【单片机毕业设计】基于单片机的运动健康监测手环系统设计基于STM32的心率血氧体温异常报警手环设计（033804）

最新推荐文章于 2026-11-10 09:32:37 发布

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毕业设计

单片机

本设计基于STM32F103单片机，集成ADXL345加速度传感器、MAX30102心率血氧传感器和DS18B20体温传感器，实现步数、心率、血氧、体温等多参数实时采集与显示；支持按键阈值设置，异常时触发蜂鸣器与LED声光报警；采用TFT屏幕直观呈现数据，具备低功耗、便携式嵌入式终端特性，适用于毕业设计与健康监护场景。

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基于STM32的心率血氧体温监测手环系统设计
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基于单片机的运动健康监测手环系统设计
基于STM32的心率血氧体温异常报警手环设计
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基于单片机的心率血氧体温检测手环系统设计
基于STM32的智能手环健康预警系统设计
基于51单片机的健康手环体征监测报警设计
基于单片机的运动健康手环监测系统设计
基于STM32的智能健康监测手环报警系统设计
基于单片机的心率体温血氧采集手环设计
基于STM32的健康手环多参数监测系统设计
基于51单片机的体征异常报警手环系统设计
基于单片机的智能健康手环系统设计

项目研究背景

随着物联网、嵌入式技术与移动互联网的迅猛发展，智能化、便携化的健康监测与运动管理设备正加速融入人们的日常生活，可穿戴设备市场持续扩容，已成为消费电子领域的重要增长点。本设计以STM32单片机为核心，集成ADXL345加速度传感器与MAX30102心率血氧传感器、DS18B20温度传感器，可同时检测步数、里程、卡路里、心率、血氧与体温等多项健康指标。针对传统健康监测设备功能分散、缺乏主动预警的问题，本设计支持按键设置各项报警阈值，数据异常时通过蜂鸣器与LED进行声光报警提醒。与此同时，物联网技术的普及使设备数据联网上云、远程交互成为常态，传统单机式设备的局限性进一步凸显。在此背景下，设计一款集数据采集、处理、显示与交互于一体的嵌入式智能终端，既能锻炼学生的软硬件综合开发能力，也契合社会对低成本、高实用性智能穿戴产品的现实需求，具有明确的工程实践价值与产业化前景。

摘要

针对传统健康监测设备功能分散、缺乏主动预警的问题，本文设计了一种基于STM32单片机的多功能健康监测手环。系统集成ADXL345、MAX30102与DS18B20传感器，可同时检测步数、里程、卡路里、心率、血氧与体温，屏幕显示手环标识。用户可通过按键设置心率、血氧、体温报警阈值，数据异常时蜂鸣器与LED灯进行声光报警。测试表明，系统检测稳定、报警及时、显示直观，为个人日常健康监测提供了实用的终端方案。

总体方案

本系统采用分层架构设计，自下而上划分为数据采集层、主控与显示层、执行与通信层。数据采集层负责运动信号与生理信号的原始采集；主控与显示层以STM32F103单片机为核心，完成数据处理、算法运算与人机界面显示；执行与通信层根据处理结果完成报警提醒、参数交互与系统供电。各层之间通过标准总线连接，结构清晰、便于扩展。具体硬件选型如下：

STM32F103单片机：系统主控单元，负责多传感器数据采集、健康指标计算、阈值判断、报警控制与显示驱动。选型理由：接口资源丰富，可同时挂载I2C、单总线、SPI等多类传感器与外设。使用场景：系统核心，运行于整个工作过程。
ADXL345加速度传感器：采集运动加速度信号，实现计步并推算里程与卡路里。选型理由：数字输出、低功耗、I2C接口简洁，穿戴计步方案成熟。使用场景：佩戴于手腕采集运动数据。
MAX30102传感器：通过光电容积法检测心率与血氧饱和度。选型理由：集成红光与红外双波长LED及光电接收器，I2C数字输出，体积小巧，适合腕部佩戴检测。使用场景：贴附于手腕皮肤，实时监测心率血氧。
DS18B20温度传感器：检测人体体温。选型理由：单总线数字输出、精度高、抗干扰能力强，测温范围满足人体体温监测需求。使用场景：接触手腕皮肤进行体温检测。
TFT液晶显示屏：显示步数、里程、卡路里、心率、血氧、体温及手环标识。选型理由：彩屏显示直观，SPI接口占用资源少。使用场景：系统人机交互窗口。
按键模块：设置心率、血氧、体温报警阈值。选型理由：独立按键操作简单直观，便于用户自定义报警范围。使用场景：用户进行阈值设置。
蜂鸣器与LED：数据异常时进行声光报警提醒。选型理由：蜂鸣器声响响亮、LED指示醒目，成本低、驱动简单。使用场景：检测到异常数据时发出报警。

