[35]，I2C總線的SDA和SCL是雙向的，SDA是數(shù)據(jù)線，SCL是時(shí)鐘線。在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程中，SDA線上的數(shù)據(jù)信號(hào)必須嚴(yán)格遵循既定的規(guī)則來(lái)確保傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和完整性。這意味著在整個(gè)高電平時(shí)鐘周期之內(nèi)不能發(fā)生任何形式的變動(dòng)。只有在SCL線上的時(shí)鐘信號(hào)變成低電平時(shí)，SDA線才能開始接收來(lái)自主機(jī)或其他設(shè)備的新數(shù)據(jù)，它的高電平或低電平狀態(tài)才能改變。如圖4.4。圖4.4數(shù)據(jù)位的有效性規(guī)定Fig.4.4Thevalidityofdatabitsisspecified當(dāng)單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)（SCL）以高電平狀態(tài)顯現(xiàn)時(shí)，同步脈沖生成模塊中的地址選擇器（SDA）線也會(huì)相應(yīng)地作出反應(yīng)，SDA線會(huì)從其原本設(shè)置的高電平狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖?，這樣的變化代表了系統(tǒng)被激活，進(jìn)入到一個(gè)啟動(dòng)階段；相反如果SCL線路保持著其高電平不變，沒(méi)有發(fā)生任何改變，而SDA線卻意外地從低電平上升至高電平，那么這一信號(hào)則表明系統(tǒng)已經(jīng)徹底停止運(yùn)行，不再接受新的輸入信息，也不響應(yīng)任何外部指令。如圖4.5。圖4.5起始和停止信號(hào)Fig.4.5Startandstopsignals當(dāng)數(shù)據(jù)從高電平流向低電平，它會(huì)被轉(zhuǎn)化為一連串的字節(jié)。每而每一個(gè)字節(jié)后都必須緊跟著一個(gè)確認(rèn)接收（ACK）位。在整個(gè)通信過(guò)程中，主機(jī)扮演著核心角色。它負(fù)責(zé)產(chǎn)生響應(yīng)的時(shí)鐘脈沖，釋放SDA線，緊接著從機(jī)將SDA線拉回到低電平，并在高電平時(shí)鐘脈沖期間保持穩(wěn)定。如圖4.6所示。主機(jī)開始接收數(shù)據(jù)時(shí)，在檢測(cè)到最后一個(gè)字節(jié)的到來(lái)，發(fā)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的結(jié)束，主機(jī)便立即向其連接的所有設(shè)備發(fā)出傳輸結(jié)束信號(hào)。與此同時(shí)，從屬設(shè)備釋放SDA線，主機(jī)就會(huì)從這些設(shè)備中讀取剩余的數(shù)據(jù)，并根據(jù)需要生成相應(yīng)的終止信號(hào)或者是重啟信號(hào)圖4.6字節(jié)格式與應(yīng)答Fig.4.6Byteformatandreply本節(jié)包括發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)、發(fā)送響應(yīng)位、函數(shù)名稱：voidI2C_Start()，函數(shù)描述：I2C_Stop()終止I2C總線，即發(fā)送I2C終止條件SDA=0；發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束信號(hào)_Nop()；SCL=1；發(fā)送時(shí)鐘結(jié)束信號(hào)_Nop()；結(jié)束條件設(shè)置時(shí)間大于4us，延時(shí)，I2C_CheckAck（void），檢查來(lái)自I2C總線的響應(yīng)信號(hào)，提供一個(gè)名為voidI2C_SendB(ucharc)的函數(shù)，該函數(shù)用于發(fā)送字節(jié)數(shù)據(jù)到I2C總線，它將發(fā)送給I2C總線的數(shù)據(jù)包（即c）作為參數(shù)。這個(gè)數(shù)據(jù)包既可以是一組地址，指向某一設(shè)備或接口的特定位置；也可以是一系列數(shù)據(jù)，供對(duì)方接收并處理，函數(shù)本身還會(huì)包含一個(gè)狀態(tài)位，用于報(bào)告發(fā)送操作的狀態(tài)，函數(shù)名：voidI2C_Ackn（bita）主控制器獲取響應(yīng)信號(hào)（可以是響應(yīng)信號(hào)或無(wú)響應(yīng)信號(hào)）；bitI2C_ISendB（ucharsla，ucharsuba，ucharc）從sla設(shè)備地址、suba子地址發(fā)送字節(jié)c輸出：0（操作錯(cuò)誤），1（操作成功）；bitI2C_IRcvB（ucharsla，ucharsuba，uchar*c）從sla設(shè)備地址、子地址suba開始，在c處接收數(shù)據(jù)1（操作成功），0（操作錯(cuò)誤），最后從總線開始到發(fā)送地址、讀取數(shù)據(jù)、結(jié)束整個(gè)總線過(guò)程。圖4.7為IIC程序流程圖。