目录

心率血氧温度检测系统设计方案硬件组件选择

传感器数据采集

信号处理算法

系统软件架构

用户界面设计

电源管理

数据通信

校准与测试

外壳设计

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心率血氧温度检测系统设计方案硬件组件选择

选择MAX30102传感器用于心率和血氧检测，该传感器集成LED、光电检测器和环境光抑制功能。MLX90614非接触红外温度传感器适合体温测量，精度达±0.5℃。主控芯片采用STM32F103C8T6，具有足够的处理能力和外设接口。

传感器数据采集

MAX30102通过I2C接口输出原始光电容积图(PPG)数据，需配置采样率为100Hz，LED脉冲宽度为411μs。MLX90614同样通过I2C通信，读取物体温度寄存器值并转换为摄氏度。

// MAX30102初始化示例
void MAX30102_Init() {
    i2c_write(MAX30102_ADDR, MODE_CONFIG, 0x03); // 心率+血氧模式
    i2c_write(MAX30102_ADDR, SPO2_CONFIG, 0x27); // 100Hz, 411μs
    i2c_write(MAX30102_ADDR, LED_CONFIG, 0xFF);  // LED电流设置
}

信号处理算法

原始PPG信号需经过带通滤波(0.5Hz-5Hz)消除基线漂移和高频噪声。使用移动平均滤波器平滑温度数据。心率计算采用峰值检测算法，血氧值通过红光/红外光吸收率比值计算：

[ SpO_2 = 110 - 25 \times \frac{R_{AC}/R_{DC}}{IR_{AC}/IR_{DC}} ]

系统软件架构

构建三层架构：硬件驱动层处理传感器通信；算法层实现信号处理；应用层管理用户界面和数据存储。使用FreeRTOS实现多任务调度，确保实时性。

// FreeRTOS任务示例
void vSensorTask(void *pvParameters) {
    while(1) {
        read_ppg_data();
        process_heart_rate();
        vTaskDelay(10 / portTICK_PERIOD_MS);
    }
}

用户界面设计

OLED显示屏实时显示心率(60-100bpm)、血氧(95%-100%)和体温(36-37.5℃)数值。当数值超出正常范围时触发LED警报。设计三个物理按钮用于模式切换和数据记录。

电源管理

采用600mAh锂电池供电，配置TP4056充电管理芯片。通过STM32低功耗模式实现待机电流<5μA，连续工作时长可达48小时。添加电压监测电路防止过放电。

数据通信

预留HC-05蓝牙模块接口，支持将检测数据发送至手机APP。数据格式采用JSON封装，包含时间戳和各项生理参数：

{
    "timestamp": "2024-03-20T14:30:00",
    "heart_rate": 75,
    "spo2": 98,
    "temperature": 36.5
}

校准与测试

建立标准测试环境：使用专业脉搏模拟器验证心率精度(±2bpm)，通过血氧模拟仪校准SpO2读数(±2%)，黑体辐射源校准温度传感器。进行24小时持续稳定性测试。

外壳设计

3D打印医用级ABS塑料外壳，尺寸控制在80×50×20mm。传感器窗口使用医用硅胶密封，整体达到IP67防护等级。人体工学设计确保佩戴舒适性。

该系统可实现医疗级精度的生命体征监测，适用于家庭健康管理和远程医疗应用场景。