整体硬件搭建方案为：传感器模块经I2C、单总线等接口挂载至STM32，显示屏经SPI接口连接，通信模块经USART连接，按键与报警器件接至GPIO口，电源模块统一供电。系统功能结构如图所示。

在这里插入图片描述

核心功能

基础功能

系统供电与复位：电源模块为单片机及各类传感器提供稳定电压，系统上电自动复位并进入初始界面。
阈值参数设置：用户通过按键设置心率、血氧、体温的报警上下限，参数掉电后仍可保存，设置过程简单直观。

核心功能

运动数据采集与计步：ADXL345采集运动加速度信号，经滤波与峰值检测算法累计步数，并计算里程与卡路里消耗。
心率血氧检测：MAX30102采集指尖或手腕的光电容积脉搏波信号，STM32对信号进行处理，计算心率与血氧饱和度。
体温检测：DS18B20采集手腕皮肤温度并换算为体温值，实时显示在屏幕上。
多参数实时显示：TFT屏幕同时显示步数、里程、卡路里、心率、血氧、体温等多项数据及手环标识，刷新及时、界面清晰。
声光报警提醒：当心率、血氧或体温超出预设阈值时，系统立即驱动蜂鸣器鸣响与LED闪烁，实现本地声光双重报警。

辅助功能

手环标识显示：屏幕显示手环标识图片，增强产品辨识度与界面美观度。
便携与低功耗设计：系统结构紧凑、传感器功耗低，适合长时间佩戴进行日常健康监测。

技术路线

技术类别	具体技术	用途	说明
开发语言	C语言	单片机底层驱动与业务逻辑开发	运行于STM32平台，代码模块化设计
主控芯片	STM32F103系列单片机	系统核心控制与数据处理	ARM Cortex-M3内核，资源丰富
开发工具	Keil MDK	代码编写、编译与在线调试	配合ST-Link仿真器下载调试
传感器技术	MAX30102光电传感器、DS18B20温度传感器	心率血氧与体温检测	分别基于光电容积法与单总线数字测温
报警技术	蜂鸣器与LED声光报警电路	数据异常本地报警提醒	GPIO驱动，响应迅速、警示效果明显
显示方案	TFT液晶显示屏（SPI接口）	检测数据与界面图形显示	彩屏显示直观、驱动成熟
调试工具	串口调试助手、ST-Link	程序下载与通信数据观测	辅助定位软硬件问题
设计软件	Visio、Altium Designer	系统结构图与电路原理图绘制	用于文档与图纸产出

上述技术均为嵌入式开发主流技术，技术成熟、资料丰富，符合本科毕业设计的技术难度要求。

开题报告

一、选题依据

（一）研究背景

（二）研究的意义

本课题面向日常运动与健康管理的实际需求，综合运用嵌入式系统、传感器检测、无线通信与界面设计等知识，完成从方案论证、硬件搭建、驱动编写到系统联调的完整开发流程。通过本课题的研究，可以加深对单片机体系结构、总线通信协议和传感器工作原理的理解，提高软硬件协同开发与系统调试能力；同时，所设计的终端结构紧凑、成本可控、功能贴近生活，对同类嵌入式消费产品的开发具有一定的参考价值，也锻炼了工程实践与文档撰写能力。

（三）国内外研究现状

国外对智能手环类产品的研究起步较早，Fitbit、Apple Watch等产品在运动监测与健康提醒方面功能丰富，但价格较高、面向特定生态。国内研究近年来发展迅速，基于单片机的低成本健康监测方案层出不穷：文献研究表明，STM32配合ADXL345实现计步、配合MAX30102实现心率血氧检测的技术已较为成熟，相关方案在毕业设计与工程实践中被广泛应用。现有低成本方案多侧重单一功能，存在功能分散、交互方式单一、缺乏远程预警等不足。随着物联网技术的普及，将多参数检测、本地报警与无线通信相结合，成为低成本智能穿戴设备的重要发展方向。

