2024年3月12日发(作者：)
ISSN1009-3044
Computer
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Technology
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电脑知识
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与技术
与技术
Computer
Vol.17,No.7
March
2021
E-mail：*************.cn
第17卷第7期(2021年3月)
http：//
Tel：+86-551-6569
基于单片机的多功能健康检测系统设计
朱洪浪，李林，曾陈萍，董加强，张耀方
（西昌学院信息技术学院，四川西昌615000）
摘要：本文以STM32F103单片机为控制芯片，利用MLX90614红外测温传感器和MKB0805脉搏血压传感器设计了一款能
够实时检测人体血压、心率和体温的多功能健康检测系统。该系统由人体生理参数采集、数据分析处理、显示数据三部分
组成，实现了对人体生理参数的实时采集显示和异常生理参数提醒的功能。
关键词：健康检测；多功能；STM32F103
中图分类号：TP3文献标识码：A
开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
文章编号：1009-3044(2021)07-0244-02
随着人们生活水平和质量的不断提高，对自身健康状况的
关注度也愈来愈高，特别是日常的血压、心率和体温等生理指
标对人体健康十分重要，同时这些生理指标的异常也是某些疾
病的前期表现，因此对人体生理指标的日常监测技术开发就显
得尤其重要。
近年来，一些学者基于嵌入式技术开发的智能可穿戴设备
不仅可以实现对人体生理指标的实时采集，还能对人体异常生
理指标进行提醒。如吴健健等人
[1]
通过压电传感器采集睡眠心
率变化，经单片机分析后能够判断人的心血管健康状态，从而
[2]
预警突发疾病。熊强强等人基于STM32F103单片机设计了
一款智能型腕带式心率检测仪。武智晓等人
[3]
通过对90例心
动过缓患者的心率水平与血压水平的相关性进行了研究，发现
血压与心率有一定的相关性。曾波等人
[4]
基于灰色系统建模技
术实现了人体疾病早期预测预警。上述研究均实现了单一生
理指标的采集及疾病预测，但这些研究并未对血压、心率和体
温等多生理指标进行实时检测。因此，探索一种能够实时检测
人体血压、心率和体温的多功能健康检测系统，具有十分重要
的研究意义和实用价值。
本文设计的多功能健康检测系统采用了低功耗的
STM32F103处理芯片，外围功能模块包括人体生理参数采集、
数据分析处理、显示数据三个部分，实现了对人体体温、心率、
血压多种生理指标的实时检测显示及报警，提高了人们对自身
健康状态的知晓度，该系统同时也方便了用户随时随地地对自
身进行检查，及时了解自身的健康状况。
STM32F103单片机，单片机处理后，将体温信息显示在OLED
显示屏上。心率血压模块采用MKB0805脉搏血压传感器采集
人体心率值和血压值，滤去高频噪声信号后，将微弱的心率信
号和微弱的血压信号进行放大传输给STM32F103单片机，单片
机将心率值、血压值处理后显示在OLED显示屏上。按键模块
设置了三种按键：选择按键、确定按键、返回按键，选择按键可
以对测量功能，如测量体温、测量心率、测量血压进行选择；确
定按键确定选择的测量功能，并进入该指标测量显示界面；返
回按键返回上一功能界面。报警模块采用蜂鸣器和LED进行
声光报警，以提醒用户当前测量指标异常。如体温（36.0~
37.4℃正常、37.4~38.0℃低热、38.1~41.0℃高热）、心率40~60次/
min过缓、60~100次/min正常、100~140次/min过速）、血压（高
压：收缩压140mmHg以上，舒张压90mmHg以上；低压：收缩压
90mmHg以下，舒张压60mmHg以下），这些指标参数不在设定
正常的上下限范围之内时，通过STM32F103单片机控制蜂鸣器
鸣叫，同时LED灯被点亮，以达到提醒的效果。根据不同年龄
端、不同性别的用户，可以设置正常值上下限范围，可以更好地
满足不同用户需求。
体温
模块
心率血压
模块
红外测温器放大电路AD转换
OLED显示
光电传感器低通滤波放大电路
1方案设计
本健康检测系统采用模块化设计法，以STM32F103核心芯
片为信息运算处理核心，主要包括体温模块、心率血压模块、按
