【单片机毕业设计】基于 MAX30102 传感器的健康监测硬件系统设计基于 STM32F103 的人体心率血氧检测装置开发（013201）

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原创最新推荐文章于 2026-11-14 12:15:00 发布 10 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

21 硬件工程师笔面试高频考点真题解析——单片机 本文系统介绍了单片机的核心概念与应用知识，包括：单片机定义与选型要点（性能、存储、外设等）；核心参数（主频、I/O、通信接口等）；最小系统组成（电源、复位、晶振、BOOT）；常见外设（GPIO、ADC、定时器等）；GPIO工作模式（输入/输出）；死机原因分析（硬件干扰、软件错误等）；上电故障排查流程（电源、时钟、程序等）；与DSP、FPGA的对比（控制vs运算vs可编程）；常用通信总线特点（UART、I2C、SPI、CAN）；看门狗功能（超时复位防死机）。内容涵盖单片机硬件设计关键要点，适合嵌入式开发者参考阅读详情

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20 个相关毕业设计备选题目

基于 STM32 的心率血氧监测与声光报警装置设计
基于 MAX30102 的人体健康参数采集终端设计
基于单片机的生理指标检测与阈值预警系统设计
基于 STM32 的 OLED 心率血氧显示报警设备开发
基于嵌入式技术的健康心率血氧监测仪器设计
基于单片机的生理数据采集与阈值可调报警系统
基于 MAX30102 传感器的健康监测硬件系统设计
基于 STM32F103 的人体心率血氧检测装置开发
基于嵌入式单片机的健康预警终端设计与实现
基于按键交互的心率血氧阈值可调监测系统设计
基于 STM32 的生理参数实时显示与声光报警设计
基于传感器技术的便携式心率血氧检测仪设计
基于单片机开发板的健康数据采集报警系统实现
基于 OLED 显示的嵌入式生理指标监测设备设计
基于阈值自定义的心率血氧监测预警装置开发
基于 STM32 的便携式健康监测硬件终端设计
基于 MAX30102 的嵌入式健康预警系统设计
基于人机按键交互的生理监测报警设备实现
基于单片机的心率血氧超限声光报警系统设计
基于嵌入式开发的人体健康监测终端设计与实现

项目研究背景

随着全民健康理念不断普及，便携式生理健康监测设备逐步走进大众日常生活，嵌入式单片机与光电传感器技术的成熟，进一步推动了低成本健康检测硬件的研发。当前市面上简易的心率血氧检测设备大多功能固化，阈值参数无法由用户自主修改，人机交互方式单一，仅能完成基础数据采集，缺少超限自动声光预警功能。部分简易设备数据展示形式简陋，无法直观实时查看生理数据，难以满足家庭日常健康自主监测的使用需求。传统分立搭建的检测方案还存在硬件集成度低、程序兼容性差、外设联动逻辑不完善等问题。在物联网与嵌入式硬件普及的趋势下，利用 STM32 单片机搭配光电传感器开发可自定义阈值、带声光报警的便携式健康终端，能够填补低成本简易监测设备的功能短板。本课题立足于普通家庭健康自查的实际场景，设计一套可自主修改预警阈值、实时显示数据、异常自动报警的硬件装置，具备成本低廉、操作简便、功能实用的优势，拥有较好的实用落地价值。

摘要

本课题以 STM32F103C8T6 单片机为核心控制器，搭配 MAX30102 光电传感器、OLED 显示屏、蜂鸣器与 LED 灯光，设计一款便携式心率血氧监测预警装置。系统通过传感器采集人体心率与血氧浓度生理数据，利用 OLED 屏幕实时刷新显示测量结果。装置配备四路独立按键，支持切换显示界面，在阈值设置界面可选中对应参数，完成上下限数值的增减修改。当设备运行在自动监测模式时，一旦心率超出设定区间或者血氧数值低于下限阈值，设备立即触发蜂鸣器与 LED 灯完成声光报警。本课题完成硬件电路搭建、底层驱动程序编写、按键交互逻辑与超限预警程序开发，最终实现硬件实物联调。该设备结构简单、成本较低，可满足家庭日常基础生理指标监测需求。

总体方案

主控硬件：STM32F103C8T6 单片机

选型理由：该型号为本科嵌入式课程主流芯片，资源充足，具备充足 GPIO 引脚用于外接传感器、显示屏与按键，开发资料丰富，调试难度低。作用：作为整个装置的核心处理器，完成传感器数据读取、数值运算、屏幕刷新、按键扫描以及报警逻辑判断。使用场景：整机的数据运算与外设调度核心。
采集硬件：MAX30102 心率血氧传感器模块

选型理由：集成红外与红光光电检测单元，自带基础信号处理电路，无需复杂模拟电路，串口通信稳定，适合生理信号采集。作用：采集手指毛细血管的光信号，转换成心率与血氧浓度原始数据并传输给单片机。使用场景：人体生理指标数据采集输入端。
显示硬件：0.96 寸 I2C 接口 OLED 液晶显示屏

选型理由：功耗低，占用引脚少，驱动代码成熟，能够清晰显示两行以上文本与数字，适配本项目数据展示需求。作用：实时刷新显示当前心率、血氧数值，同时展示阈值参数设置界面。使用场景：人机数据可视化界面。
外设硬件：有源蜂鸣器 + LED 指示灯

