论文总字数：22652字

摘 要

目前，纵观全世界，人口老龄化的问题深受各国关注。设计能够测量血氧饱和度、心率、体温等参数的设备不仅可以让老年人实时了解自己的身体状况，也有助于预防疾病的发生。

本文将采集手指部位的光电容积脉搏波作为检测样本，检测体温、心率和血氧饱和度三项参数，实现了基于STM32C8T6最小系统的生理监测系统。选用MAX30102芯片，把其自身自带的光电检测器当作传感器，使其光强度信号转化为电压信号，驱动双LED交替式发光，STM32微控制器通过总线进入内部的FIFO并进行访问，以此获取脉搏波信号。在STM32内对数据做处理，用OLED显示出计算出的生理参数，当超出人体正常值时，系统报警以提醒用户。

对系统的测试显示，系统能够较准确的测量人体生理参数，并能对异常参数发出警报，达到了预期目标。

关键词：心率 MAX30102 血氧 体温

Design of Human Physiological Parameter Measuring Instrument

Abstract

The global population has been achieved more attention than before by each country so far around the word. Making a system which can measure some parameters, for example temperature ,blood oxygen and heart rate, allows the elderly keeping abreast about their physical condition and helps them reduce some diseases.

This article takes the photoelectric volume pulse wave collected from the finger as the object, and aims to detect heart rate, blood oxygen saturation and body temperature parameters, and implements a health parameter monitoring system based on STM32. The MAX30102 uses its internal LED light to drive alternately and convert its intensity signal into a voltage signal. The STM32 to collects data by accessing internal FIFO. the OLED will display the health parameter results. The standard value will be exceeded by the alarm.

Testing system shows that it can measure the physiological parameters accurately, and can issue abnormal parameters alarms to achieve the expected goal.

Key Words: Heart rate；MAX30102；Blood oxygen；Body temperature

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1 课题研究背景及章节内容 1

1.2 研究现状 1

1.3 本文的工作 2

第二章 人体参数及参数监测原理 3

2.1 体温及体温测量 3

2.2 脉搏波概述 3

2.2.1 脉搏波的简介 3

2.2.2 光电容积脉搏波的介绍 4

2.3 基于脉搏波的参数检测原理 5

2.3.1 心率的测量 5

2.3.2 血氧饱和度的测量 5

2.4 系统的总体设计 7

2.4.1 系统的功能 7

2.4.2 检测位置的选择 7

2.2.3 系统的整体结构 8

2.5 本章小结 9

第三章 生理参数监测系统的硬件设计 10

3.1 主控模块 10

3.1.1 STM32概述 10

3.1.2 STM32最小系统 11

3.2 心率血氧模块 12

3.2.1 MAX30102的集成芯片介绍 12

3.2.2 心率血氧参数模块的电路 14

3.3温度模块 14

3.3.1 DS18B20的介绍 14

3.3.2 温度模块的电路 16

3.4 显示模块 16

3.4.1 OLED的介绍 16

3.4.2 显示模块的电路 17

3.5 警报模块 18

3.6 系统电路图 18

3.7 本章小结 19

第四章 生理参数监测系统的软件设计 21

4.1 生理参数监测系统软件总体设计 21

4.2 初始化 22

4.3 各模块参数获取 23

4.3.1 脉搏波信号的采集 23

4.3.2 脉搏波的信号的预处理 26

4.3.3 脉搏波信号的特征点提取 27

4.3.4 心率的获取 28

4.3.5 血氧饱和度的获取 29

4.3.6 体温获取 30

4.4 OLED显示模块程序设计 31

4.5 本章小结 32

第五章 系统测试与分析 33

5.1 功能测试 33

5.1.1 血氧参数测试 35

5.1.2 心率参数测试 36

5.1.3 体温测量 37

5.2 误差分析 38

第六章 总结与展望 39

6.1 本文的主要工作 39

6.2 进一步的工作展望 39

参考文献 40

致 谢 42

第一章 绪 论

经济不断地发展使人民群众的生活得到极大的改善，接踵而来的就是人们对疾病的预防，于是可穿戴的生理设备便受到人们青睐。对老年人的生理参数连续测量，可以有效的使老年人得到自己的身体状况，具有重要意义。体温、血氧和心率是人体的三大重要参数，对这三项参数进行连续准确的测量可以帮助老年人预防或减少疾病的产生。

1.1 课题研究背景及章节内容

目前，全球人口老龄化问题日趋严重，中国人口老龄化增速世界第一，从而国内引发了一系列的问题^[1]，如降低了国民生产总值提高的能力，严重影响经济发展同时减少了总体的劳动力。但是，老年人的生理问题必须得到足够的关注^[2]。生理参数的测量，不仅可以让老年人实时了解自己的身体状况，也有助于预防疾病的发生^[3]。

监测心率、动脉血氧饱和度与体温等生命体征，是辨析心脏病、高血压等老年人多发的心血管疾病的重要途径^[4]，在医学临床、社区医疗与家庭生理监护领域中有着重大的意义。课题以此为背景，了解老年人生理需求，设计并制作测量血氧饱和度、心率、体温等参数的装置，并对采集到的数据进行初步的判断，必要时能够预警^[5]。

1.2 研究现状

回顾以往，国外学者在可穿戴生理参数监测系统这方面，获得了不小的成果，出现了各种能监测生理参数的系统^[6]。

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