论文总字数：17494字

摘 要

正常人群在安静状态下的每分钟心跳次数，受性别、年龄等因素的影响。成年人在休息时正常的心率是60~100/分钟。过高的心率可能导致心衰，缩短寿命；过低的心率可能导致供氧不足。所以在医学上，通过实时监测心率数值以及波形来观察并且判断患者的身体状况是十分可行且有必要的。因为STM32单片机的开发成本非常之低廉，只需要运行C语言就可以书写关于心率检测的算法，结合着原本所建立的外围电路模块，就可以有效地实现对人体心率的采集，并且可以进行心率的传输，操作极其简便。

本文设计的心率监测系统，采用STM32作为控制单元，通过心率传感器监测数据并传送数据给STM32，通过显示屏将监测的数据与波形显示出来。本设计的硬件由心率监测Pulse Sensor模块、STM32控制模块、显示模块、报警模块，USB转TTL串口模块构成。软件由心率采集程序，波形显示程序，串口编写程序，报警程序以及上位机processing组成。测试结果是心率能够以数字以及波形的方式显示在屏幕和上位机processing上。

关键词： 心率监测 STM32 Pulse Sensor

Design and Implementation of Heart Rate Monitoring System Based on STM32

Abstract

The number of heartbeats per minute in a normal population in a quiet state is affected by factors such as gender and age. The normal heart rate of adults at rest is 60 to 100 per minute. An excessively high heart rate may cause heart failure and shorten lifespan; an excessively low heart rate may result in insufficient oxygen supply. So in medicine, it is very feasible and necessary to observe and judge the patient's physical condition by monitoring the heart rate value and waveform in real time. Because the development cost of STM32 MCU is very low, you only need to run C language to write the algorithm about heart rate detection, combined with the originally established peripheral circuit module, you can effectively achieve the collection of human heart rate Transmission, operation is extremely simple.

The heart rate monitoring system designed in this paper uses STM32 as the control unit, monitors the data through the heart rate sensor and transmits the data to STM32, and displays the monitored data and waveform through the display screen. The hardware of this design is composed of heart rate monitoring Pulse Sensor module, STM32 control module, display module, alarm module, and USB to TTL serial port module. The software consists of heart rate acquisition program, waveform display program, serial port programming program, alarm program and host computer processing. The test result is that the heart rate can be displayed on the screen and the processing of the upper computer in the form of numbers and waveforms.

Key Words: heart rate monitoring ;STM32;Pulse Sensor

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究的背景和意义 1

1.2 发展现状及前景 2

1.3 设计的主要内容及依据 2

1.4 论文的具体结构安排 3

第二章 心率监测系统的功能和方案设计 4

2.1 系统的功能 4

2.2 系统的整体方案 4

2.2.1 设计原理 4

2.2.2 系统设计 4

2.3 模块的方案设计 5

2.3.1 STM32控制方案的设计 5

2.3.2 心率监测方案的设计 6

2.3.3 显示方案的设计 7

2.3.4 警报方案的设计 7

2.3.5 数据上传方案设计 7

2.4 本章小结 8

第三章 心率监测系统的硬件电路设计 9

3.1 STM32系统电路 9

3.2 心率监测电路 11

3.3 显示模块电路 12

3.4 警报模块电路 13

3.5 串口模块电路 14

3.6 本章小结 15

第四章 心率监测系统的软件设计 16

4.1 软件设计思路 16

4.2. 单片机控制程序设计 17

4.3 心率监测模块程序设计 19

4.4 显示模块程序设计 21

4.5 警报模块程序设计 22

4.6 串口通信程序设计 22

4.7 上位机processing显示程序设计 23

4.8 本章小结 25

第五章 系统测试 26

5.1 硬件测试方案 26

5.2系统测试过程 26

5.3 结果简述 28

5.4 问题反思 29

5.5 本章小结 29

总结 30

参考文献 31

附录 33

致谢 34

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

随着如今现代社会的高速发展和科技的快速进步，人们开始越来越注重自身生活的质量和其水平的不断提高，并且开始对自身健康的重视程度的关心不断增强，但如今的社会快节奏两点一线的生活方式逼迫着人们花更多的时间和精力在社会竞争上，没有丝毫地时间来好好地关注自己的身体状况。与此同时，大部分的孤巢老人身边并没有子女的陪伴，一旦出现任何想不到也不愿意它发生地意外情况，大家只能鞭长莫及，只能站在一边束手无策。所以，如何建立一个既方便携带而且操作简单易懂，并且又能远程监控的心率采集监测系统就显得尤为格外重要。

自改革开放以来，经过了无数前辈们的努力下，中国的科技迅速发展，小型化、集成化 MCU不断地进入中国市场，使得更多的电子产品走进千家万户。尽管医院有着最先进的高精度的心电测量仪，但基本都是有线检测的，这总是会在一定程度上限制了患者的自由移动空间，而且患者需要经常要在医院与家庭两地反复奔波。与此同时，高精度仪器价格昂贵，体积庞大，难以进入普通百姓家，而且不能随身携带，还非常容易损坏，面对家庭程度较困难的病患，难以负担得起。

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