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基于 STC89C52+PulseSensor 心率传感器检测心率实时显示

作者:DS小龙哥
  • 2024-07-02
    重庆
  • 本文字数:3008 字

    阅读完需:约 10 分钟

一、设计介绍

当前基于 STC89C52 单片机和 PCF8591、PulseSensor 心率传感器、SSD1306 OLED 显示屏等元件实现了一个心率检测仪。检测仪可以通过采集心率传感器输出的模拟信号,并经过 AD 转换后计算出实时的心率值,然后将心率值通过 IIC 协议传输到 OLED 显示屏上进行展示。用户只需要将心率传感器固定在身体上,启动心率检测仪,就能够方便地实时监测自己的心率。


本项目的应用范围广泛,可以用于健康管理、健身锻炼、医疗等领域。在家庭中,人们可以使用该心率检测仪,及时监测自己的心率,对身体健康进行有效管理和控制;在健身房或健身教练中心,教练可以利用该心率检测仪来监测运动员的心率变化,以便针对性地调整训练计划,提高训练效果;在医疗机构中,医护人员可以使用该心率检测仪,监测患者的心率情况,及时发现异常情况,为患者的治疗提供有力的依据和参考。




二、硬件选型

本项目需要用到的硬件:


  1. STC89C52 单片机:作为主控芯片,负责读取 PulseSensor 心率传感器的模拟信号、进行 AD 转换、计算心率值,并将心率值通过 IIC 协议传输到 OLED 显示屏上进行展示。

  2. PCF8591 模块:用于实现 STC89C52 单片机通过 IIC 总线对 PulseSensor 心率传感器进行数据采集和 AD 转换。

  3. PulseSensor 心率传感器:用于采集人体的微弱心跳信号,并将信号输出到 PCF8591 模块。

  4. SSD1306 OLED 显示屏:用于显示心率检测结果,包括心率值及单位。

  5. 杜邦线、面包板:用于连接各个硬件模块和搭建电路原型。

三、实现代码

下面是项目核心代码,通过 PCF8591 接 PulseSensor 心率传感器采集心率,并通过 IIC 协议的 0.96 寸 OLED 显示屏显示出来:


