[5]。STM32單片機的功能是收集處理從傳感器模塊采集到的有效心率，血氧，體溫信息，并傳送到LCD顯示屏實時顯示檢測到的體溫、心率和血氧飽和度指標。通過MAX30102、DS18B20傳感器模塊功能是獲得體溫、心率和血氧飽和度參數(shù)。當接收到的數(shù)據(jù)參數(shù)超過按鍵模塊設定好的閾值時蜂鳴器模塊立即報警響應，此時WIFI傳感器模塊也同步數(shù)據(jù)發(fā)送到手機，系統(tǒng)框架如圖3-1所示。圖3-1系統(tǒng)硬件框架3.2系統(tǒng)軟件設計方案軟件的整體程序設計流程圖可以將其分為三個部分：第一部分：LCD顯示屏、串口系統(tǒng)、蜂鳴器編程初始化。該模塊包含了LCD初始化、串口初始化、蜂鳴器等，這些都是為以后的函數(shù)實現(xiàn)提供了基礎。第二部分：MAX30102、DS18B20傳感器模塊初始化，進行測量體溫、心率和血氧飽和度。參數(shù)采樣間隔為10ms，STM32F103C8T6芯片模塊采用IIC總線，以1660nm單色光源為光源，實現(xiàn)MAX30102傳感器模塊的數(shù)據(jù)采集，通過DS18B20傳感器模塊復位，將數(shù)據(jù)發(fā)送到ROM和RAM中。這三個過程可以同時進行溫度采集。第三部分：軟件的數(shù)據(jù)顯示，數(shù)據(jù)傳輸和警報功能。體溫、心率、血氧飽和度被顯示在LCD屏幕上，并由WIFI模塊發(fā)送至手機客戶端實時顯示。按鍵可以設定超出臨界值，并在超出閾值臨界點時蜂鳴器立刻發(fā)出警報。系統(tǒng)軟件流程如圖3-2所示圖3-2系統(tǒng)軟件流程圖3.3客戶端軟件設計界面方面需要設計一個直觀友好的用戶界面，可以通過手機應用進行實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)顯示。能夠顯示體溫、心率、血氧飽和度的實時數(shù)據(jù)。還要能夠允許用戶設置警報閾值等參數(shù)?？蛻舳诵枰軌蚪邮諄碜許TM32健康監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并進行相應的處理和展示。同時，需要重視用戶數(shù)據(jù)的安全和隱私保護，確保用戶數(shù)據(jù)不被非法獲取和濫用，嚴格控制用戶數(shù)據(jù)的訪問權限，只允許授權用戶訪問自己的監(jiān)測數(shù)據(jù)。遵守相關法律法規(guī)，明確告知用戶數(shù)據(jù)收集和使用的目的，并取得用戶的同意后再進行數(shù)據(jù)處理和存儲。

4系統(tǒng)硬件選型與集成4.1系統(tǒng)設計和硬件選型4.1.1主控芯片（核心處理器）的選型方案一：51單片機，也稱為8051單片機，是一種經典的8位微控制器，由Intel公司在上世紀80年代推出，后來被多家公司仿制和改進，成為了廣泛應用的微控制器之一。方案二：選擇STM32F103C8T6處理器與芯片功能、芯片價格、芯片功耗、芯片體積平衡有關。程序的內存為64K，需要2V到3.6v的電壓，工作溫度在-40℃到85℃之間。除了完成目標項目所需的功能，還擁有一套豐富的接口和功能，如圖4-1所示。綜上所述本設計選擇方案二STM32單片機作為主控芯片。圖4-1STM32F103C8T6單片機4.1.2顯示數(shù)據(jù)模塊的選型方案一：LCD1602顯示屏利用液晶技術，通過在液晶屏上施加電場來控制液晶分子的排列方式，從而顯示文字和圖形。背光模塊提供白色或藍色LED背光光源，確保在光線暗的環(huán)境中也能清晰顯示內容。LCD1602顯示屏通常搭載HD44780兼容的控制器芯片，這一控制器負責液晶模塊的操作，并與微控制器或其他設備進行通信?？刂破魈峁┮幌盗忻詈椭噶?，用于設置顯示內容、光標位置、顯示模式等。該顯示屏通常通過并行接口與微控制器或其他設備連接，常見的接口包括8位和4位并行接口，其中4位并行接口能夠節(jié)省I/O引腳。方案二：SSD1306是一種常用的OLED顯示屏控制器芯片，實物如圖4-2所示，它具有一系列優(yōu)秀的顯示特性，包括高對比度、廣視角和自發(fā)光等，使得它能夠在低功耗下提供清晰的圖像顯示，無需背光。常用于驅動128x64或128x32像素的OLED顯示屏，這種分辨率足夠顯示簡單的圖形和文本。SSD1306芯片支持多種通信接口，包括常用的I2C，這簡化了與微控制器的連接?？刂乒δ芊矫妫琒SD1306具有豐富的功能，包括像素級的控制、文本顯示和圖像顯示等，同時支持顯示緩沖區(qū)，可以減少在更新顯示時的閃爍。此外，SSD1306芯片具有較低的電源要求，通常在3V到5V之間工作，適用于各種嵌入式系統(tǒng)、電子產品和DIY項目，例如智能手表、傳感器數(shù)據(jù)顯示和小型游戲機等。在使用SSD1306顯示屏時，開發(fā)者通常需要編寫驅動程序來初始化顯示屏并控制其顯示內容。為簡化開發(fā)過程，廠商通常提供相關的驅動庫或示例代碼，這些資源有助于開發(fā)者快速上手并實現(xiàn)自己的項目。綜上所述本設計選擇方案一LCD1602作為數(shù)據(jù)顯示部分。圖4-2LCD顯示屏模塊4.1.3心率、血氧飽和度測量模塊的選型方案一：心率檢測由紅色LED和硫化鎘光阻劑組成(Cd硫化)，并由帶有指套的傳輸光電傳感器組成。紅色LED非常穩(wěn)定，通過遮光指套裝置減少了對外界光線的干擾。在測試的時候，手指直接在紅色LED和光電管之間，光電管的電阻隨手指的血量而變化。紅外接收晶體管不能準確識別心率信號，信號放大電路復雜。采集血氧飽和度的光電脈沖傳感器主要由光源、光敏器件和相應的信號調理控制電路組成。方案二：傳感器模塊MAX30102由1.8v和3.3V電源供電，實物如圖4-3所示。與控制器通信模塊配合使用的符合I2C標準的通信接口可以通過待機軟件配置成接近零的功耗，從而顯著降低平均功耗，延長使用壽命。MAX30102感應器模組芯片內嵌了一塊超小型（3.3mmx3.3mmx5.6mm)14位插針光學模組，采用了高度集成的芯片，具有優(yōu)異的性能。