键模块、OLED显示模块、报警模块，如图1所示。其中，体温模
块采用MLX90614红外测温传感器采集人体体温，经放大电路
将采集到的微弱温度信号放大后，由ADC0832转换后给
键盘
模块
单片机
STM32F103
选择按键
确定按键
返回按键
报警电路
图1基于单片机的多功能健康检测系统设计框图
收稿日期：2020-09-05
基金项目：四川省2018-2020高等教育人才培养质量和教学改革项目——民族地区高校“信息技术+农业”的新工科探索与实践，项
目编号JG2018-791,川教函[2019]270号；四川省2019大学生创新与创业项目——基于RFID的智能防丢报警系统，项目
编号S2X。
作者简介：朱洪浪（1991—），男，四川达州人，硕士，助教，研究方向：物联网、智能结构及控制。
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2硬件系统设计
基于STM32F103单片机的多功能健康检测系统原理图，如
图2所示。
图2基于单片机的多功能健康检测系统电路原理图
图3基于单片机的多功能健康检测系统采集心率血压实物图
如图2，红外测温模块和心率血压模块所需工作电压不同，
分别连接
SCL
和
和
VCC-3.3（3.3V）和VCC（5V）。红外测温模块的MLX-
MBK-TX
PA9
MLX-SDA
。心
MBK0805
分
率
和
别
血
管脚分别连接核心板
MLX90614
连
压
接
模
核
块
心
的
使用的通信方式分别是串口通信和
板
接
STM32F103
收数据
STM32F103
MBK-RX
的IO口PA8
的IO口
和
PA2
发
和
送数
PA3
据
。
6个字节，
I
2
通信。在MBK0805的通信协议中规定一帧数据为所
C
以程序中要循环6次才能接收/发送一帧数据。在模块开始进
行监测后，使用一个信号量来循环访问临界资源是否到达。在
第一组临界资源到达时，通过对收到的第一个字节进行判断，
是否是读取数据的格式报文。如果第一个字节FD，即连续解
析第2字节到第4字节的值，分别对应为高压值（High）、低压值
118mmHg
Low）、心率值(XinLv)。如图
测量的高压值在
、低压值
90~140mmHg
Low:70mmHg
3所示，
，
、
因此属于正常范围，
心率值
采集到的高压值为
XinLv:79次/min
High:
不需要进
。当前
行报警；当前测量的低压值在60~90mmHg，因此也属于正常范
围，不需要进行报警；当前测量的心率值在60~100次/min，因此
也属于正常范围，不需要进行报警。功能按键模块中S1为选
择按键、S2为确定按键、S3为返回按键。
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3软件系统设计
基于STM32F103单片机的多功能健康检测系统软件流程
图如4所示：
图4基于单片机的多功能健康检测系统流程图
多功能健康检测系统的软件设计是利用STM32F103移植
的UCOS3操作系统进行多任务软件开发。本次软件设计包括
三个主要任务模块：
压值两个生理参数，
1）MBK0805心率血压模块：
将数据传给
负责采集测量人体心率值、
STM32F103中的MCU进行
血
处理；
传给
2）MLX90614红外测温模块：
示，方便用户进行查看；
3
STM32F103
）OLED数据显示模块：
中的MCU进行处理；
负责测量人体体温值，将数据
负责将MCU处理后的数据进行显
三个按键。
4）功能按键模块：负责功能选择，分别有选择、确定、返回
如图4所示，在对STM32F103、OLED和串口2进行初始化
之后，系统启动也就完成，则之后就可以在初始菜单界面，通过
选择功能按键对测量功能进行选择，如选择体温或者心率、血
压的测量功能。被测量采集到之后，就可以通过返回功能按
键，返回到菜单栏进行其他功能的选择。在测量体温时，体温
值偏高或者偏低，经过STM32F103单片机的MCU处理之后会
在OLED显示屏上显示相应体温值和提示信息；在测量心率
值、血压值时，血压又分为高压和低压，OLED显示屏上会一次
显示出高压值、低压值、心率值的测量值。（下转第248页）
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3.4.2降低学科难度，帮助理解抽象理论
陌生情境虚拟仿真实验的设计主要是为了帮助学生理解
婴儿三种依恋的类型，包括“安全型”“矛盾型”和“回避型”三大
