基于STM32的智能医疗监护系统

1. 引言

随着远程医疗的发展,实时监测患者生命体征的需求日益迫切。本文设计了一款基于STM32的智能医疗监护系统,可实时采集心电信号、血氧饱和度、体温等关键生理参数,支持异常预警与云端数据同步,适用于家庭监护、术后康复等场景,为医疗决策提供可靠依据。


2. 系统设计

2.1 硬件设计

  • 主控芯片:STM32L476(低功耗Cortex-M4,80MHz)

  • 生物传感器

    • AD8232心电模块(采样率250Hz)

    • MAX30102血氧与心率模块

    • DS18B20高精度体温传感器

  • 通信模块:BLE 5.0(CC2640R2F)

  • 电源管理:锂电池+TPS62740电源芯片(待机电流<2μA)

  • 交互模块:1.54寸电子墨水屏+三色LED报警灯

  • 存储模块:MicroSD卡(存储24小时原始数据)

2.2 软件架构

┌───────────────┐       ┌───────────────┐  
│  信号采集层    │ --> │  医疗分析引擎  │  
│ - ECG信号处理  │     │ - 心率变异性   │  
│ - 血氧
### 基于STM32F103的智能医疗监护系统设计方案 #### 1. 系统概述 基于STM32F103的智能医疗监护系统旨在通过集成多种传感器技术,实现实时健康数据采集、处理和反馈。该系统可监测心率、血氧饱和度、体温等重要生理参数,并可通过Wi-Fi模块将数据上传至云端,便于用户远程查看。 --- #### 2. 硬件选型与配置 ##### (1) 主控芯片 - 使用 **STM32F103** 微控制器作为核心处理器,其具有高性能ARM Cortex-M3内核,适合运行复杂的信号处理算法。 ##### (2) 生理参数传感器 - **MAX30101** 高度集成的心率和血氧饱和度传感器[^2],用于实时监测患者的心率和SpO₂水平。 - **MLX90614** 红外体温传感器[^1],用于无接触测量人体温度。 - **DS18B20** 数字温度传感器[^3],适用于精确测量环境或皮肤表面温度。 ##### (3) 数据传输模块 - **ESP8266/ESP32 Wi-Fi模块**:负责将采集到的数据上传至华为云或其他物联网平台。 ##### (4) 显示单元 - **1.44寸TFT LCD显示屏**:用于本地显示实时监测数据,包括心率、血氧饱和度和体温等信息。 ##### (5) 报警机制 - 超阈值报警功能由蜂鸣器或LED灯组成,在检测到异常生理指标时触发警告提示。 --- #### 3. 软件架构设计 软件部分分为以下几个模块: ##### (1) 数据采集模块 - MAX30101通过I²C协议与STM32F103通信,读取心率和血氧饱和度数据。 - MLX90614同样采用I²C接口完成体温数据的采集。 - DS18B20则通过单总线方式获取温度数值。 ##### (2) 数据处理模块 - 对原始传感器数据进行滤波、校准和计算,得到最终的生理参数值。 - 实现睡眠质量评估算法,根据呼吸频率和心率变化判断用户的睡眠状态。 ##### (3) 数据存储与传输模块 - 将经过处理后的数据打包并通过UART发送给Wi-Fi模块,再上传至云端数据库。 - 支持通过移动应用程序访问历史记录和当前状态。 ##### (4) 用户界面模块 - 利用LCD库函数驱动屏幕显示各项指标及其趋势图。 - 提供简单的菜单选项以便切换不同的视图模式。 --- #### 4. 关键代码示例 以下是几个关键功能模块的部分实现代码: ##### (1) 初始化 I²C 接口 ```c #include "stm32f1xx_hal.h" void MX_I2C_Init(I2C_HandleTypeDef *hi2c){ hi2c->Instance = I2C1; hi2c->Init.ClockSpeed = 100000; // 设置波特率为100kHz HAL_I2C_Init(hi2c); } ``` ##### (2) 读取 MAX30101 的红光通道数据 ```c uint32_t readRedLedData(void){ uint8_t buffer[2]; HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c, MAX30101_ADDR, RED_LED_REGISTER, 1, buffer, 2, HAL_MAX_DELAY); return ((uint32_t)(buffer[0]) << 8 | buffer[1]); } ``` ##### (3) 获取 MLX90614 测量的人体温度 ```c float getBodyTemperature(void){ float temp; uint16_t raw_data = i2c_read_word(MLX90614_ADDR, OBJECT_TEMP_REG); temp = (raw_data * 0.02) - 273.15; // 单位转换为摄氏度 return temp; } ``` ##### (4) 发送数据至 ESP8266 模块 ```c void sendDataToWiFi(char* data){ UART_HandleTypeDef huart = ... ; // 定义串口句柄 HAL_UART_Transmit(&huart, (uint8_t*)data, strlen(data), HAL_MAX_DELAY); } ``` --- #### 5. 硬件连接说明 | 组件名称 | 连接引脚 | |----------------|------------------| | STM32F103 | PA9(SCL)/PA10(SDA) -> MAX30101 & MLX90614<br> PB6(PWM)-> MAX30101 LED控制<br> PC14(Temperature Input) -> DS18B20 | | TFT LCD | SPI接口 | | ESP8266 | USART1 | --- #### 6. 总结 上述方案展示了如何利用STM32F103构建一套完整的智能医疗监护系统,涵盖了硬件选型、电路搭建、程序编写等多个方面。此系统的成功实施不仅有助于提升个人健康管理效率,也为未来智慧医疗服务的发展奠定了坚实基础。 ---
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