該芯片的采樣率高，信噪比高，工作溫度范圍寬（-40~+85℃）。該晶片也能在超低功耗下工作，并能進行程式取樣，降低LED的電流，從而節(jié)省電力。MAX30102傳感器模塊采用PPG的光脈沖頻譜，通過計算機計算出心率和血氧含量，并將其輸入到I2C或UART中，降低了系統(tǒng)的能耗。它還配備了一臺可直接讀取計算機的數(shù)據(jù)。應用范圍：監(jiān)測人類體溫，血氧，心率三項健康參數(shù)指標。綜上所述本設計選擇方案二MAX30102傳感器模塊。圖4-3心率血氧傳感器模塊4.1.4溫度測量模塊的選型方案一：在設計以鉑熱電阻器為基礎的數(shù)碼溫度計時，對大部分導線而言，較高的溫度會使其具有較高的電阻，例如金屬等；對于一些導線，在較高的溫度下，例如碳，其電阻較低。盡管許多導線的電阻都會隨著溫度的改變而改變，所以熱電阻采用的是一種對溫度極為敏感的材質。熱敏電阻器的反應速度很快，但其準確度和銅熱電阻相比要低得多，而且是非線性的，很難分析，但是熱敏電阻器有它的優(yōu)勢。鉑作為一種金屬，其溫敏性能優(yōu)于銅，因而其測量精度也比較高。所以鉑熱電阻器是一種具有很高精確度的熱阻器，但其缺點是昂貴。方案二；DS18B20溫度傳感器實物如圖4-4所示，其通過Keil5簡單的編程就可實現(xiàn)9~12位的數(shù)據(jù)讀取，基于單片機開發(fā)相對容易，一般都能滿足要求，DS18B20溫度傳感器的性能特點如下：S18B20采用了數(shù)字式溫度傳感器的工作原理。它利用溫度與電壓或電阻的關系，通過內置的模數(shù)轉換器將溫度轉換為數(shù)字信號，然后通過數(shù)據(jù)線進行數(shù)字通信。DS18B20可在-55°C至+125°C的范圍內工作，精度為±0.5°C，該傳感器輸出的是數(shù)字信號，直接與數(shù)字設備（如微控制器）連接，無需額外的模數(shù)轉換，只需一個數(shù)據(jù)線即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。圖4-4體溫傳感器模塊4.1.5無線傳輸數(shù)據(jù)通信模塊的選型方案一：HC-05是一種串口透傳模塊，通過串口通信與主控設備（如微控制器、Arduino等）進行通信。它具有簡單的串口接口，使用藍牙技術實現(xiàn)無線通信，可以將串口數(shù)據(jù)通過藍牙傳輸?shù)搅硪欢?，易于與各種主控設備集成。方案二：ESP8266是一種功能強大的WIFI模塊，實物如圖4-5所示，其UART-WIFI通信技術使其能夠與其他串行設備進行高效通信。內置的TCP/IP協(xié)議賦予了它在串口和WIFI之間進行轉換的能力，從而實現(xiàn)了靈活的網絡連接。ESP8266支持三種主要工作模式：AP、STA和STA+AP。在AP模式下，ESP8266可作為WIFI接入點，創(chuàng)建一個獨立的局域網絡，并為連接到其上的設備分配IP地址。這種模式使ESP8266能夠充當獨立的網絡主節(jié)點，提供網絡連接服務。在STA模式下，ESP8266可以像普通的WIFI客戶端設備一樣連接到現(xiàn)有的WIFI網絡，并通過該網絡訪問互聯(lián)網。這種模式使ESP8266能夠成為現(xiàn)有網絡的一部分，以便通過現(xiàn)有網絡連接到全球互聯(lián)網。在STA+AP模式下，ESP8266可以同時連接到現(xiàn)有的WIFI網絡并充當WIFI接入點。這種模式常用于WIFI中繼或為其他設備提供連接服務，使得ESP8266既能擴展現(xiàn)有網絡的覆蓋范圍，又能夠為周圍設備提供網絡連接的便利?？偟膩碚f，ESP8266的多種工作模式和靈活性使其成為各種網絡連接應用的理想選擇，從簡單的局域網絡到復雜的互聯(lián)網連接都能夠得到滿足。圖4-5ESP8266WIFI模塊4.2系統(tǒng)總硬件方案系統(tǒng)的硬件構成涵蓋了多個重要電路組件，包括STM32芯片電路、顯示數(shù)據(jù)電路、心率和血氧飽和度檢測電路、人體溫度檢測電路、無線傳輸數(shù)據(jù)電路以及蜂鳴器電路。在這個系統(tǒng)中，STM32芯片扮演著核心角色，通過與各個傳感器的引腳連接，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集和控制通信的功能。MAX30102傳感器通過PB0引腳連接，負責采集人體的心率和血氧飽和度數(shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)街骺匦酒琒TM32，最終呈現(xiàn)在LCD顯示屏上。同時，DS18B20溫度傳感器則通過PB15連接，負責采集體溫數(shù)據(jù)，同樣通過STM32芯片發(fā)送到LCD顯示屏。此外，無線WIFI模塊ESP8266通過連接PA0、PA1、PA2和PA3實現(xiàn)了與STM32芯片的通信，實現(xiàn)了無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋６澍Q器則通過連接PB9，為系統(tǒng)提供了聲音提示功能。4.3最小單片機系統(tǒng)在單片機系統(tǒng)中，最小單片機系統(tǒng)是保證其工作正常的前提，系統(tǒng)原理如圖4-6所示。也可以說是一個最小的環(huán)境，可以讓一個處理器的工作正常。最小單片機系統(tǒng)包括四部分：STM32F單片機芯片、時鐘電路、復位電路，STM32F單片機芯片可以運行一個工作程序，并進行相應的控制，時鐘電路可以提供一個時鐘電源，用于啟動STM32F單片機芯片，復位電路可以讓每個模塊在一個特殊的初始狀態(tài)下，電源電路提供所需電壓。圖4-6最小單片機系統(tǒng)的原理圖4.3.1STM32F103C8T6單片機STM32F103C8T6作為本裝置的核心控制器，不僅要處理從MAX3012傳感器、DS18B20傳感器檢測的體溫、心率和血氧飽和度三個健康參數(shù)，還要傳輸數(shù)據(jù)到LCD顯示屏與手機客戶端，其是管腳較為密集、兼容性強的多功能單片機，在硬件設計中保證裝置正常運行的重要部分，系統(tǒng)原理如圖4-7所示。