基于STM32的血氧仪开源设计方案

基于STM32的血氧仪
一、简介
设计一款基于STM32的血氧仪，用于测量人体血氧饱和度和心率，并将测量结果显示在LCD屏幕上。
本产品由STM32F103C8T6单片机最小系统+MAX30102传感器+LCD显示模块+蜂鸣器模块组成。
1.选择合适的传感器模块，如MAX30102，用于采集红光和红外线信号，并通过单片机IIC总线读取。

2.使用STM32微控制器作为主控芯片，配置相应的时钟源和分频系数，开启需要使用的外设时钟，包括GPIO口、ADC、LCD等。

3.根据传感器模块和LCD屏幕的接口要求，进行相应的GPIO口配置和LCD初始化操作。

二、功能需求
采集功能：能够采集被测者的血氧饱和度和脉率信息，并进行数字化处理。
显示功能：通过LED数码管、LCD显示屏等方式直观地呈现被测者的血氧饱和度和脉率信息。
报警功能：当被测者的血氧饱和度低于设定阈值时，能够及时发出声音或光闪提示，提醒用户。
数据存储功能：能够将采集到的血氧饱和度和脉率数据保存在内部存储器中，并具有查询和导出功能。
操作简单：血氧仪的操作应简单易懂，可以通过触摸方式实现。
尺寸轻巧：血氧仪应小巧便携，方便随身携带，适用于家庭、医院、体育运动等场合。
高精度稳定性：对于血氧饱和度和脉率的精度和稳定性要求较高，需确保数据准确可靠。
高安全性：血氧仪应具有较高的安全性，避免对人体产生不良影响。
三、硬件设计


3.1电路分析
传感器：血氧仪需要使用光学传感器进行血氧饱和度和脉率的采集。传感器可以采用LED光源和光敏传感器进行测量，对传感器的灵敏度、响应速度等指标进行测试和优化。
信号放大与滤波：为提高信号的稳定性和精度，需要进行信号放大和滤波处理。可以采用运算放大器和低通滤波器进行信号处理，调整增益和截止频率以达到最佳效果。
显示屏：血氧仪需要配备显示屏进行数据显示。选择LCD显示屏作为显示模块。
控制器：血氧仪需要配备控制器进行系统控制和数据处理。选择STM32F103C8T6作为嵌入式微处理器。
3.2 MAX30102传感器原理
两个发光二极管，一个光检测器，携带氧气的红血球能吸收较多红外光（850-1000nm），未携带氧气的红血球则是吸收较多的红外光（600-750nm），利用不同红血球之吸收光谱的原理，来分析血氧饱和度。

四、软件设计
4.1软件设计框图

4.2 MAX30102驱动编写
4.2.1时钟配置,设置系统时钟源和分频系数，使得STM32能够正常工作。
__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
4.2.2外设初始化,开启需要使用的外设时钟，并进行相应的GPIO口、LCD等外设初始化。
LCD屏初始化
MAX30100驱动程序
单片机通过I2C总线与传感器模块通信，获取血氧、心率等数据。
硬件初始化模块：包括时钟配置、外设初始化等。
数据处理模块：对采集到的数据进行处理，计算出血氧值和心率等指标，并将其显示在LCD等界面上。
通信模块：可以通过UART方式与其他设备进行通信，将数据上传至PC端进行分析。
4.2.3计算血氧值和心率值,根据采集到的SPO2数据和心率数据，进行相应的计算，得出血氧值和心率值。
4.2.3.1 双波长光吸收比值计算,双波长光吸收比值计算是血氧值计算算法的第一步，它通过传感器模块采集的红光和红外线信号，计算出其在不同波长下的吸收比值。一般需要进行以下几个步骤：
1.获取红光和红外线信号：
temp_num = max30100_Bus_Read(INTERRUPT_REG);
2.血氧饱和度计算：根据双波长光吸收比值和相关系数，计算出血氧饱和度。
3.计算红光和红外线信号比值：将红光和红外线信号分别除以一个参考值（如环境光强度），得到其相对强度，再将两者相除，得到红光/红外线信号比值。
4.对比值进行滤波,对红光/红外线信号比值进行直流滤波处理，降低采集噪声和干扰。
4.2.4显示数据,将计算得到的血氧值和心率值，显示在LCD等界面上,五、实物演示