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基于STM32F103C8T6+MAX30102測量傳感器+ADXL345的心率血壓手表設(shè)計方案
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原標(biāo)題：基于STM32F103C8T6的心率血壓手表設(shè)計方案
基于STM32F103C8T6+MAX30102+ADXL345的心率血壓手表設(shè)計方案
引言
現(xiàn)代智能手表不僅僅是時間顯示器，更是健康監(jiān)測的多功能設(shè)備。它們能實時監(jiān)測用戶的心率、血壓、運動數(shù)據(jù)等，為健康管理提供有力支持。本文詳細介紹基于STM32F103C8T6微控制器、MAX30102光學(xué)心率傳感器和ADXL345加速度傳感器的心率血壓手表設(shè)計方案，涵蓋硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、數(shù)據(jù)處理及傳輸?shù)确矫妗?/span>
系統(tǒng)概述
硬件組成
主控芯片：STM32F103C8T6
心率傳感器：MAX30102
加速度傳感器：ADXL345
顯示模塊：OLED屏
通信模塊：藍牙模塊（如HC-05）
電源管理模塊：鋰電池及充電管理電路
其他：按鍵、振動電機、外殼等
各模塊功能及作用
STM32F103C8T6
STM32F103C8T6是一款基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的32位微控制器，具有以下特性：
工作頻率：72MHz
存儲：64KB Flash，20KB SRAM
接口：多種I/O接口，包括USART、SPI、I2C、ADC等
功耗：低功耗特性，適合便攜式設(shè)備
在本設(shè)計中，STM32F103C8T6作為主控芯片，負責(zé)以下任務(wù)：
采集傳感器數(shù)據(jù)（MAX30102和ADXL345）
數(shù)據(jù)處理及心率、血壓計算
顯示數(shù)據(jù)到OLED屏
通過藍牙模塊與手機APP通信
管理電源及其他外設(shè)
MAX30102
MAX30102是一款集成了脈搏血氧和心率監(jiān)測功能的光電傳感器，具備以下特性：
雙波長LED（紅光和紅外光）
集成的光電探測器
低功耗設(shè)計
MAX30102通過I2C接口與STM32F103C8T6通信，采集光學(xué)信號并傳遞給主控芯片進行處理。
ADXL345
ADXL345是一款三軸加速度傳感器，具有以下特性：
高分辨率（13位）
低功耗
I2C/SPI接口
ADXL345用于監(jiān)測用戶的運動狀態(tài)，為運動檢測和數(shù)據(jù)校正提供支持。
硬件設(shè)計
硬件連接圖
STM32F103C8T6與MAX30102的連接
VCC -> 3.3V
GND -> GND
SCL -> I2C1_SCL (PB6)
SDA -> I2C1_SDA (PB7)
INT -> 中斷引腳（可選）
STM32F103C8T6與ADXL345的連接
VCC -> 3.3V
GND -> GND
SCL -> I2C1_SCL (PB6)
SDA -> I2C1_SDA (PB7)
CS -> GND (使用I2C接口)
INT1/INT2 -> 中斷引腳（可選）
STM32F103C8T6與OLED屏的連接
VCC -> 3.3V
GND -> GND
SCL -> I2C2_SCL (PB10)
SDA -> I2C2_SDA (PB11)
STM32F103C8T6與藍牙模塊的連接
VCC -> 3.3V
GND -> GND
TX -> USART1_RX (PA10)
RX -> USART1_TX (PA9)
電源管理模塊
通過鋰電池和充電管理電路為系統(tǒng)供電
PCB設(shè)計
在設(shè)計PCB時，應(yīng)注意各模塊之間的干擾，尤其是MAX30102傳感器的光學(xué)信號容易受到環(huán)境光的影響，因此應(yīng)妥善屏蔽和布局。此外，考慮到設(shè)備的便攜性，盡量減少PCB尺寸，并合理布局元器件。
軟件設(shè)計
軟件框架
主程序
初始化系統(tǒng)
定時采集傳感器數(shù)據(jù)
調(diào)用數(shù)據(jù)處理算法
更新顯示
處理用戶輸入及藍牙通信
傳感器數(shù)據(jù)采集
MAX30102數(shù)據(jù)采集
ADXL345數(shù)據(jù)采集
數(shù)據(jù)處理
信號濾波及降噪
心率計算
血壓估算（需要結(jié)合具體算法）
顯示及通信
OLED屏顯示更新
藍牙通信協(xié)議及數(shù)據(jù)傳輸
關(guān)鍵代碼示例
初始化及主循環(huán)
#include "stm32f1xx.h"
#include "max30102.h"
#include "adxl345.h"
#include "oled.h"
#include "bluetooth.h"
int main(void) {
SystemInit();
MAX30102_Init();
ADXL345_Init();
OLED_Init();
Bluetooth_Init();
while (1) {
MAX30102_ReadData();
ADXL345_ReadData();
ProcessSensorData();
UpdateDisplay();
HandleBluetoothCommunication();
Delay(100); // 延時100ms
}
}
藍牙通信
void HandleBluetoothCommunication(void) {
if (Bluetooth_DataAvailable()) {
char cmd = Bluetooth_ReadData();
switch (cmd) {
case 'H': // 發(fā)送心率數(shù)據(jù)
Bluetooth_SendData(heart_rate);
break;
case 'A': // 發(fā)送加速度數(shù)據(jù)
Bluetooth_SendData(x);
Bluetooth_SendData(y);
Bluetooth_SendData(z);
break;
// 其他命令處理
}
}
}
設(shè)計難點及解決方案
信號處理
MAX30102傳感器采集的光學(xué)信號易受環(huán)境光干擾，因此需要對原始數(shù)據(jù)進行濾波處理，常用的方法有：
低通濾波：去除高頻噪聲
滑動平均：平滑數(shù)據(jù)波動
血壓估算
利用光電容積脈搏波信號（PPG）進行血壓估算需要復(fù)雜的算法，本文不詳細討論，建議參考相關(guān)文獻或研究成果。
功耗管理
為延長電池壽命，應(yīng)在軟件中實現(xiàn)低功耗管理：
睡眠模式：在傳感器采集間隙進入低功耗模式
按需喚醒：根據(jù)需要喚醒特定模塊
結(jié)論
本文介紹了一種基于STM32F103C8T6、MAX30102和ADXL345的心率血壓手表設(shè)計方案。通過詳細的硬件連接、軟件設(shè)計及數(shù)據(jù)處理方法，展示了如何構(gòu)建一個功能全面、性能可靠的健康監(jiān)測設(shè)備。該設(shè)計不僅適用于個人健康管理，也為進一步研究和產(chǎn)品開發(fā)提供了參考。
參考文獻
責(zé)任編輯：David
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