圖4-7STM32F103C8T6芯片的原理圖4.3.2時鐘電路時鐘電路在系統(tǒng)中扮演著至關重要的角色，通常被稱為晶振電路，其功能在于提供系統(tǒng)的時鐘基準。單片機的指令處理過程必須嚴格按照時鐘進行，這包括指令的提取、解碼、寄存器操作以及指令的交換等步驟。晶體振蕩器則是產生時鐘信號的核心組件，用于驅動STM32F處理器。為了確保時鐘的準確性，晶體振蕩器和電容需要放置在一起，并且靠近晶振管腳。在這個系統(tǒng)中，選擇了8MHz的晶振頻率以及20PF的電容，以便更好地適應晶體振動的特性，從而提高時鐘的穩(wěn)定性和準確性。電路原理如圖4-8所示。圖4-8晶振電路的原理圖4.3.3復位按鍵電路按鍵設計一共有四個，S0是最重要的復位按鍵，當系統(tǒng)出現(xiàn)卡頓或者斷聯(lián)時可以按下S0重啟設備消除故障，一切恢復到初始化，該復位電路用來恢復該電路的工作狀態(tài)。RC復位或單獨的IC復位復位，STM32的復位引腳內置10K電阻器，該電阻器可以由10uf的外部電容器來重新設置。S1按鍵可以選擇想要修改的閾值選項，可以對體溫、心率和血氧的報警閾值進行修改，S2按鍵可以將心率血氧和體溫的閾值設置降低，S3按鍵可以將心率血氧和體溫的閾值設定升高，當測量的參數(shù)超過設置的報警閾值蜂鳴器就會報警，電路原理如圖4-9所示。圖4-9復位按鍵電路的原理圖4.3.4電源電路STM32F103C8T6處理器采用3.3V電壓供電，MAX30102傳感器、DS18b20傳感器、ESP8266WIFI模塊、LCD1602顯示屏等硬件均采用5.0/3.3V電壓供電。由數(shù)據(jù)線連接電腦USB接口或帶有USB口的移動電源供電。STM32F103C8T6處理器串聯(lián)一個1K的電阻和LED1，當系統(tǒng)通電時，LED1會亮起紅燈并且發(fā)出滴的聲響。電源電路原理如圖4-10所示。圖4-10電源電路的原理圖4.4心率、血氧檢測模塊電路本設計部件的硬件電路采用5.5V的電源，其內部的光電探測感應器也能獲得較好的光信號。三個引腳INT、SDA和SCL分別連接到處理器PB12和PB11和PB10引腳，SDA和SCL作為IIC接口，用于向MAX30102的數(shù)據(jù)存儲器進行數(shù)據(jù)傳送。SCL管腳是IIC中的一個時鐘信號接口，它決定了數(shù)據(jù)的快慢，而SDA管腳則是IIC中的數(shù)據(jù)傳送接口，它與SCL時鐘信號進行了同步和調制，并將其與SCL時鐘信號進行了同步和調制。MAX30102心率血氧模塊原理如圖4-11所示。圖4-11心率血氧模塊的原理圖4.5體溫檢測模塊電路DS18B20的檢測器由左至右分別是：VCC、DQ、GND、DQ與STM32F103C8T6控制器PB15管腳相連，DQ和VCC由10K電阻串聯(lián)而成。在檢測到溫度后，將溫度信息傳送給STM32控制器，由STM32進行分析和處理。DS18B20體溫模塊原理如圖4-12所示。圖4-12溫度模塊的原理圖4.6無線傳輸數(shù)據(jù)模塊電路ESP8266WIFI模塊引腳從左到右依次為GND、RXD、TXD、EN和VCC。GND接地，VCC接3.3V的電源，RXD、TXD、EN與STM32F103C8T6處理器PA2、PA3、PA1引腳相連，接收體溫、心率和血氧各個參數(shù)發(fā)送到手機客戶端并持續(xù)不斷顯示參數(shù)變化。ESP8266WIFI模塊原理如圖4-13所示。圖4-13WIFI模塊的原理圖4.7顯示檢測數(shù)據(jù)模塊電路將LCD1602顯示屏的GND引腳連接到STM32F103C8T6的地（GND）引腳，VCC引腳連接到STM32F103C8T6的3.3V電源引腳。D0引腳連接到STM32F103C8T6的PA5引腳。D1引腳連接到STM32F103C8T6的PA7引腳。RST引腳連接到STM32F103C8T6的PB0引腳。DC引腳連接到STM32F103C8T6的PA6引腳。CS引腳連接到STM32F103C8T6的PA4引腳，接收檢測到的體溫、心率和血氧各個參數(shù)并實時顯示，這樣能直接觀察到身體生命特征信號的變化。LCD1602原理如圖4-14所示。圖4-14LCD顯示模塊的原理圖4.8蜂鳴器報警模塊電路當系統(tǒng)檢測到的參數(shù)指標超過我們設定好的報警閾值后，蜂鳴器報警裝置就會發(fā)出刺耳的響聲來提示，蜂鳴器報警裝置采用的是發(fā)光二極管，如果體溫、心率和血氧各個參數(shù)其中一個超過報警閾值后，LED燈便亮起報警，方便觀察。給人們對自身生命體征信號檢測帶來了極大的便利。蜂鳴器報警模塊原理如圖4-15所示。圖4-15蜂鳴器報警模塊原理圖

5系統(tǒng)實現(xiàn)5.1心率血氧采集STM32控制器向MAX30102模塊發(fā)送初始化配置命令，MAX3012向測量對象發(fā)送紅色信號，MAX30102使用接收傳感器檢測反射信號。下一步，ADC接收的模擬信號模塊將STM32檢測數(shù)據(jù)信號處理給STM32，以確定其有效性。如圖5-1所示為心率、血氧飽和度數(shù)據(jù)采集軟件的流程。圖5-1心率血氧采集流程圖調用計算心率、計算血氧飽和度和讀取體溫的函數(shù)，將原始數(shù)據(jù)轉換成實際的心率、血氧飽和度和體溫值。調用將心率、血氧飽和度和體溫顯示在LCD屏幕上的函數(shù)，使采集到的數(shù)據(jù)顯示在LCD屏幕上，方便用戶查看，再根據(jù)心率、血氧飽和度和體溫是否超過預設閾值來觸發(fā)警報，以提醒用戶可能存在的異常情況。心率血氧初始化和讀取如代碼5-1所示。