原標題：基于STM32F103C8T6的心率血壓手表設計方案

基于STM32F103C8T6+MAX30102+ADXL345的心率血壓手表設計方案

引言

現代智能手表不僅僅是時間顯示器，更是健康監測的多功能設備。它們能實時監測用戶的心率、血壓、運動數據等，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光學心率傳感器和ADXL345加速度傳感器的心率血壓手表設計方案，涵蓋硬件設計、軟件設計、數據處理及傳輸等方面。

系統概述

硬件組成

1. 主控芯片：STM32F103C8T6

2. 心率傳感器：MAX30102

3. 加速度傳感器：ADXL345

4. 顯示模塊：OLED屏

5. 通信模塊：藍牙模塊（如HC-05）

6. 電源管理模塊：鋰電池及充電管理電路

7. 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，適合便攜式設備

在本設計中，STM32F103C8T6作為主控芯片，負責以下任務：

• 采集傳感器數據（MAX30102和ADXL345）

• 數據處理及心率、血壓計算

• 顯示數據到OLED屏

• 通過藍牙模塊與手機APP通信

• 管理電源及其他外設

MAX30102

MAX30102是一款集成了脈搏血氧和心率監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

• 低功耗設計

MAX30102通過I2C接口與STM32F103C8T6通信，采集光學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用于監測用戶的運動狀態，為運動檢測和數據校正提供支持。

硬件設計

硬件連接圖

1. 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）

2. 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）

3. STM32F103C8T6與OLED屏的連接

• VCC -> 3.3V

• GND -> GND

• SCL -> I2C2_SCL (PB10)

• SDA -> I2C2_SDA (PB11)

4. STM32F103C8T6與藍牙模塊的連接

• VCC -> 3.3V

• GND -> GND

• TX -> USART1_RX (PA10)

• RX -> USART1_TX (PA9)

5. 電源管理模塊

• 通過鋰電池和充電管理電路為系統供電

PCB設計

在設計PCB時，應注意各模塊之間的干擾，尤其是MAX30102傳感器的光學信號容易受到環境光的影響，因此應妥善屏蔽和布局。此外，考慮到設備的便攜性，盡量減少PCB尺寸，并合理布局元器件。

軟件設計

軟件框架

1. 主程序

• 初始化系統

• 定時采集傳感器數據

• 調用數據處理算法

• 更新顯示

• 處理用戶輸入及藍牙通信

2. 傳感器數據采集

• MAX30102數據采集

• ADXL345數據采集

3. 數據處理

• 信號濾波及降噪

• 心率計算

• 血壓估算（需要結合具體算法）

4. 顯示及通信

• OLED屏顯示更新

• 藍牙通信協議及數據傳輸

關鍵代碼示例

初始化及主循環

#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': // 發送心率數據
                Bluetooth_SendData(heart_rate);
                break;
            case 'A': // 發送加速度數據
                Bluetooth_SendData(x);
                Bluetooth_SendData(y);
                Bluetooth_SendData(z);
                break;
            // 其他命令處理
        }
    }
}

設計難點及解決方案

信號處理

MAX30102傳感器采集的光學信號易受環境光干擾，因此需要對原始數據進行濾波處理，常用的方法有：

1. 低通濾波：去除高頻噪聲

2. 滑動平均：平滑數據波動

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雜的算法，本文不詳細討論，建議參考相關文獻或研究成果。

功耗管理

為延長電池壽命，應在軟件中實現低功耗管理：

1. 睡眠模式：在傳感器采集間隙進入低功耗模式

2. 按需喚醒：根據需要喚醒特定模塊

結論

本文介紹了一種基于STM32F103C8T6、MAX30102和ADXL345的心率血壓手表設計方案。通過詳細的硬件連接、軟件設計及數據處理方法，展示了如何構建一個功能全面、性能可靠的健康監測設備。該設計不僅適用于個人健康管理，也為進一步研究和產品開發提供了參考。

參考文獻

1. STM32F103C8T6 Datasheet

2. MAX30102 Datasheet

3. ADXL345 Datasheet

4. Bluetooth Module HC-05 Datasheet