#include <reg52.h>#include <intrins.h>
#define uchar unsigned char#define uint unsigned int
sbit SCL = P1^0;sbit SDA = P1^1;sbit LED = P2^0;
#define ADDR_PCF8591 0x90 // PCF8591的IIC地址:1001 0000#define CMD_PCF8591_WR 0x40 // PCF8591写数据命令字:0100 CCCC,CCCC为通道选择#define CMD_PCF8591_RD 0x41 // PCF8591读数据命令字:0100 CCCC,CCCC为通道选择
#define ADDR_OLED 0x78 // SSD1306 OLED显示屏的IIC地址:0111 1000
uchar heartRate[3]; // 存储心率值的字符串
/** * 延时函数,控制IIC通信速度 */void Delay(){ uint i, j; for(i=0; i<50; i++) for(j=0; j<500; j++);}
/** * IIC启动信号 */void IIC_Start(){ SCL = 1; SDA = 1; Delay(); SDA = 0; Delay(); SCL = 0;}
/** * IIC停止信号 */void IIC_Stop(){ SCL = 0; SDA = 0; Delay(); SCL = 1; SDA = 1; Delay();}
/** * IIC发送一个字节的数据 * @param byte 发送的字节 * @return 接收到的应答位 */uchar IIC_SendByte(uchar byte){ uchar i, ack;
for(i=0; i<8; i++) { SDA = (bit)(byte & 0x80); byte <<= 1; Delay(); SCL = 1; Delay(); SCL = 0; }
SDA = 1; Delay(); SCL = 1; Delay(); ack = SDA; SCL = 0;
return ack;}
/** * 初始化PCF8591模块 */void Init_PCF8591(){ IIC_Start(); IIC_SendByte(ADDR_PCF8591); IIC_SendByte(CMD_PCF8591_WR | 0); IIC_Stop();}
/** * 读取PCF8591的AD值 * @param ch 选择的通道编号 * @return AD转换后的数值 */uchar Read_PCF8591(uchar ch){ uchar value;
IIC_Start(); IIC_SendByte(ADDR_PCF8591); IIC_SendByte(CMD_PCF8591_WR | ch); IIC_Stop();
IIC_Start(); IIC_SendByte(ADDR_PCF8591 | 0x01); value = IIC_SendByte(0xFF); IIC_Stop();
return value;}
/** * 初始化SSD1306 OLED显示屏 */void Init_OLED(){ IIC_Start(); IIC_SendByte(ADDR_OLED); IIC_SendByte(0xAE); // 关闭显示 IIC_SendByte(0x00); // 列地址低4位 IIC_SendByte(0x10); // 列地址高4位 IIC_SendByte(0x40); // 起始行地址 IIC_SendByte(0xB0); // 设置页地址 IIC_SendByte(0x81); // 对比度设置命令 IIC_SendByte(0xCF); // 对比度值 IIC_SendByte(0xA1); // 段复用设置 IIC_SendByte(0xA6); // 常规显示模式 IIC_SendByte(0xA8); // 多路复用设置 IIC_SendByte(0x3F); // 页面数-1 IIC_SendByte(0xC8); // 扫描方式设置 IIC_SendByte(0xD3); // 设置显示偏移 IIC_SendByte(0x00); IIC_SendByte(0xD5); // 频率设置命令 IIC_SendByte(0x80); // 分频系数 IIC_SendByte(0xD9); // 设置预充电周期 IIC_SendByte(0xF1); IIC_SendByte(0xDA); // 设置COM硬件连接方式 IIC_SendByte(0x12); IIC_SendByte(0xDB); // VCOMH设置 IIC_SendByte(0x40); IIC_SendByte(0xA4); // 全部点亮/正常显示 IIC_SendByte(0xA6); // 正常/反显示控制 IIC_SendByte(0xAF); // 开启显示 IIC_Stop();}
/** * 在OLED上显示字符串 * @param x 开始列地址 * @param y 开始页地址 * @param str 需要显示的字符串 */void ShowString_OLED(uchar x, uchar y, uchar *str){ uchar i = 0;
IIC_Start(); IIC_SendByte(ADDR_OLED); IIC_SendByte(0x00); // 列地址低4位 IIC_SendByte(0x10); // 列地址高4位 IIC_SendByte(0xB0 + y);// 设置页地址 for(i=0; str[i]!='\0'; i++) { IIC_SendByte(0xB0 + y); IIC_SendByte((x + 8*i) & 0x0F); IIC_SendByte(((x + 8*i) >> 4) | 0x10); IIC_SendByte(str[i]); } IIC_Stop();}
/** * 主函数,心率计算和显示 */void main(){ Init_PCF8591(); // 初始化PCF8591模块 Init_OLED(); // 初始化OLED显示屏
while(1) { uchar adValue = Read_PCF8591(0); // 读取PCF8591的AD值 uint timeInterval = 100; // 设定采集心率的时间间隔,单位为毫秒 uint count = 0; // 统计脉搏跳动次数的计数器 uint heartRateValue = 0; // 计算得出的心率值
for (uint i=0; i<timeInterval; i++) // 在一定时间内采集数据 { if (adValue > 200) // 当AD值高于阈值时,统计脉搏跳动次数 { count++; while(adValue > 100) // 等待一段时间,避免同一次脉搏被重复计数 { adValue = Read_PCF8591(0); } } adValue = Read_PCF8591(0); // 读取下一个AD值 }
heartRateValue = (uint)(count * 60.0 / timeInterval); // 计算心率值 sprintf(heartRate, "%d", heartRateValue); // 将心率值转换为字符串
ShowString_OLED(0, 0, "Heart Rate:"); // 在OLED上显示标题 ShowString_OLED(80, 0, heartRate); // 在OLED上显示心率值 ShowString_OLED(96, 0, "bpm"); // 在OLED上显示单位 }}
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