代碼5-1初始化和讀取數(shù)據(jù)voidInit_MAX30102(void){int32_ti;un_brightness=0;un_min=0x3FFFF;un_max=0;bsp_InitI2C();//初始化I2Cmaxim_max30102_reset();//復位MAX30102maxim_max30102_read_reg(REG_INTR_STATUS_1,&uch_dummy);maxim_max30102_init();//初始化MAX30102n_ir_buffer_length=150;for(i=0;i<n_ir_buffer_length;i++){maxim_max30102_read_fifo((aun_ir_buffer+i),(aun_red_buffer+i));if(un_min>aun_red_buffer[i])un_min=aun_red_buffer[i];//更新最小值if(un_max<aun_red_buffer[i])un_max=aun_red_buffer[i];//更新最大值}un_prev_data=aun_red_buffer[i];//保存前一個紅光數(shù)據(jù)，用于計算LED亮度變化maxim_heart_rate_and_oxygen_saturation(aun_ir_buffer,n_ir_buffer_length,aun_red_buffer,&n_spo2,&ch_spo2_valid,&n_heart_rate,&ch_hr_valid);//計算心率和血氧飽和度}5.2體溫采集DS18B20是三只腳溫度傳感器芯片，采集到的數(shù)據(jù)通過通過單總線通信協(xié)議從DS18B20傳感器讀取溫度信息。體溫采集流程為單片機斷開數(shù)據(jù)線至少480uS，用15-60uS松開數(shù)據(jù)線，直到DS18B20收到信號。溫度傳感器DS18B20收到信號后斷開至少60-240uS的數(shù)據(jù)線，主機檢測到數(shù)據(jù)線發(fā)送ROM命令，主機須發(fā)送連接ROM命令到系統(tǒng)的DS18B20。SCM使用RAM來執(zhí)行DS18B20中的RAM操作，比如讀取和設置寄存器值，采集到的數(shù)據(jù)通過通過單總線通信協(xié)議從DS18B20傳感器讀取溫度信息。得到實際測量人體溫度后，如果超限設定閾值時蜂鳴器將會報警。如圖5-2為體溫采集流程。圖5-2體溫采集流程圖使能DS18B20使用的GPIO端口時鐘，然后配置GPIO引腳為推挽輸出模式，設置輸出速度為50MHz，最后將數(shù)據(jù)線置高，如代碼5-2所示。代碼5-2初始化GPIOvoidDS18B20_GPIO_Init(void){//配置DS18B20數(shù)據(jù)線GPIOGPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_DS18B20_PORT,ENABLE);//使能端口時鐘GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=DS18B20_GPIO_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;//推挽輸出GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;//GPIO速度為50MHzGPIO_Init(DS18B20_GPIO_PORT,&GPIO_InitStructure);//將數(shù)據(jù)線置高GPIO_SetBits(DS18B20_GPIO_PORT,DS18B20_GPIO_PIN);}發(fā)送DS18B20的初始化序列，然后等待DS18B20的響應，如果超時則返回初始化失敗的狀態(tài)，如代碼5-3所示。代碼5-3DS18B20初始化u8DS18B20_Init(void){unsignedcharwait=0;//發(fā)送初始化序列DS18B20_IO_OUT();DS18B20_OUT_0;delay_us(750);DS18B20_OUT_1;delay_us(15);DS18B20_IO_IN();//等待DS18B20響應while(READ_DS18B20_IO&&wait++<200)delay_us(1);if(wait>=200)return1;elsewait=0;while(!READ_DS18B20_IO&&wait++<240)delay_us(1);if(wait>=240)return1;elsereturn0;}從DS18B20傳感器中讀取一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，通過循環(huán)讀取每一位，并根據(jù)時序接收數(shù)據(jù)位，如代碼5-4所示。代碼5-4讀取數(shù)據(jù)unsignedcharDS18B20_ReadByte(void){unsignedchari;unsignedchardat=0;//讀取一個字節(jié)的數(shù)據(jù)for(i=0;i<8;i++){dat>>=1;DS18B20_IO_OUT();DS18B20_OUT_0;delay_us(2);DS18B20_OUT_1;DS18B20_IO_IN();delay_us(12);if(READ_DS18B20_IO)dat|=0x80;delay_us(60);}returndat;}向DS18B20傳感器中寫入一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，通過循環(huán)寫入每一位，并根據(jù)時序產生時鐘信號，如代碼5-5所示。