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本作品為首屆立創商城電子製作節優秀作品之一，經作者尼桑（立創社區昵稱）授權發布並標註原創，轉載請註明出處，未經允許不得用作商業用途。原文鏈接：

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一. 作品簡介

一款面向大眾的血氧飽和度及心率檢測儀。集功耗低、體型小、簡易便攜為一體。焊接組裝好如下圖所示。

近年來，伴隨著現代化步伐的加快，人們面臨著日益加劇的競爭壓力、生活壓力，鍛煉的時間也極度匱乏，導致人們患上慢性疾病的幾率明顯增加。為了讓人們在家裡就可以及時了解家庭成員的健康狀況，甚至能夠實時監測病人的身體狀況，最終實現對各類易患病人群的疾病的預測與監控。而在人體常見的生理指標中，血氧飽和度和心率最能反映人體的健康狀況。所以我們著手製作了這款血氧飽和度及心率檢測儀。

二. 作品亮點

對這血氧飽和度和心率兩項生理參數進行實時監控並在上位機上實時顯示，可以實現在家中就能得知自己身體健康狀況的目的，達到預防慢性疾病的效果。

此外，檢測到的生理數據也可以提供給醫生，方便其診斷病人的病情。

方便用戶實時了解自身的生理參數變化情況以及幫助研究者對生理數據進行後期分析研究。針對現有生理參數監測裝置外型設計存在的缺陷，本生理參數監測裝置設計為指夾式裝置，其戴在手指上緊貼皮膚表面的構造使得感測器能夠很好的接觸皮膚表面，幫助了生理參數的準確獲取，同時可減少運動過程中產生的干擾，提高了監測裝置的精確性。

同時小型化的設計最大程度地減小了與皮膚的接觸面積，因此克服了給用戶帶來不舒適的缺陷。

三. 系統框架圖

微處理器模塊是整個系統的核心，主要協調各模塊之間的工作以及對採樣得到的生理信號進行一定的信號處理和計算等。

信號採集模塊對生理參數的實時採集是關係到整個生理參數監測裝置有效工作的關鍵性因素。

WiFi 通信模塊的設計實現了本系統的數據傳輸功能，是連接下位機模塊與上位機終端的橋樑。本裝置採用 WiFi 通信技術，下位機模塊將採集、處理、計算得到的生理數據由串口輸出通過，數據通過 WiFi 模塊以無線的形式發送給上位機終端。

電源模塊為整個生理監測裝置進行統一供電，避免了複雜的電源電路設計，同時減小了整體裝置的體積，實現裝置的小型化。

四. 原理圖

單片機模塊

紅外光管模塊

由感測器 NJL5501R 和三極體構成。驅動電路工作方式為：單片機的內部定時器交替產生兩路 PWM 波，通過 I/O 口（PA6、PA7）控制驅動電路的選通，交替驅動 NJL5501R 晶元的兩個發光管 D1（紅光 LED）和 D2（紅外光 LED）發光，光電接收管 Q3 接收組織反射回來的光並轉換為一個電壓信號 V1。在脈搏波的檢測過程中，環境光的干擾以及個體之間對不同波長的光的吸收情況的不同，會造成脈搏波基線漂移影響採樣精度甚至於影響 STM32 進行正確的採樣。針對此問題，採用 STM32 跟蹤採樣得到的脈搏波，通過其內置 DAC1 實時調整通過 D1 和 D2 的驅動電流大小，從而達到控制發光管發射光強大小的目的。

差分放大模塊

針對 NJL5501R 感測器採集得到的人體脈搏波信號強度較弱的現象，硬體信號調理模塊採用前置放大電路進行放大。該放大電路為同相輸入比例運算電路，選用 TLC2262 晶元，該晶元可以在單電源和雙電源條件下供電，可以達到軌到軌的輸出性能，並具有微功耗的特點，特別適用於攜帶型監測設備。V1 信號組成部分為紅光和紅外光的交流分量和直流分量，帶有脈搏信號的交流分量在幅值上遠遠小於直流分量。為充分放大交流分量，採用差動輸入的減法電路進行前置放大。

WIFI模塊

手機APP顯示

實現原理：

本作品是基於STM32微處理器和Android系統血氧飽和度和心率檢測儀，採用血氧感測器進行硬體電路設計，實現人體生理血氧和心率信號的採集，由單片機對信號進行採樣、處理及計算，得到的數據通過 WiFi 通信模塊發送給手機APP，進行生理數據的實時顯示與存儲，方便用戶實時了解自身的生理參數變化情況以及幫助研究者對生理數據進行後期分析研究。

五. 原件清單

TLC2262

三極體

ESP8266串口WIFI 模塊

STM32F103RCT6TR

電阻

電容

NJL5501R 血氧感測器

六. 軟體

軟體部分編程實現紅光使用2KHZ方波，紅外光使用1KHZ方波驅動，利用STM32內部AD進行AD採樣，通過數字解調的方法獲得紅光和紅外光數據。血氧值和心率值通過閾值微分法進行處理分析。

註：作者在原帖中附有作品演示視頻，有興趣的朋友可到立創社區原帖查看：

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