1.1 选题意义及背景

心率和呼吸等生理信号的监测对于人类健康起着很重要。例如呼吸和心跳节奏的改变通常预示着某种疾病的发生，比如窒息、心脏性猝死，还有阻塞性睡眠呼吸暂停。目前想要监测人体的这些生理信号，主要还是检测胸腔的运动和口鼻腔的气流，心电图在监测心率方面被广泛的应用^[1]。

随着人类社会的经济发展和人们思想状况的不断更新，人们对自己健康的关注度也在不断的加强，“养生”“保健”等词语越来越频繁的出现在大家的口中，可是快速化的生活规律迫使人们没有更多的时间好好的监控自己的身体状况。目前在国内，要想知道自己心率的变化情况主要途径主要是去医院体检，虽然其数据很准确，但是它不能做到实时检测心率，而且耗时耗力。另外，心率作为人体的两项重要生理参数指标，在人的身体健康中扮演着重要角色^[2]。通过对心电图的分析，可诊断是否心率存在不齐等问题^[3]。对心率信号数据的实时监测，能方便我们在疾病出现的初期及时治疗，减少多种疾病的发病率，为我们的生命健康提供了重要保障。

1.2 国内外研究的现状

当前的心率检测原理，主要是利用光电式可穿戴设备的光电容积脉搏描记法进行人体心率检测，其通过监测人体内血氧浓度的变化来对人体心电容积脉搏波的变化进行实时检测，从而给出心率的变化值^[4]。但现有的光电式心率检测设备分为夹环型和透射型，前者测量精度较好，但穿戴不方便且价格较高，特别不利于运动状态下心率的检测；后者可以直接穿戴在手腕上，较为便捷，但是易受人体运动状态或身体状态的干扰，特别的是手臂的加速度摆动，会导致即使在人体心率变化不大的条件下，其所测得心率值也会快速升高，不能准确给出心率值。

国外在心率检测技术方面的研究已经相当成熟，各项技术指标也已居世界前列，然而我国在此项技术上起步较晚，各项核心技术均需要从国外进口，这使得我们在血氧检测仪方面的研究失去了主动权。直到进入二十一世纪，对血氧饱和度检测的研究在中国才刚刚兴起，并且我们认识到，由于本身起步比较晚，再加上核心技术的限制，我国在这方面的研究成果较一些西方国家还存在一些差距。直到2006年动态光谱理论的提出，才使得我国血氧饱和度测量精确度的提升有了强劲的支撑。

根据光电传感器接收到的光是透射光还是反射光，将基于光电容积的脉搏波检测方法主要分为透射式和反射式两种。阅读国内的文献可知，中南大学的戴仲岩设计的便携式设备，可以带在手指上，是一款反射式脉搏血氧动态监测系统，在血氧饱和度的测量中显示，其偏差较大。 第三军医大学的龚渝顺同戴仲岩相同^[5]，采用了反射式检测法，设计了一款可应用于手腕上的仪器。只是后者采用了包络自适应对消算法，保证测量数据的准确性。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 本论文的主要工作和内容

本文希望以单片机STM32位核心设计出一款能够方便携带的心率检测系统，并且能够实时、连续、可靠地显示心率的变化情况。完成心率检测系统电路的搭建和控制软件的设计，并且对系统进行功能上的测试优化。其中主要内容包括：