and Red AC signal peak-to-peak values

     if(data- >IR_AC_Signal_Current > data- >IR_AC_Max)

         data- >IR_AC_Max = data- >IR_AC_Signal_Current;

     else if(data- >IR_AC_Signal_Current < data- >IR_AC_Min)

         data- >IR_AC_Min = data- >IR_AC_Signal_Current;

 

     if(data- >Red_AC_Signal_Current > data- >Red_AC_Max)

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