1 系统功能介绍

本设计是一个 基于 STM32F103C8T6 单片机的心率与体温监测报警系统。系统通过 心率传感器、DS18B20 温度传感器 实时采集人体心率与体温数据，并利用 TFT 彩屏进行动态显示。其独特之处在于不仅可以显示数值，还能够以曲线图的形式展示心率信号变化，直观反映人体状态。同时，系统结合了 按键设置功能与报警机制，实现了心率异常的实时提醒，为健康监护提供了有效手段。

系统主要功能如下：

1. 实时数据采集与显示

   • TFT 彩屏显示心率与体温的实时数值；
   • 彩屏动态绘制心率曲线，直观显示心率变化趋势。

2. 阈值设置与按键交互

   • 通过三个按键（设置、加、减）进入参数设置模式；
   • 用户可自定义心率报警阈值，适应个性化健康需求。

3. 异常报警机制

   • 当当前心率值超过设置阈值，蜂鸣器发出报警；
   • TFT 彩屏将心率数值变为红色，警示用户；
   • 在正常范围内，数值显示为蓝色，且蜂鸣器不响。

4. 扩展性强

   • 可以扩展存储功能，保存历史心率与体温曲线；
   • 可加入无线模块（如蓝牙/WIFI），实现远程健康监控；
   • 可在未来升级为完整的智能穿戴监测系统。

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2 系统电路设计

2.1 STM32 最小系统

本设计选用 STM32F103C8T6 作为核心处理器，主频 72MHz，内置丰富的外设接口，适合高速采集与图形处理。最小系统包括：

• 电源电路：使用 AMS1117-3.3 稳压芯片，将 5V 电压稳定为 3.3V；
• 时钟电路：外接 8MHz 晶振，确保系统运行稳定；
• 复位与下载电路：支持串口下载与 SWD 调试。

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2.2 心率传感器电路

心率传感器采用 光电式心率传感器（如 MAX30102/模拟传感器模块），其输出为模拟信号，经 ADC 转换后由单片机采集：

• 输出心率脉冲波形；
• 通过 ADC 定时采样，获得连续心率信号；
• 在 TFT 屏幕上绘制曲线，反映心率变化。

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2.3 DS18B20 温度传感器

DS18B20 是一种常用的数字温度传感器，采用单总线通信，测温精度高。其主要特点：

• 测温范围：-55℃ ~ +125℃；
• 分辨率可配置为 9~12 位；
• 与 STM32 连接仅需一条数据线，硬件开销低。

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2.4 TFT 彩屏显示模块

系统选用 TFT LCD（如 2.4/2.8 英寸 ILI9341 驱动屏）：

• 通过 SPI 或并口与 STM32 通信；
• 显示心率数值、体温数值；
• 绘制心率实时曲线，动态刷新显示；
• 使用不同颜色显示数据状态（蓝色/红色）。

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2.5 报警电路

蜂鸣器报警电路由单片机 GPIO 控制：

• 当心率超过阈值，蜂鸣器驱动晶体管导通，发出声响；
• 在心率恢复正常后，蜂鸣器关闭，提示结束。

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2.6 按键电路

本设计使用三个按键：

1. 设置键：进入阈值设置模式；
2. 加键：在设置模式下，增加心率阈值；
3. 减键：在设置模式下，减少心率阈值。
   按键采用下拉电阻处理，并在软件中增加消抖功能，保证可靠输入。

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3 程序设计

3.1 主程序框架

#include "stm32f10x.h"
#include "lcd.h"
#include "ds18b20.h"
#include "adc.h"
#include "key.h"
#include "beep.h"
#include "delay.h"

int HeartRate = 0;
int Temperature = 0;
int Threshold = 100;   // 默认心率报警阈值
u8 SetMode = 0;        // 设置模式标志位

int main(void)
{
    SystemInit();
    LCD_Init();
    DS18B20_Init();
    ADC_Init();
    Key_Init();
    BEEP_Init();
    Delay_Init();

    LCD_Clear(WHITE);
    LCD_ShowString(10,10,"Heart & Temp Monitor");

    while(1)
    {
        HeartRate = Get_HeartRate();
        Temperature = DS18B20_GetTemp();

        Display_Data(HeartRate, Temperature);
        Display_Waveform(HeartRate);

        Key_Process();
        Alarm_Check(HeartRate);
    }
}

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3.2 心率采集与曲线绘制

int Get_HeartRate(void)
{
    u16 adc_val = ADC_GetConversionValue(ADC1);
    int hr = adc_val / 10;  // 简化换算，实际需滤波与峰值检测
    return hr;
}

void Display_Waveform(int hr)
{
    static int x = 0;
    int y = 120 - hr; // 映射屏幕坐标

    LCD_DrawPoint(x, y, BLUE);
    x++;
    if(x >= 240) 
    {
        x = 0;
        LCD_Clear(WHITE);
    }
}

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3.3 DS18B20 温度采集

int DS18B20_GetTemp(void)
{
    float temp;
    DS18B20_Start();
    Delay_ms(750);
    temp = DS18B20_Read();
    return (int)temp;
}

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3.4 按键逻辑与阈值设置

void Key_Process(void)
{
    int key = Key_Scan();
    if(key == KEY0_PRES) // 设置键
    {
        SetMode = !SetMode;
        if(SetMode) LCD_ShowString(10,220,"Set Mode ON");
        else LCD_ShowString(10,220,"Set Mode OFF");
    }
    else if(SetMode && key == KEY1_PRES) // 阈值+
    {
        Threshold += 5;
        LCD_ShowNum(150,220,Threshold,3,RED);
    }
    else if(SetMode && key == KEY2_PRES) // 阈值-
    {
        Threshold -= 5;
        LCD_ShowNum(150,220,Threshold,3,RED);
    }
}

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3.5 报警逻辑

void Alarm_Check(int hr)
{
    if(hr > Threshold)
    {
        BEEP_ON();
        LCD_ShowNum(100,50,hr,3,RED);
    }
    else
    {
        BEEP_OFF();
        LCD_ShowNum(100,50,hr,3,BLUE);
    }
}

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4 总结

本设计实现了一个 基于 STM32F103C8T6 单片机的心率与体温监测报警系统。系统不仅能实时采集和显示心率、体温数据，还能以曲线方式动态展示心率变化趋势，使监测更加直观。通过 按键交互，用户可灵活设置心率报警阈值，并在心率异常时通过 蜂鸣器与颜色提示进行预警。

本系统的优点总结如下：

1. 数据直观可视化：通过 TFT 彩屏显示数值和曲线，增强用户体验；
2. 灵活的交互功能：按键阈值设置实现个性化监控；
3. 实时报警机制：异常心率及时提醒，保障健康安全；
4. 模块化设计：心率传感器、DS18B20、LCD、蜂鸣器均采用独立模块，便于扩展；
5. 应用前景广阔：可应用于健康监测、老人护理、运动检测等领域。

该系统既是嵌入式课程的良好实验案例，也为智能健康监测设备的开发提供了技术参考。