前言

现在便携式健康监测设备越来越普及，心率、体温是最基础的两项生理指标。本次基于 STM32F103C8T6 单片机，在 Proteus 中完成仿真设计，实现心率采集、体温测量、OLED 显示、超限声光报警功能，适合单片机课程设计、毕设入门学习。

一、系统整体方案

本系统以STM32F103C8T6作为主控芯片，外设包含：PCF8591 模数采集、脉搏心率传感器、DS18B20 温度传感器、I2C‑OLED12864 显示屏、蜂鸣器、红色报警指示灯。

• 心率信号：模拟脉搏信号送入 PCF8591 进行 AD 转换，单片机处理计算心率值；
• 体温信号：DS18B20 数字温度传感器采集人体温度；
• 显示：OLED 屏幕实时刷新温度、心率以及心率正常参考区间；
• 报警：当心率超出 60‑100 正常范围，蜂鸣器鸣叫 + 红灯点亮做声光报警。

Proteus 电路原理图

二、硬件模块讲解

1. STM32F103C8T6 主控

STM32F103C8T6 是整个系统核心，处理 AD 采样、温度读取、数据计算、屏幕驱动、报警输出。

• PB3、PB4：I2C 接口，驱动 PCF8591；
• PB15：DS18B20 温度传感器数据引脚；
• PA14：控制报警 LED 灯；
• PA15：三极管驱动蜂鸣器，实现报警发声。

2. PCF8591 模数转换模块

PCF8591 是 I2C 接口的 4 路 8 位 ADC 芯片。本设计中，脉搏模拟信号接入 AIN3 通道，将模拟脉搏信号转换成数字量给到 STM32。

I2C 引脚：SCL 接 PB3，SDA 接 PB4。

3. 心率采集模块

仿真内部使用电位器模拟脉搏传感器输出的波动电压信号。手指按压脉搏传感器时，电压随心跳周期性变化；单片机读取 PCF8591 的 AD 数值，检测波形波峰，统计单位时间波峰数量，换算得到每分钟心率 BPM。

4. DS18B20 体温检测

DS18B20 是单总线数字温度传感器，只需要一根 IO 口就可以完成通信，采集环境 / 人体体温，测温精度高，电路简单。数据引脚接 PB15。

5. OLED12864（I2C）显示屏

I2C 接口 OLED 屏幕，用来可视化输出：

温度:36
心率:85
60‑100

实时展示当前体温、实测心率，同时标注正常心率参考范围 60‑100 次 / 分钟。

6. 声光报警电路

• 报警 LED：PA14 引脚，高电平点亮；
• 蜂鸣器：PA15 经过 8050NPN 三极管驱动，三极管放大电流驱动蜂鸣器； 逻辑：当计算出的心率＞100 或者＜60，就触发红灯亮 + 蜂鸣器响，提示心率异常。

三、系统工作逻辑

1. 系统上电初始化：I2C、PCF8591、DS18B20、OLED、GPIO 初始化；
2. 循环读取 DS18B20，获取温度数值；
3. 通过 PCF8591 不断采集脉搏 AD 数据，做简单滤波，检测心跳波峰，计算心率；
4. 将温度、心率数据刷新打印到 OLED 屏幕；
5. 判断心率是否在 60~100 区间，超出阈值则开启蜂鸣器和 LED 报警；在正常区间，关闭报警。

仿真中电位器 RV2 旋转可以模拟脉搏跳动信号，观察心率数值变化，人为制造异常心率，测试报警效果。

四、开发踩坑总结

1. PCF8591 采集波动大：原始 AD 数据噪声大，需要做滑动平均滤波，否则心率跳变严重；
2. DS18B20 时序问题：单总线对时序严格，延时不对会读取到错误温度；
3. 蜂鸣器不响：8050 三极管注意基极限流电阻，IO 输出高电平三极管导通蜂鸣器工作；
4. 心率算法难点：需要做波峰检测，要设置阈值过滤噪声干扰，不能简单判断 AD 大小，否则误判心跳；
5. I2C OLED 注意地址，硬件 I2C 或者软件 I2C 都可以，注意引脚不要冲突。

五、拓展改进方向

1. 外接真正的光电脉搏传感器，替换仿真电位器，做实物版本；
2. 增加按键，修改心率报警阈值；
3. 添加 RTC 实时时钟，保存历史体温心率数据；
4. 增加串口，把数据上传电脑或者蓝牙模块，手机查看数据。

小结

这个 STM32 心率体温监测项目，覆盖 I2C 通信、ADC 采集、单总线传感器、显示驱动、阈值报警，非常适合练手。Proteus 仿真可以快速验证逻辑，之后再移植到实物硬件上。

通过网盘分享的文件：仿真文件获取.zip
链接: https://pan.baidu.com/s/1V5zzxbpHc_fRqfGIzSdLfg?pwd=6666 提取码: 6666