2026《便携式家用血压、脉搏及心率监测仪设计》

2026《便携式家用血压、脉搏及心率监测仪设计》摘要随着人口老龄化加剧、居民健康意识提升，家用健康监测设备需求持续增长，血压、脉搏及心率作为心血管健康的核心监测指标，其便捷、精准的家用监测成为刚需。本文设计一款便携式家用血压、脉搏及心率监测仪，以STM32F103单片机为控制核心，采用示波法结合光电容积脉搏波描记法（PPG）实现多参数同步监测，兼顾便携性、准确性和易用性，适配家庭各类人群使用。本文首先分析了便携式家用监测仪的研究背景、国内外发展现状及市场需求，明确设计目标与技术指标；其次阐述了血压、脉搏及心率的测量原理，对比多种测量方案后确定最优技术路径；随后完成硬件系统设计，包括主控模块、传感器模块、信号调理模块、显示模块、按键模块、报警模块、电源模块及数据存储与传输模块的选型与电路设计；接着进行软件系统开发，涵盖主程序、传感器数据采集程序、信号滤波与处理程序、参数计算程序、显示程序、报警程序及数据交互程序的编写与调试；之后搭建测试平台，对监测仪的测量精度、响应速度、便携性、续航能力等指标进行全面测试与优化；最后总结设计成果，分析存在的不足并提出未来改进方向。测试结果表明，本设计所研制的便携式家用血压、脉搏及心率监测仪，血压测量范围为0~299mmHg，测量误差≤±3mmHg；脉搏与心率测量范围为30~240次/分钟，测量误差≤±2次/分钟，均符合国家相关标准及家用监测需求。设备体积小巧、重量轻便，支持一键测量、数据存储、异常报警及蓝牙数据传输，操作简单易懂，可满足老年人、高血压患者等各类人群的日常健康监测需求，具有较高的实用价值和市场推广前景。关键词：便携式；家用；血压监测；脉搏监测；心率监测；STM32单片机；示波法；PPG技术第一章绪论1.1研究背景近年来，全球心血管疾病发病率持续攀升，已成为威胁人类健康的首要杀手，据世界卫生组织统计，每年因心血管疾病死亡的人数占全球总死亡人数的30%以上。血压、脉搏及心率作为反映心血管系统健康状态的核心生理参数，其异常变化往往是高血压、冠心病、心律失常等疾病的早期预警信号，因此，对这三项参数的实时、精准监测，对于疾病的早期筛查、诊断、治疗及康复具有重要意义。随着我国人口老龄化进程加快，60岁以上老年人口占比已突破20%，老年人群中高血压、心律失常等疾病的患病率较高，对日常健康监测的需求尤为迫切。同时，年轻群体由于工作压力大、作息不规律、缺乏运动等因素，心血管健康问题也日益突出，越来越多的人开始重视自身健康监测。传统的监测方式主要依赖医院或社区医疗机构的专业设备，存在监测周期长、操作复杂、成本较高、不便携带等问题，无法满足人们日常居家监测、实时掌握自身健康状态的需求。家用健康监测设备凭借便捷、高效、低成本的优势，逐渐成为家庭健康管理的重要组成部分。其中，便携式家用血压、脉搏及心率监测仪，能够实现随时随地的健康监测，帮助用户及时发现生理参数异常，为健康管理提供数据支撑，同时也能为医护人员提供准确的监测数据，辅助疾病诊断与治疗。此外，国家医疗器械行业的快速发展及相关政策的支持，为家用监测设备的研发与推广提供了良好的环境。2025年国家药监局发布的《医疗器械注册临床数据评价指南》，进一步规范了家用血压计等Ⅱ类医疗器械的临床验证标准，推动了家用监测设备向精准化、智能化、便携化方向发展。在此背景下，研发一款精准、便捷、易用的便携式家用血压、脉搏及心率监测仪，具有重要的理论意义和实际应用价值。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状国外对家用健康监测设备的研究起步较早，技术相对成熟，目前已形成较为完善的产品体系和市场格局。