代碼5-5寫入數(shù)據(jù)voidDS18B20_WriteByte(unsignedchardat){unsignedchari;unsignedchartemp;//寫入一個字節(jié)的數(shù)據(jù)DS18B20_IO_OUT();for(i=1;i<=8;i++){temp=dat&0x01;dat=dat>>1;if(temp){DS18B20_OUT_0;delay_us(2);DS18B20_OUT_1;delay_us(60);}else{DS18B20_OUT_0;delay_us(60);DS18B20_OUT_1;delay_us(2);}}}讀取DS18B20傳感器中的溫度值，包括發(fā)送開始轉換命令、讀取溫度值的原始數(shù)據(jù)并轉換為實際溫度值，最終返回，如代碼5-6所示。代碼5-6讀取溫度值floatReadTemperature(void){unsignedcharTPH;unsignedcharTPL;shorti16=0;floatf32=0;//初始化DS18B20并開始轉換溫度DS18B20_Init();DS18B20_WriteByte(0xCC);DS18B20_WriteByte(0x44);DS18B20_Init();DS18B20_WriteByte(0xCC);DS18B20_WriteByte(0xBE);//讀取溫度值TPL=DS18B20_ReadByte();TPH=DS18B20_ReadByte();i16=0;i16=(TPH<<8)|TPL;f32=i16*0.0625;return(f32);}5.3WIFI數(shù)據(jù)傳輸將電源和單片機連接供電，WIFI模塊進行初始化，然后采集心率血氧和體溫數(shù)據(jù)，然后手機打開客戶端軟件，點擊連接按鈕，選擇連接ESP8266WIFI模塊的熱點，當成功連接后會實時顯示檢測到的體溫、心率和血氧飽和度的數(shù)據(jù)，WIFI數(shù)據(jù)傳輸流程如圖5-3所示。圖5-3數(shù)據(jù)傳輸流程圖初始化ESP8266，定義一個WIFI網絡的名稱yi和密碼12345678，用于創(chuàng)建WIFI熱點，使手機能夠通過客戶端軟件連接到ESP8266WIFI模塊，并且通過WIFI將心率，血氧和體溫數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞謾C客戶端，如代碼5-7所示。代碼5-7WIFI模塊voidESP8266_Init(void){ uart1_Init(115200);//串口初始化 ESP8266_Clear(); while(ESP8266_SendCmd("AT\r\n\r","OK",200))//測試 delay_ms(500); while(ESP8266_SendCmd("AT+CWMODE=2\r\n","OK",200))//服務器搭建在WIFI模塊上 delay_ms(500); while(ESP8266_SendCmd("AT+CWSAP=\"yi\",\"12345678\",5,3\r\n","OK",200))//設置顯示名稱:ESP8266_WIFI,密碼:12345678 delay_ms(500); while(ESP8266_SendCmd("AT+CIPMUX=1\r\n","OK",200))//啟動多連接，建立服務器都需要配置 delay_ms(500); while(ESP8266_SendCmd("AT+CIPSERVER=1,8080\r\n","OK",200))//建立服務器 delay_ms(500);}5.4LCD數(shù)據(jù)顯示STM32控制器使用LCD1602顯示屏顯示.電源啟動后，系統(tǒng)會進行接收有效的信號，再用STM32處理器對所提取的有效信號進行處理，最終得到體溫、心率、血氧飽和度數(shù)據(jù)參數(shù)。在軟件算法方面，通過MAX30102的心率、血氧飽和度模塊、DS18B20的溫度模塊向LCD顯示屏發(fā)送控制信號，WIFI模塊將數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)绞謾C客戶端進行實時監(jiān)控，顯示模塊工作流程如圖5-4所示。圖5-4顯示模塊流程圖LCD設置為命令模式，命令數(shù)據(jù)寫入LCD的數(shù)據(jù)總線（A0-A7），并通過使能腳告知LCD數(shù)據(jù)已準備好，最后關閉使能，如代碼5-8所示。代碼5-8發(fā)送命令voidLCD_Write_Com(unsignedcharcom){LCD1602_RS=0;//選擇發(fā)送命令delay_us(1);LCD1602_RW=0;//設置為寫模式delay_us(1);LCD1602_EN=1;//使能LCDdelay_us(1);GPIO_Write(GPIOA,(GPIO_ReadOutputData(GPIOA)&0XFF00)+Dao_xu(com));//向A0-A7引腳寫入反轉后的命令數(shù)據(jù)delay_us(100);LCD1602_EN=0;//關閉使能}LCD設置為數(shù)據(jù)模式，要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入LCD的數(shù)據(jù)總線（A0-A7），并通過使能腳告知LCD數(shù)據(jù)已準備好，最后關閉使能，如代碼5-9所示。代碼5-9發(fā)送數(shù)據(jù)voidLCD_Write_Data(unsignedcharData){LCD1602_RS=1;//選擇發(fā)送數(shù)據(jù)delay_us(1);LCD1602_RW=0;//設置為寫模式delay_us(1); LCD1602_EN=1;//使能LCDdelay_us(1);GPIO_Write(GPIOA,(GPIO_ReadOutputData(GPIOA)&0XFF00)+Dao_xu(Data));//向A0-A7引腳寫入反轉后的數(shù)據(jù)delay_us(100);LCD1602_EN=0;//關閉使能}根據(jù)參數(shù)確定顯示的行（y）和列（x），將單個字符或者字符串寫入LCD顯示屏，如代碼5-10所示。