模块，通过自由选择可以查看三种依恋类型的理论知识。在实
验实施过程中有七个复杂的情境片段，而这些不同的情境中每
一类型的婴儿所表现出不同的情绪反应，则可以通过虚拟现实
系统向学生生动地展示陌生情境实验的完整流程，使依恋这个
抽象的概念直观化和形象化，以便于学生在学习过程中更好地
理解亲子依恋的类型及其对婴幼儿成长的重要性，有效地掌握
知识重点，解决知识难点。
3.4.3优化学习环境，丰富网络学习资源
所学的学前儿童心理学内容充分与学前教育实践相结合，与学
前教育工作中的典型工作任务相结合，突出了课程的实践性，
避免了理论与实践的分离。
4结语
将虚拟仿真技术应用于学前儿童发展心理学的课程教学
中，有利于来自不同区域的学生增强学习体验，提高学习效率。
也有助于丰富虚拟现实应用于学前教育的理论研究成果，促进
电大学前教育研究水平的提高，具有丰富的理论意义。目前，
陌生情境虚拟仿真实验已取得初步成效，如何构建完整的学前
儿童发展心理学虚拟仿真实验体系，仍需要持续的关注和
探究。
学习环境指的是学习者学习发生的“时间”和“空间”及为
[6]
学习者学习活动提供的各种支持条件。学习环境的优化对学
生的学习效果有着重要影响。虚拟现实技术打破了以往单一
的传统学习模式，为学生构建了一个完善、开放的教学资源体
系,实现了网上教、学、评、测一体化的功能，极大优化了开放教
育学习环境。同时，沉浸式体验为学生的自主学习提供了逼真
又感性的学习材料，将学前儿童发展心理学课程陌生情境实验
制作成相应的配套资源，能够辅助学生更好更快地理论联系实
际，也有利于探索多元的开放教育教学模式，从而更好地实现
远程实践教学的长远目标。
3.4.4理论结合实践，提升学生实训技能
参考文献：
[1]张志祯.虚拟现实教育应用:追求身心一体的教育--从北京
师范大学"智慧学习与VR教育应用学术周"说起[J].中国远
程教育,2016(6):5-15.
[2]迈克尔·海姆.从界面到网络空间——虚拟实在的形而上学
[M].上海：上海科技教育出版社,2000:120.
[3]徐楠.虚拟现实和仿真在现代远程开放教育中的应用[J].大
众科技,2008(12):162-163.
[4]杜颖.VR+教育：可视化学习的未来[M].北京：清华大学出版
社,2017:46-52.
[5]赵向前.实践与创新——虚拟技术在开放教育中的应用[J].
中国市场,2016(19):67,81.
[6]杨立力.论虚拟现实技术与远程教育的结合[J].现代远距离
教育,2005(3):62-64.
【通联编辑：王力】
虚拟现实技术的加入使专业实践教学的实训内容、实训手
段、实训模式都发生了深刻的变革，为开放教育发展中面临的
实践教学难题提供了高效的解决方案。在陌生情境虚拟仿真
实验中，学生有更多的机会对婴幼儿依恋类型和行为进行分析
和处理，以提高其相关的教育教学技能。虚拟现实技术将学生
（上接第245页）
4结语
本文基于STM32F103单片机的多功能健康检测系统设计
提出了一个模块化的设计方案，该多功能健康检测系统主要由
体温、心率和血压、显示模块组成。通过STM32F103单片机将
体温、心率、血压等多种指标参数集成在一起并进行显示，实现
了对人体生理参数的实时采集显示和异常生理参数提醒的功
能，进一步帮助人们及时掌握个人身体健康状况，对疾病进行
早发现早预防。主要功能包括：
1）通过按键可以选择对应的检测指标，如选择测体温或者
心率和血压；
2）选择体温检测时，通过红外测温的方式，测得人体体温，
并将体温信息显示在OLED显示屏上；
3）选择心率和血压检测时，将心率血压传感器绑在手腕上
进行检测，经过测量，随即在OLED显示上显示出对应的血压
值和心率值信息。
参考文献：
[1]吴健健,陈韦晋,章婷婷，等.基于智能床垫的心率检测系统
[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2020,43(3):330-334,388.
[2]熊强强,尹建平,姚卫国,等.一种智能型腕带式心率检测仪的
设计与实现[J].国外电子测量技术,2020,39(2):88-92.
[3]武智晓,黎明江,张静，等.心动过缓患者心率水平与血压水平
相关性研究[J].海南医学,2012(7):32-34.
[4]曾波,刘思峰,白云,等.基于灰色系统建模技术的人体疾病早
期预测预警研究[J].中国管理科学,2020,28(1):144-152.
【通联编辑：张薇】
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