開始開始IIC初始化延時(shí)設(shè)置IIC數(shù)據(jù)結(jié)束函數(shù)延時(shí)檢測(cè)總線是否有應(yīng)答信號(hào)發(fā)送數(shù)據(jù)主控制器讀取數(shù)據(jù)讀取完成返回是否否是圖4.7IIC程序流程圖Fig.4.7IICprogramflowchart4.4.2心率血氧程序流程圖在單片機(jī)程序中，內(nèi)部定時(shí)器是至關(guān)重要的組件用于檢測(cè)10s周期。當(dāng)這個(gè)10秒周期開始時(shí)，終端設(shè)備開始采集和分析所接收到的信號(hào)。每個(gè)高電平的出現(xiàn)都標(biāo)志著一個(gè)新的采樣時(shí)刻，系統(tǒng)會(huì)立即進(jìn)行細(xì)致的時(shí)間評(píng)估：如果觀察到相鄰兩個(gè)高電平之間的時(shí)間差超過(guò)了10毫秒，高電平持續(xù)的時(shí)間會(huì)有所縮短（這與人體的心跳頻率有關(guān)），這種判斷可以有效地避免電壓比較器可能產(chǎn)生的錯(cuò)誤判定，并補(bǔ)償個(gè)體心跳的差異性。顯示屏以每10秒一次的頻率刷新，不斷更新當(dāng)前的心率狀態(tài)，使用戶能夠?qū)崟r(shí)了解自己的心跳速率。工作流程圖如圖4.8。keil5編寫第一步；發(fā)起I2C總線啟動(dòng)信號(hào)i2c_Start()；第二步發(fā)起控制字節(jié)i2c_SendByte(max30102_WR_address|I2C_WR)；第三步發(fā)送ACKif(i2c_WaitAck()!=0)；第四步發(fā)送字節(jié)地址i2c_SendByte(uch_addr)；if(i2c_WaitAck()!=0)；第五步寫入數(shù)據(jù)i2c_SendByte(uch_data)；第六步發(fā)送ACKif(i2c_WaitAck()!=0)；發(fā)送I2C總線定制信號(hào)i2c_Stop()；returntrue；心率血氧程序入口心率血氧程序入口通過(guò)IIC進(jìn)行數(shù)據(jù)通信獲取數(shù)據(jù)根據(jù)SaO2=a+bR獲取當(dāng)前血氧值獲取當(dāng)前心率值返回圖4.8心率血氧流程圖Fig.4.8Heartrateoxygenflowchart4.5報(bào)警程序報(bào)警程序的執(zhí)行基于按鍵處理函數(shù)。該函數(shù)在接收到按鍵信號(hào)時(shí)開始工作，它會(huì)首先對(duì)微控制器進(jìn)行短暫的延時(shí)處理，判斷按鍵是否被按下，判斷按鍵是否被按下后，一旦確認(rèn)按鍵被有效按下，處理函數(shù)便會(huì)進(jìn)入下一步，它將調(diào)用預(yù)設(shè)的報(bào)警機(jī)制，蜂鳴器將被激活。4.6無(wú)線傳輸程序本項(xiàng)目的核心部分是使用HC-05藍(lán)牙模塊，它在微控制器與智能手機(jī)之間扮演著一個(gè)至關(guān)重要的通信橋梁。用戶要首先啟動(dòng)藍(lán)牙模塊，此時(shí)led指示燈開始閃爍，藍(lán)牙模塊進(jìn)入工作狀態(tài)。藍(lán)牙技術(shù)主要利用串口來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，為了避免長(zhǎng)時(shí)間等待數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，我們還使用voidHC-05delay(uintz)函數(shù)；及寫入命令voidRART_com(ucharcom)；寫數(shù)據(jù)voidwrite_data(uchardate)；初始化voidHC-05(void)讀取字節(jié)for(i=0；i<8；i++){write_data(Init1[i])；}最后，我們通過(guò)手機(jī)操作對(duì)該設(shè)備進(jìn)行搜索，系統(tǒng)便會(huì)迅速地在藍(lán)牙連接列表中查找到符合條件的設(shè)備。與設(shè)備連接，然后輸入之前設(shè)置好的密碼，建立微控制器與手機(jī)之間的通信。5仿真與測(cè)試程序軟件采用keil5進(jìn)行編寫，仿真采用proteus軟件進(jìn)行，該軟件有一定的局限性，所以設(shè)定一個(gè)預(yù)定值用于顯示。心率值設(shè)定為75，血氧設(shè)定為98，溫度為27.0℃，當(dāng)溫度傳感器的測(cè)量值達(dá)到設(shè)定值時(shí)蜂鳴器就會(huì)報(bào)警，可以通過(guò)按鍵來(lái)設(shè)置設(shè)定值。如圖5.1。圖5.1仿真Fig.5.1simulation實(shí)物如圖5.2正在進(jìn)行心率血氧以及體溫的測(cè)量。首先，接通電源通過(guò)充電寶進(jìn)行供電，按下右側(cè)藍(lán)色開關(guān)，開始供電運(yùn)行；左下方三個(gè)黑色按鍵從左至右分別是設(shè)置按鍵、加按鍵以及減按鍵設(shè)定測(cè)量值范圍；將指尖放在MAX30102上進(jìn)行測(cè)量，靜置一段時(shí)間后顯示器的各項(xiàng)數(shù)值開始趨于穩(wěn)定，此時(shí)的測(cè)量值是準(zhǔn)確的；當(dāng)測(cè)量值不在設(shè)定值范圍內(nèi)時(shí)，中間的蜂鳴器就會(huì)發(fā)出報(bào)警，黃色指示燈開始閃爍。