代碼5-10寫入字符串voidLCD_Write_String(unsignedcharx,unsignedchary,unsignedchar*s){if(y==0){LCD_Write_Com(0x80+x);//設置顯示位置在第一行}else{LCD_Write_Com(0xC0+x);//設置顯示位置在第二行}while(*s)//循環(huán)直到遇到字符串結束符{LCD_Write_Data(*s);//逐字符寫入顯示數(shù)據(jù)s++;//指針移動到下一個字符}}voidLCD_Write_Char(unsignedcharx,unsignedchary,unsignedcharData){if(y==0){LCD_Write_Com(0x80+x);//設置顯示位置在第一行}else{LCD_Write_Com(0xC0+x);//設置顯示位置在第二行}LCD_Write_Data(Data);//寫入要顯示的字符}voidLCD_Clear(void){LCD_Write_Com(0x01);//發(fā)送清屏命令delay_ms(5);//延時等待清屏完成}初始化GPIO引腳為輸出模式，發(fā)送一系列初始化命令給LCD，包括設置為8位數(shù)據(jù)接口、顯示2行、關閉顯示、清屏、設置光標移動等，如代碼5-11所示。代碼5-11初始化LCDvoidLCD_Init(void){//初始化GPIO引腳RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14|GPIO_Pin_15;GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructure);//發(fā)送LCD初始化命令LCD_Write_Com(0x38);//設置為8位數(shù)據(jù)接口，顯示2行，5x7點陣delay_ms(5);LCD_Write_Com(0x08);//關閉顯示delay_ms(5);LCD_Write_Com(0x01);//清屏delay_ms(5);LCD_Write_Com(0x06);//光標移動設置delay_ms(5);LCD_Write_Com(0x0C);//開啟顯示，不顯示光標delay_ms(5);}5.5客戶端軟件實現(xiàn)首先手機端運行客戶端軟件，點擊連接按鈕。連接到STM32單片機的ESP8266WIFI模塊。當連接成功后，手機端等待接收STM32單片機發(fā)送的數(shù)據(jù)。接收到數(shù)據(jù)后，根據(jù)數(shù)據(jù)內容更新界面顯示，同時可以發(fā)送控制命令到STM32單片機，如修改閾值等，客戶端軟件流程，軟件界面分別如圖5-5，圖5-6所示。圖5-5客戶端軟件流程圖圖5-6軟件界面當我們打開軟件，主活動代碼會初始化界面和布局，軟件啟動時會請求所需的權限，如果未獲得位置權限，則將其添加到權限列表中，并請求權限。獲取位置權限后，繼續(xù)獲取手機系統(tǒng)的WIFI服務權限，并檢查WIFI是否啟用。如果WIFI未啟用，顯示打開WIFI失敗提示用戶。創(chuàng)建了一個新的線程，在這個線程中檢查WIFI是否已經啟用，如果沒有，則嘗試啟用WIFI，如代碼5-12所示。代碼5-12啟用WIFIList<String>permissionList=newArrayList<>();If(ContextCompat.checkSelfPermission(MainActivity.this,Manifest.permission.ACCESS_FINE_LOCATION)!=PackageManager.PERMISSION_GRANTED){permissionList.add(Manifest.permission.ACCESS_FINE_LOCATION);}if(!permissionList.isEmpty()){String[]permissions=permissionList.toArray(newString[permissionList.size()]);ActivityCompat.requestPermissions(MainActivity.this,permissions,1);}wifiiManager=(WIFIManager)getApplicationContext().getSystemService(Context.WIFI_SERVICE);if(!wifiManager.isWIFIEnabled()){Toast.makeText(this,"打開WIFI失敗！",Toast.LENGTH_LONG).show();finish();return;}newThread(){@SuppressLint("MissingPermission")publicvoidrun(){if(!wifiManager.isWIFIiEnabled()){wifiManager.setWIFIEnabled(true);}}}.start();在用戶觸摸屏幕時檢查是否需要隱藏軟鍵盤。當用戶點擊屏幕時，首先獲取當前獲取焦點的控件。如果需要隱藏軟鍵盤，就會清除控件的焦點，使光標消失，并且隱藏軟鍵盤，如代碼5-13所示。代碼5-13檢查是否需要隱藏軟鍵盤publicbooleandispatchTouchEvent(MotionEventev){if(ev.getAction()==MotionEvent.ACTION_DOWN){Viewv=getCurrentFocus();if(isShouldHideKeyboard(v,ev)){v.clearFocus();//清除Edittext的焦點從而讓光標消失hideKeyboard(v.getWindowToken());}}returnsuper.dispatchTouchEvent(ev);}privatevoidhideKeyboard(IBindertoken){if(token!