基于STM32单片机的人体心率采集系统

湖北民族学院信息工程学院 王 毅 杨 志 黄晓英 聂云浩 徐 建

基于STM32单片机的人体心率采集系统

湖北民族学院信息工程学院 王 毅 杨 志 黄晓英 聂云浩 徐 建

针对目前便携式人体心率采集系统的研究，本文提出了一种通过搭建以STM32ZET6为控制核心，以脉搏传感器SON1205为外部检测模块，通过C语言在KEIL5编程软件下，设计心率检测算法来实现对人体心率的检测，本系统还能够通过无线传输模块NRF2401实现将采集到的人体心率等信息进行实时的传输，从而可以实现一种远程监控，同时，系统还能够将检测到的人体心率通过液晶模块显示。实验表明，该系统工作稳定，误差较小，数据传输正常，能够达到我们整套系统的要求。

心率采集；STM32；脉搏传感器；NRF2401

0　引言

随着现代社会的不断的发展以及人们生活水平的不断提高，人们对自己健康的在意度也在不断的加强，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。同时大多数的孤巢老人身边没有子女的监护，一旦发生了任何的意外情况，所有人都只能鞭长莫及，无能为力。因此如何得到一套能够十分便携又可以远程监控的心率采集统［1］，是十分重要的。

改革开放以来，在无数前辈们的努力下，中国的科技有了快速的发展，小型化、集成化的MCU不断的进入中国市场，从而使更多的电子器件进入普通百姓家中成为了可能。医院虽然有高精度的心电测量仪，但是很多都是有线检测，这在一定的程度上限制的病人的自由活动的空间，并且需要让病人经常在医院与家庭之间长期奔波。同时高精度的测量仪价格昂贵、笨重，无法进入普通百姓家，也无法进行随身携带。

STM32单片机开发成本低廉，我们只需要在上面运行我们用C语言编写的心率检测算法结合我们所搭建的外围电路模块就能实现人体的心率采集，以及心率传输，操作简单方便。

1　系统总体方案

系统通过脉搏检测模块来感知人体心率的变化［2］，将人体心率的变化通过方波的形式输出，然后通过放大电路将方波信号进行放大至系统的MCU能够检测的幅度，最后将处理好的信号接到MCU的I/ O口送给MCU，让MCU运行心率检测算法进而得出此时人体的心率，MCU得到心率后通过液晶显示，同时系统的MCU还利用无线传输模块NRF2401将数据发送至远程监护端，实现数据的远程监护。

本系统的总体设计图如图1所示。

2　硬件电路设计

系统硬件电路采用的是模块化的设计，按照系统结构组成，硬件结构相应的分为脉搏检测模块、显示模块、无线传输模块。

2.1脉搏检测模块

人体心率检测系统最为关键的一步就是获取人体的心率，我们只有检测到心率后，才能运行心率检测算法得出人体的心率。在本套系统中我们使用的是模块化的脉搏检测器SON1205。它能够将人体微弱的心率信号经过采集放大后输出标准的方波信号。

脉搏检测器电路图如图2所示。

图1　系统总体设计图

2.2显示模块

显示模块我们使用的是正点原子官方提供的TFT3.5寸的液晶显示屏，通过宽大液晶显示，能够实现友好的人际界面交互，将检测到的信息实时的显示，同时根据检测的结果给出一定的合理化的保健建议 。

2.3无线传输模块

无线传输模块用于将我们采集到的信息传输至远端界面，因此本系统中我们采用的是NRF2401无线传输模块。NRF2401是单片射频收发芯片，一般工作在2.4～2.5Ghz ISM频段，芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体震荡器和调制器等功能的模块，输出功率和通信频段可以通过程序来进行配置。

3　软件设计

本套系统的重点是心率检测算法的设计，只有良好的心率检测算法，我们所采集到的信息才会误差较小，从而给我们提供精确的信息。在本套系统中我们利用了STM32的内部资源，外部中断和内部定时器的使用，我们通过外部中断来获取人体心率的变化，通过定时器来设置一个时间闸门，通过计数在这个时间闸门内心率变化的次数，从而通过一定的数据处理得到人体的心率。

如图3所示为本系统的程序设计图。

图2　脉搏检测器设计图

图3　程序设计图

4　检测结果分析

我们找来三个人对本套系统进行测试，将检测结果与医院高精度的心电检测仪检测的结果进行比较。

测试结果如表1所示。

从表中我们可以看出，在几次测试中，数据结果与精密仪器的

结果虽然有一定的误差，但是误差是很小的一般都在3～5之间，再者数据传输端显示的结果于检测端是一样的说明系统的数据传输正常稳定，系统能够稳定的工作。

表1　系统测试结果

5　结束语

在本套系统中，完成了人体心率的采集与传输，通过采集到的结果通过液晶显示屏给出一定的保健建议，使人们能够时时刻刻的监护到自己的健康状况，同时也为“空巢老人”的健康防护起到了一定的防范作用。通过系统的测试，达到了我们所需要的目的。

［1］张迪，吴水才.心电远程监护系统的研究进展［D］.北京：北京大学，2008.

［2］周星驰，周樟伟，陶大锦.人体生理信号采集系统［J］.电子世界，2012（04）.