选型理由：元器件体积小、驱动简单，仅需普通 IO 口即可控制通断，成本极低。作用：当生理数据超出预设阈值时，同步发出鸣笛与灯光闪烁，实现声光预警。使用场景：异常状态提醒输出端。
交互硬件：4 路独立轻触按键模块

选型理由：独立按键无电平干扰，扫描程序易于编写，四路按键可以分别对应界面切换、参数选中、数值增加、数值减少四项操作。作用：完成模式切换与阈值参数自定义修改。使用场景：用户参数设置与人机交互入口。
硬件整体架构逻辑

单片机作为核心，分别连接传感器、显示屏、按键与声光外设；传感器持续采集生理数据传给主控，主控一边将数据发送至 OLED 屏幕显示，一边循环扫描按键状态；自动模式下主控对比实测值与阈值，一旦超限立即触发蜂鸣器与 LED 报警。

核心功能

核心数据处理功能

实现效果：以 STM32 单片机完成 MAX30102 上传的原始光电信号运算，换算出实时心率值与血氧饱和度。操作逻辑：单片机定时读取传感器寄存器数据，经过滤波算法剔除抖动干扰，计算得到稳定生理数值。核心作用：为后续数据显示与阈值判断提供可靠数据源。
实时数据显示功能

实现效果：OLED 屏幕稳定刷新当前测量的心率、血氧数值，字符清晰无乱码。操作逻辑：程序定时刷新屏幕缓冲区，将运算完成的生理指标实时输出到液晶屏。使用场景：自动监测界面，方便用户直观读取测量结果。
多界面按键切换功能

实现效果：按下第一个按键，设备在自动监测界面和阈值设置界面来回切换。操作逻辑：程序持续扫描按键电平，按键触发后切换全局界面标志位，刷新对应页面内容。核心作用：区分正常测量模式与参数配置模式，完善人机交互。
阈值自定义设置功能

实现效果：进入阈值界面后，第二个按键切换选中项（心率上限、心率下限、血氧下限），第三个按键数值加 1，第四个按键数值减 1。操作逻辑：选中标志随按键切换，对应变量数值跟随加减按键完成递增、递减，修改后的阈值自动保存用于后续判断。使用场景：用户根据自身健康情况自主调整预警边界。
心率超限声光报警功能

实现效果：自动模式下，实测心率高于上限阈值或低于下限阈值时，蜂鸣器持续鸣叫，LED 灯同步闪烁。操作逻辑：主控不断对比实测心率与上下限变量，一旦超出区间立即拉高对应 IO 口电平，启动声光外设。核心作用：及时提醒用户心率指标异常。
血氧过低声光报警功能

实现效果：自动监测时，血氧测量值低于预设下限阈值，立刻启动蜂鸣器与灯光报警。操作逻辑：程序循环对比血氧实测值与下限阈值，条件成立则触发预警外设。核心作用：对血氧不足的异常状态进行及时提醒。

技术路线

主控开发语言：C 语言

选型理由：嵌入式单片机开发的标准语言，代码执行效率高，可直接操作硬件寄存器，是本科单片机课程必修内容。具体用途：编写传感器驱动、屏幕显示、按键扫描、阈值判断与报警控制全部底层程序。
开发软件：Keil MDK5

选型理由：高校嵌入式课程通用开发环境，完美支持 STM32 系列芯片编译与下载，自带调试工具。具体用途：完成源代码编写、程序编译、固件下载与在线断点调试。
硬件驱动工具：STM32CubeMX

选型理由：图形化可视化配置引脚与外设，自动生成初始化工程代码，大幅简化单片机时钟、I2C 通信等底层初始化工作。具体用途：配置 I2C 通信引脚、GPIO 输出引脚，一键生成基础工程框架。
通信协议：I2C 通信协议

选型理由：OLED 显示屏与 MAX30102 均采用 I2C 总线，仅占用两根 IO 引脚，布线简洁，驱动代码成熟。具体用途：实现单片机与传感器、液晶屏幕之间的数据传输。
电路设计软件：Altium Designer（可选）

选型理由：电子类本科常用 PCB 绘图工具。具体用途：绘制系统硬件电路原理图，完成电路板布局布线。
实物调试工具：ST-Link 下载器 + 万用表

选型理由：低成本调试工具，适配 STM32 程序下载与硬件通断检测。具体用途：将程序烧录进单片机，排查硬件接线短路、引脚电平异常问题。
程序调试辅助：串口助手

选型理由：简单易用的上位机调试软件。具体用途：打印传感器原始数据，辅助调试心率血氧数值计算逻辑，排除数据抖动问题。

项目演示

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关于我们

博主本身从事开发软件开发、有丰富的编程能力和水平、累积给上千名同学进行辅导、有自己的独立工作室，目前只专注做自己专业领域的事。团队人员有多年架构师设计经验、多人有参加校企合作经验，被多个学校常年聘为校外企业导师，指导学生毕业设计并参与学生毕业答辩指导，有较为丰富的相关经验。期待与各位高校教师、企业讲师以及同行交流合作。