欧美、日本等发达国家，凭借先进的电子技术、传感器技术和软件算法，研发出了一系列高性能的便携式血压、脉搏及心率监测仪，产品具有测量精度高、功能丰富、设计人性化等特点。在血压测量技术方面，国外企业较早采用示波法、柯氏音法等成熟技术，结合高精度传感器和先进的信号处理算法，大幅提升了测量精度。例如，日本欧姆龙（OMRON）公司推出的便携式血压计，采用智能加压技术和示波法测量原理，能够根据用户手臂尺寸自动调节加压幅度，减少测量误差，同时支持数据存储、蓝牙传输及手机APP联动，实现健康数据的智能化管理。美国飞利浦（Philips）公司的家用监测仪，整合了血压、脉搏、心率等多参数监测功能，采用PPG技术实现无创、连续监测，适用于日常居家及外出携带。在智能化方面，国外产品逐渐向物联网、人工智能方向发展，通过与手机APP、云端平台结合，实现健康数据的实时上传、分析与预警。例如，美国苹果公司推出的AppleWatch，集成了PPG传感器和心电图传感器，能够实时监测心率、脉搏，识别心律失常等异常情况，并及时向用户发出预警；同时支持血压监测功能（需配合外接设备），实现多参数协同监测，为用户提供全面的健康评估。此外，国外对家用监测设备的临床验证和质量控制较为严格，产品需符合ISO81060-2:2018+AMD1:2020、YY9706.230-2023等国际标准和行业规范，确保测量精度和使用安全。但国外产品也存在价格较高、部分功能不符合中国用户使用习惯等问题，限制了其在国内市场的普及。1.2.2国内研究现状国内对便携式家用血压、脉搏及心率监测仪的研究始于20世纪90年代，随着电子技术、传感器技术的快速发展及市场需求的推动，国内企业和科研机构加大了研发投入，产品技术水平不断提升，逐渐形成了具有自主知识产权的产品体系。目前，国内市场上的家用监测设备主要以血压计为主，脉搏和心率监测多作为附加功能，产品价格相对低廉，性价比高，符合中国用户的消费习惯。例如，鱼跃医疗、九安医疗等国内知名企业，推出的便携式血压计，采用示波法测量原理，结合STM32等单片机作为控制核心，实现血压、脉搏的同步监测，支持数据存储和异常报警，产品质量和测量精度已达到国际同类产品水平。在技术研发方面，国内科研机构和高校主要聚焦于测量精度优化、功能集成和智能化升级。例如，福州大学电气工程学院的科研人员研发了一种以STM32为基础的便携式家用心电检测设备，能够采集心电信号、计算心率，并通过液晶屏实时显示，为用户提供健康参考；部分高校还开展了PPG技术在脉搏、心率监测中的应用研究，通过优化信号滤波算法，减少干扰，提升测量精度。同时，国内企业也在积极推进产品的智能化发展，结合物联网技术，实现健康数据的蓝牙传输、手机APP管理和云端存储，方便用户查看历史数据、分享数据给医护人员。但与国外先进产品相比，国内产品仍存在一些不足：一是部分产品测量精度不够稳定，尤其是在复杂环境下易受干扰；二是功能集成度不高，多参数协同监测能力有待提升；三是软件算法的智能化水平较低，缺乏对健康数据的深度分析和精准预警；四是在极端环境适应性和长期稳定性方面，与国际标准仍有差距。1.3研究意义1.3.1理论意义本研究围绕便携式家用血压、脉搏及心率监测仪的设计与实现，深入研究示波法、PPG技术在多参数监测中的应用，优化信号滤波与处理算法，解决家用监测设备中测量精度、抗干扰能力等关键技术问题，丰富家用健康监测设备的研发理论和技术体系。同时，通过对硬件电路的优化设计和软件程序的模块化开发，为同类便携式监测设备的研发提供参考和借鉴，推动家用医疗器械技术的创新与发展。1.3.2实际意义本设计研制的便携式家用血压、脉搏及心率监测仪，能够实现血压、脉搏、心率的同步、精准监测，操作简单、携带方便，适配家庭各类人群使用。对于高血压患者、老年人等重点人群，能够帮助其实时掌握自身健康状态，及时发现生理参数异常，为疾病的早期预警和治疗提供数据支撑；对于普通健康人群，能够实现日常健康监测，培养健康管理意识，预防心血管疾病的发生。