=null){//若token不為空則獲取輸入法管理器使其隱藏輸入法鍵盤InputMethodManagerim=(InputMethodManager)getSystemService(Context.INPUT_METHOD_SERVICE);im.hideSoftInputFromWindow(token,InputMethodManager.HIDE_NOT_ALWAYS);}}連接到指定的WIFI網絡。當連接成功時，會彈出一個消息提示連接成功了，否則彈出連接失敗，如代碼5-14所示。代碼5-14WIFI連接提示//響應startActivityForResult()返回的結果publicvoidonActivityResult(intrequestCode,intresultCode,Intentdata){if(requestCode==REQUEST_CONNECT_DEVICE&&resultCode==Activity.RESULT_OK){//連接結果，由DeviceListActivity設置返回//直接連接特定的WIFI網絡Stringssid="yi";Stringpassword="12345678";//連接WiFibooleanconnected=connectToWifi(ssid,password);//根據(jù)連接結果顯示提示信息Toast.makeText(this,connected?"連接WIFI成功！":"連接WIFI失??！",Toast.LENGTH_SHORT).show();}}//連接WIFI的方法privatebooleanconnectToWifi(Stringssid,Stringpassword){//設置WIFI配置信息WifiConfigurationwifiConfig=newWifiConfiguration();wifiConfig.SSID="\""+ssid+"\"";wifiConfig.preSharedKey="\""+password+"\"";//獲取WIFI管理器WifiManagerwifiManager=(WifiManager)getApplicationContext().getSystemService(Context.WIFI_SERVICE);//添加WIFI網絡配置，并獲取網絡IDintnetworkId=wifiManager.addNetwork(wifiConfig);//如果成功添加網絡配置if(networkId!=-1){//斷開當前連接wifiManager.disconnect();//啟用指定網絡wifiManager.enableNetwork(networkId,true);//重新連接WIFI網絡returnwifiManager.reconnect();}returnfalse;}當有新消息到達時，檢查消息內容是否包含特定的標記，這些標記代表著不同的健康指標，比如心率、血氧飽和度、體溫。發(fā)現(xiàn)消息中包含了這些標記，便從消息中提取相應的數(shù)值，并將這些數(shù)值更新到客戶端界面上，以便用戶可以清楚地看到當前的健康狀態(tài)，讓用戶可以方便地實時監(jiān)測自己的健康指標，提升了用戶對健康狀況的感知和管理，如代碼5-15所示。代碼5-15數(shù)據(jù)展示Handlerhandler=newHandler(){publicvoidhandleMessage(Messagemsg){super.handleMessage(msg);intintIndex1=smsg.indexOf("$hear:");if(intIndex1!=-1){Stringstr=smsg;TextViewtextView=findViewById(R.id.textViewHeartrate);textView.setText(str.substring(intIndex1+6,str.indexOf("#",intIndex1)));}intintIndex2=smsg.indexOf("$spo2:");if(intIndex2!=-1){Stringstr=smsg;TextViewtextView=findViewById(R.id.textViewSpo2);textView.setText(str.substring(intIndex2+6,str.indexOf("#",intIndex2)));}intintIndex3=smsg.indexOf("$temp:");if(intIndex3!=-1){Stringstr=smsg;TextViewtextView=findViewById(R.id.textViewTemperature);textView.setText(str.substring(intIndex3+6,str.indexOf("#",intIndex3)));}smsg="";//清空smsg，以便下一次接收數(shù)據(jù)時使用//inTextView.setText(smsg);//scrollView.scrollTo(0,inTextView.getMeasuredHeight());}};當用戶點擊連接按鈕時，如果WIFI未開啟，則會提示用戶打開WIFI并嘗試打開WIFI。如果WIFI已經可用且尚未連接設備，則會打開一個設備列表頁面進行設備搜索。當用戶點擊斷開連接按鈕時，如果當前已經建立了連接，則會關閉連接，停止數(shù)據(jù)傳輸，并彈出消息提示WIFI已斷開。當用戶點擊退出按鈕時，會安全地關閉連接并退出應用，以避免異常情況發(fā)生。這些按鈕的作用是控制與設備的連接狀態(tài)，包括連接設備、斷開連接和安全退出應用。這樣用戶就可以方便地管理與設備的通信，并保證在退出應用時不會出現(xiàn)異常情況，如代碼5-16所示。代碼5-16按鍵控制publicvoidonConnectButtonClicked(Viewview){if(!