圖5.2實(shí)物Fig.5.2materialobject結(jié)論當(dāng)今社會(huì)，健康監(jiān)測(cè)已成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠帧Ｐ穆拭}搏作為人體生命體征的重要指標(biāo)之一，其檢測(cè)的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到我們對(duì)身體狀況的判斷和預(yù)防潛在疾病的能力。由此，本項(xiàng)目成功設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了以高性能的STM32微控制器為核心構(gòu)建而成的心率脈搏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠利用先進(jìn)技術(shù)和精密傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并準(zhǔn)確顯示測(cè)試者的心率和脈搏變化。該系統(tǒng)利用高精度的傳感器捕捉心臟每一次跳動(dòng)，提供了前所未有的心率監(jiān)測(cè)能力，使用了光電容積脈搏波傳感技術(shù)，通過(guò)對(duì)指尖進(jìn)行無(wú)創(chuàng)檢測(cè)有效獲取了信息值，并據(jù)此計(jì)算心率脈搏值。在硬件設(shè)計(jì)上，系統(tǒng)利用STM32微控制器的強(qiáng)大處理能力和豐富的外設(shè)接口，構(gòu)建了穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)采集和處理平臺(tái)。軟件上開發(fā)了高效的信號(hào)處理算法，確保了心率脈搏數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。用戶界面友好直觀，通過(guò)液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示心率和脈搏數(shù)值，同時(shí)提供了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸功能，方便了數(shù)據(jù)的記錄和遠(yuǎn)程監(jiān)控。經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證，該系統(tǒng)在不同環(huán)境下均能穩(wěn)定運(yùn)行，且具備較好的抗干擾能力和較高的測(cè)量精度。其軟件設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于心率在檢測(cè)過(guò)程中由于各種因素引起的心率誤差，為此，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，如果人處于不同的狀態(tài)，或檢測(cè)時(shí)手指的放置位置出現(xiàn)偏差時(shí)，都可能導(dǎo)致心率測(cè)量的不準(zhǔn)確，所以在檢測(cè)時(shí)優(yōu)先推薦中指進(jìn)行檢測(cè)，它的測(cè)量最為穩(wěn)定。在設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)時(shí)，我們必須深入理解這個(gè)系統(tǒng)的綜合功能，要清楚每個(gè)組件將如何協(xié)同工作以達(dá)成預(yù)定的目標(biāo)。同時(shí)要確保電路設(shè)計(jì)正確以及相對(duì)應(yīng)的程序代碼的編寫。編程時(shí)不僅需要遵循嚴(yán)格的規(guī)范，而且還需注意編碼的準(zhǔn)確性和效率。本項(xiàng)目的研究與開發(fā)不僅提高了個(gè)人健康管理的便捷性，也為健康監(jiān)測(cè)提供了一個(gè)全新的解決方案，這種方法能夠精確追蹤個(gè)體的健康狀況，并據(jù)此提供個(gè)性化的醫(yī)療建議，具有廣闊的應(yīng)用前景和市場(chǎng)潛力。參考文獻(xiàn)徐杰,崔艷.基于STC89C52的無(wú)線實(shí)時(shí)體溫心率監(jiān)測(cè)[J].電子元器件與信息技術(shù),2021,5(07):43-44+48.孟洋.基于光電容積描記的心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].長(zhǎng)沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2020,27(03):121-123.潘天文,田青,魏朋博,等.基于CC2530單片機(jī)的心電監(jiān)測(cè)分析儀設(shè)計(jì)[J].中國(guó)醫(yī)療器械雜志,2018,42(04):253-255.丁瑩芝,畢凌志.基于STM32的無(wú)線心率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置[J].云南化工,2020,47(12):160-161+164.郭子琦.基于STM32的智能健康手環(huán)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2024,14(02):125-128.

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