此外，本产品价格低廉、性价比高，符合中国用户的消费习惯，能够广泛普及到普通家庭，提升家庭健康管理水平。同时，产品支持数据存储和蓝牙传输，能够实现健康数据的智能化管理，方便用户与医护人员沟通，为远程医疗提供数据支持，缓解医疗资源紧张的问题，具有较高的实用价值和社会意义。1.4研究内容与方法1.4.1研究内容本文的研究内容主要围绕便携式家用血压、脉搏及心率监测仪的设计与实现展开，具体包括以下几个方面：明确设计目标与技术指标：结合家用监测需求和国家相关标准，确定监测仪的测量范围、测量精度、响应速度、便携性、续航能力等核心技术指标。测量原理研究与方案选择：深入分析血压、脉搏及心率的测量原理，对比多种测量方案（如示波法与柯氏音法、PPG法与ECG法）的优缺点，确定最优的测量方案，确保测量精度和便捷性。硬件系统设计：完成主控模块、传感器模块（血压传感器、脉搏心率传感器）、信号调理模块、显示模块、按键模块、报警模块、电源模块及数据存储与传输模块的选型与电路设计，绘制电路原理图和PCB板，确保硬件系统的稳定性和可靠性。软件系统开发：基于KeilMDK开发环境，编写监测仪的软件程序，包括主程序、传感器数据采集程序、信号滤波与处理程序、参数计算程序、显示程序、报警程序及蓝牙数据传输程序，实现多参数同步监测、数据显示、异常报警、数据存储与传输等功能。系统测试与优化：搭建测试平台，对监测仪的测量精度、响应速度、续航能力、抗干扰能力等指标进行全面测试，分析测试结果，针对存在的问题进行优化调整，确保产品符合设计要求和相关标准。总结与展望：总结本次设计的成果，分析存在的不足，提出未来的改进方向，为产品的进一步优化和推广提供参考。1.4.2研究方法本文采用的研究方法主要包括以下几种：文献研究法：通过查阅国内外相关文献、期刊、专利，了解便携式家用血压、脉搏及心率监测仪的研究现状、核心技术和发展趋势，借鉴先进的设计理念和技术方案，为本次设计提供理论支撑。方案对比法：对比不同的测量原理（示波法、柯氏音法、PPG法）和硬件选型方案，分析各方案的优缺点，结合设计目标和技术指标，确定最优的设计方案。硬件设计法：采用AltiumDesigner软件绘制电路原理图和PCB板，选择合适的元器件进行焊接和组装，搭建硬件测试平台，对硬件电路的稳定性和可靠性进行测试与调试。软件开发法：基于KeilMDK开发环境，采用C语言编写软件程序，采用模块化设计思想，将软件分为多个功能模块，分别进行编写、调试，最后整合为完整的软件系统，确保软件的可读性、可维护性和可扩展性。实验测试法：搭建测试平台，邀请不同年龄段、不同体质的测试者进行实验，对比本设计监测仪与专业医疗设备的测量结果，测试监测仪的测量精度、响应速度、续航能力等指标，根据测试结果进行优化调整。1.5研究难点与创新点1.5.1研究难点本次设计的研究难点主要包括以下几个方面：测量精度的提升：家用监测设备易受环境干扰（如温度、湿度、电磁干扰）、用户操作方式（如手臂位置、袖带松紧）等因素影响，如何优化测量算法，减少干扰，提升测量精度，是本次设计的核心难点。多参数同步监测的实现：血压、脉搏、心率的测量原理不同，信号特征存在差异，如何实现三者的同步采集、处理和计算，确保数据的同步性和准确性，是设计的重要难点。便携性与续航能力的平衡：便携式设备要求体积小巧、重量轻便，同时需要保证足够的续航能力，如何优化硬件电路设计、选择低功耗元器件，平衡便携性与续航能力，是设计的关键难点。抗干扰能力的提升：家用环境中存在多种电磁干扰（如手机、电视、路由器等），如何优化电路设计和软件算法，提升设备的抗干扰能力，确保测量数据的稳定性，是设计的重要挑战。