（四）参考文献

[1] 张毅, 王刚. 基于STM32的智能手环系统设计[J]. 单片机与嵌入式系统应用, 2021(5): 45-48.
[2] 李华, 刘明. 基于ADXL345加速度传感器的计步算法研究[J]. 传感器与微系统, 2020(3): 112-115.
[3] 陈志强, 赵磊. 基于MAX30102的心率血氧检测系统设计[J]. 电子设计工程, 2021(12): 88-91.
[4] 王磊, 孙静. 基于DS18B20的多点温度测量系统设计[J]. 自动化与仪器仪表, 2019(8): 66-68.
[5] 周涛, 吴敏. 基于ESP8266的物联网终端通信技术研究[J]. 物联网技术, 2020(6): 33-36.
[6] 郑凯, 何俊. 基于HC-05蓝牙模块的无线数据传输系统设计[J]. 电子技术应用, 2019(4): 78-80.
[7] 黄敏, 罗军. 基于GSM模块的远程报警系统设计[J]. 计算机测量与控制, 2018(9): 210-213.
[8] 徐斌, 高翔. 基于DS1302的实时时钟电路设计[J]. 电子制作, 2020(10): 55-57.
[9] 林峰, 杨帆. 基于STM32的TFT液晶显示系统设计[J]. 液晶与显示, 2019(7): 640-644.
[10] 马跃, 唐晓初. 可穿戴设备中运动监测算法综述[J]. 计算机工程与应用, 2021(18): 20-28.

二、设计或研究内容、预期目标及拟解决的关键问题

（一）研究内容

系统以STM32F103为核心控制器，首先搭建多传感器数据采集平台：通过ADXL345实现运动计步，通过MAX30102采集光电容积脉搏波信号并计算心率与血氧，通过DS18B20采集体温；其次研究脉搏波信号的去噪与特征提取方法，提高心率血氧计算的准确性；然后设计阈值管理模块，用户通过按键设置心率、血氧、体温的报警阈值，系统实时比较检测值与阈值；最后驱动蜂鸣器与LED实现异常数据的声光报警，并在TFT屏幕上完成多参数的实时显示与手环标识呈现。

（二）预期目标

本课题预期完成一套以STM32单片机为核心的智能终端系统，实现步数、心率、血氧、体温检测、阈值设置与声光报警等全部功能，各模块协调稳定运行，检测数据准确、显示直观、报警及时，通信链路可靠，并完成实物制作与系统测试，形成完整的设计论文与演示成果。

（三）拟解决关键问题

（1）脉搏波信号微弱且易受环境光与人体运动干扰，如何从原始光电信号中准确提取脉搏特征、计算心率与血氧，是本设计需要解决的首要问题。
（2）多传感器数据需要周期性轮询采集与实时显示，如何合理设计程序调度机制，保证各任务协调运行、数据显示无卡顿，是需要解决的第二个问题。
（3）报警阈值的合理设定直接影响误报与漏报率，如何在系统中设计灵活的阈值设置与判断机制，兼顾灵敏度与可靠性，也是需要重点考虑的问题。

三、研究方案

（一）技术路线

系统开发遵循"需求分析→方案设计→硬件搭建→驱动开发→算法实现→系统联调→测试优化"的路线推进。首先分析课题功能需求，确定总体方案与器件选型；然后搭建最小系统并逐一调试各传感器与外设驱动；在此基础上实现核心算法与业务逻辑；最后进行整机联调与功能测试，根据测试结果优化程序，完成论文撰写。

（二）关键技术

MAX30102光电容积脉搏波采集与心率血氧算法；DS18B20单总线驱动技术；多传感器数据融合与任务调度技术；蜂鸣器与LED报警驱动电路设计；TFT多参数界面显示技术。

四、设计或研究计划进度

序号	日期	工作任务
1	第1周～第2周	资料收集与方案论证，完成开题报告
2	第3周～第4周	硬件选型与电路设计，绘制系统结构图与原理图
3	第5周～第7周	搭建硬件平台，完成各传感器模块驱动调试
4	第8周～第10周	核心算法设计与功能模块编程实现
5	第11周～第12周	系统联调与功能测试，修复问题并优化
6	第13周～第14周	整理数据，撰写毕业论文，准备答辩

五、设计(论文)的预期成果与特色或创新之处

（一）预期成果

完成基于STM32单片机的智能终端一套，实现课题要求的全部功能：多源数据采集、指标计算、数据显示、阈值报警及各版本对应的无线通信功能；提交系统结构图、电路原理图、完整源代码与毕业设计论文，并通过实物演示验证系统功能的正确性与稳定性。

（二）特色或创新之处

（1）将运动计步与心率、血氧、体温检测集成于同一腕戴终端，实现多源健康数据的统一采集与显示；引入可自定义阈值的双级声光报警机制，使设备具备主动健康预警能力；系统成本低廉、佩戴方便，适合日常家庭健康监护场景。

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。