_wifi.isEnabled()){//如果WIFI不可用，提示用戶打開WIFI并返回Toast.makeText(this,"打開WIFI中...",Toast.LENGTH_SHORT).show();_wifi.enable();return;}if(_socket==null){//如果未連接設備，打開設備列表頁面進行搜索startActivityForResult(newIntent(this,DeviceListActivity.class),REQUEST_CONNECT_DEVICE);}}publicvoidonDisconnectionClicked(Viewview){if(_socket!=null){//關閉連接try{Toast.makeText(this,"WIFI斷開",Toast.LENGTH_SHORT).show();bRun=false;//停止數(shù)據(jù)接收線程_socket.close();_socket=null;}catch(IOExceptione){}}}publicvoidonExitButtonClicked(Viewview){if(_socket!=null){//安全關閉連接try{bRun=false;//停止數(shù)據(jù)接收線程_socket.close();_socket=null;}catch(IOExceptione){}}finish();//退出應用}當用戶點擊發(fā)送調整閾值的指令時，會先檢查是否連接上WIFI模塊，如果連接為空，顯示一條短暫的消息提醒用戶連接WIFI模塊。再檢查各個文本輸入框是否為空，如果為空則顯示一條短暫的消息提醒用戶輸入數(shù)據(jù)，如代碼5-17所示。代碼5-17發(fā)送檢查publicvoidonSendButtonClicked(Viewview){//檢查客戶端套接字和客戶端打印寫入器是否為空if(clientSocket==null||clientPrintWriter==null){//如果為空，顯示一個短暫的提示消息，并返回Toast.makeText(this,"請先連接",Toast.LENGTH_SHORT).show();return;}//檢查輸入框中是否有數(shù)據(jù)if(edit0.getText().length()==0||edit1.getText().length()==0||edit2.getText().length()==0||edit3.getText().length()==0||edit4.getText().length()==0){//如果有任何一個輸入框為空，顯示一個短暫的提示消息，并返回Toast.makeText(this,"請先輸入數(shù)據(jù)",Toast.LENGTH_SHORT).show();return;}}用戶在界面上輸入的一系列數(shù)據(jù)，如心率范圍、體溫范圍、血氧飽和度范圍，通過WIFI連接將閾值設置命令傳輸給STM32單片機。當用戶點擊發(fā)送按鈕時，程序會從界面上獲取用戶輸入的各項數(shù)據(jù)，并將其按照一定的格式打包成一個字節(jié)數(shù)組。接著，通過WIFI連接將命令發(fā)送給STM32單片機。STM32單片機收到數(shù)據(jù)后，可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)進行相應的處理，比如根據(jù)用戶設置的范圍進行健康狀態(tài)監(jiān)測或警報等，如代碼5-18所示。代碼5-18發(fā)送閾值設置//獲取心率最小值、最大值、體溫最小值、最大值和血氧最小值的輸入框文本視圖TextViewedit0=findViewById(R.id.heartrate_min);TextViewedit1=findViewById(R.id.heartrate_max);TextViewedit2=findViewById(R.id.temperature_min);TextViewedit3=findViewById(R.id.temperature_max);TextViewedit4=findViewById(R.id.SPO2_Min);//獲取輸入框中的文本內容并轉換為字符串finalStringstr1=edit0.getText().toString();finalStringstr2=edit1.getText().toString();finalStringstr3=edit2.getText().toString();finalStringstr4=edit3.getText().toString();finalStringstr5=edit4.getText().toString();//在新線程中執(zhí)行網絡操作，以避免阻塞UI線程newThread(newRunnable(){publicvoidrun(){//將數(shù)據(jù)格式化成字符串，并發(fā)送到服務器clientPrintWriter.println("hear_min:"+str1+","+"hear_max:"+str2+","+"temp_min:"+str3+","+"temp_max:"+str4+","+"spo2_min:"+str5+"\r\n");clientPrintWriter.flush();//刷新打印寫入器}}).start();//啟動新線程

6系統(tǒng)測試6.1硬件測試硬件測試首先要檢查溫度模塊、心率血氧模塊，WIFI模塊是否有故障，LCD顯示屏是否可以顯示完整，進行焊接時，要用萬用表逐一檢查各個電容、電阻的焊點是否可以通電，再檢查各個模塊引腳是否有誤觸的地方，檢查以防后面出現(xiàn)漏焊、短路小問題，蜂鳴器是否可以正常響應，USB接口供電電壓是否滿足設計要求，PCB線路需要避免交叉，布線不僅要協(xié)調，還要美觀，使整個系統(tǒng)設計清晰易懂。硬件測試如圖6-1所示，各功能模塊焊接正常。圖6-1硬件測試圖6.2軟件測試軟件測試是整個系統(tǒng)運作的核心條件具