1.5.2研究创新点本次设计的创新点主要包括以下几个方面：采用双测量技术融合方案：结合示波法和PPG技术，实现血压、脉搏、心率的同步监测，示波法用于精准测量血压，PPG技术用于实时监测脉搏和心率，两种技术互补，提升测量精度和可靠性，同时简化操作流程，实现一键多参数测量。优化信号处理算法：设计基于卡尔曼滤波与小波变换的复合滤波算法，有效去除环境干扰和生理噪声，提升信号的纯度；同时优化血压、脉搏、心率的计算算法，提高测量精度，确保测量误差符合国家相关标准。轻量化硬件设计：采用STM32F103单片机作为控制核心，选择微型、低功耗元器件，优化PCB板布局，实现设备的小型化、轻量化，便于携带；同时设计可充电锂电池供电方案，兼顾续航能力和便携性，一次充电可连续使用≥72小时。智能化功能集成：集成数据存储、异常报警、蓝牙数据传输等功能，支持存储≥100组历史数据，方便用户查看历史记录；当测量参数超出正常范围时，通过声音和灯光双重报警，及时提醒用户；支持蓝牙与手机APP联动，实现健康数据的实时上传、分析和分享，提升用户体验。1.6论文结构安排本文共分为7章，具体结构安排如下：第一章绪论：阐述研究背景、国内外研究现状、研究意义、研究内容与方法、研究难点与创新点，明确本文的研究思路和论文结构。第二章相关理论与技术基础：介绍血压、脉搏及心率的生理基础，深入分析示波法、PPG法等测量原理，阐述STM32单片机、传感器、信号调理等相关技术，为后续设计提供理论和技术支撑。第三章系统总体设计：明确设计目标与技术指标，设计系统总体架构（硬件架构和软件架构），确定测量方案和功能模块划分，绘制系统总体框图。第四章硬件系统设计：详细介绍各硬件模块的选型与电路设计，包括主控模块、传感器模块、信号调理模块、显示模块、按键模块、报警模块、电源模块及数据存储与传输模块，绘制电路原理图和PCB板。第五章软件系统设计：基于KeilMDK开发环境，编写软件程序，介绍各功能模块的软件设计思路和实现过程，包括主程序、数据采集程序、信号处理程序、参数计算程序、显示程序、报警程序及蓝牙传输程序，绘制程序流程图。第六章系统测试与优化：搭建测试平台，制定测试方案，对系统的测量精度、响应速度、续航能力、抗干扰能力等指标进行测试，分析测试结果，针对存在的问题进行优化调整，验证系统的可行性和可靠性。第七章总结与展望：总结本次设计的成果，分析存在的不足，提出未来的改进方向，对产品的推广前景进行展望。高性能：ARMCortex-M3内核，主频72MHz，运算速度快，能够快速处理传感器采集的信号和复杂的算法。低功耗：支持睡眠模式、停机模式和待机模式，能够有效降低设备功耗，延长续航时间，适用于便携式设备。丰富的外设：集成12位ADC（模数转换器），能够实现模拟信号到数字信号的转换；集成UART、I2C、SPI等通信接口，便于与传感器、显示模块、蓝牙模块等外设通信；集成GPIO口，可用于按键输入、报警输出等。低成本、小体积：采用LQFP48封装，体积小巧，成本低廉，适合批量生产，能够满足家用设备的性价比需求。本次设计中，STM32F103C8T6单片机主要负责控制传感器的采集、信号的处理与计算、显示模块的显示、按键的响应、报警模块的触发、数据的存储与传输等功能，是整个监测仪的核心控制单元。2.3.2传感器技术传感器是监测仪的核心部件，负责采集血压、脉搏、心率的生理信号，其性能直接影响测量精度和系统稳定性。本次设计选用的传感器主要包括血压传感器和PPG脉搏心率传感器。（1）血压传感器：选用MPX5010DP压力传感器，该传感器是一种低成本、高精度的压阻式压力传感器，测量范围为0~100kPa（对应0~750mmHg），能够满足家用血压测量的范围需求；输出电压与压力呈线性关系，灵敏度高，响应速度快，适合用于示波法血压测量；采用DIP封装，便于焊接和安装，且功耗低，适用于便携式设备。MPX5010DP传感器的输出信号为模拟信号，需要通过ADC模块转换为数字信号，再由单片机进行处理。（2）PPG脉搏心率传感器：选用NJL5303R反射式光电传感器，该传感器集成了红外发光二极管（LED）和光电三极管，采用反射式测量方式，可佩戴在手腕、指尖等部位，无需穿透人体组织，使用方便；测量范围为30~240次/分钟，能够满足不同人群的脉搏心率测量需求；输出信号为模拟信号，灵敏度高，抗干扰能力较强，适合家用监测场景。NJL5303R传感器通过发射红外光，接收人体组织反射的光信号，转化为PPG信号，再经过信号调理和ADC转换，由单片机进行处理和计算。2.3.3信号调理技术传感器采集的生理信号通常比较微弱，且含有大量的干扰信号（如工频干扰、环境噪声、生理噪声等），无法直接被单片机处理，因此需要通过信号调理模块对信号进行放大、滤波等处理，提升信号的纯度和幅值，满足ADC转换和单片机处理的需求。信号调理模块主要包括放大电路和滤波电路：（1）放大电路：选用INA128仪表放大器，该放大器具有高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声、低漂移等优点，能够有效放大传感器采集的微弱信号，同时抑制共模干扰。INA128仪表放大器的放大倍数可通过外接电阻调节，本次设计中将放大倍数调节为1000倍，将传感器输出的mV级信号放大至V级信号，适配ADC模块的输入范围（0~3.3V）。（2）滤波电路：采用低通滤波和高通滤波相结合的方式，去除信号中的干扰成分。低通滤波电路用于去除高频干扰（如工频干扰、环境噪声），截止频率设为10Hz；高通滤波电路用于去除低频漂移（如传感器零点漂移、人体呼吸干扰），截止频率设为0.5Hz。通过滤波电路处理后，能够有效保留生理信号的有效成分，去除干扰信号，提升测量精度。本次设计中，硬件端采用0.5Hz高通滤波器去除袖带充放气的基线漂移，软件端通过数字带通滤波器（0.3~40Hz）保留脉搏波成分，进一步提升信号纯度。2.3.4模数转换技术传感器采集的生理信号为模拟信号，而单片机只能处理数字信号，因此需要通过模数转换器（ADC）将模拟信号转换为数字信号。本次设计利用STM32F103C8T6单片机内置的12位ADC模块，实现模拟信号到数字信号的转换。STM32F103C8T6单片机的ADC模块具有以下特点：12位分辨率，转换精度高，能够满足生理信号的测量需求；支持多通道采集，可同时采集血压传感器和PPG传感器的信号，实现多参数同步监测；转换速度快，最大转换速度可达1MHz，能够实时采集生理信号；支持软件触发和硬件触发，可根据需求灵活设置转换触发方式。本次设计中，ADC模块采用软件触发方式，采样频率设为100Hz，对血压传感器和PPG传感器的信号进行同步采集，将采集到的模拟信号转换为数字信号后，传输至单片机的CPU进行处理和计算。2.3.5蓝牙通信技术为实现健康数据的智能化管理，本次设计集成蓝牙通信模块，支持监测仪与手机APP的联动，实现数据的实时上传、分析和分享。选用HC-05蓝牙模块，该模块基于蓝牙2.0协议，通信距离可达10米，支持UART串口通信，与STM32单片机的UART接口连接，能够快速实现数据传输。HC-05蓝牙模块的主要特点：操作简单，支持AT指令配置，可灵活设置蓝牙名称、波特率、配对密码等参数；功耗低，适合便携式设备，不会显著影响设备的续航能力；兼容性强，可与手机、平板等智能设备实现稳定连接，支持数据的双向传输。本次设计中，蓝牙模块主要负责将单片机处理后的血压、脉搏、心率数据实时上传至手机APP，同时接收手机APP发送的控制指令（如数据查询、参数设置等），实现监测仪与智能设备的联动，提升用户体验。2.3.6显示技术显示模块用于实时显示测量的血压、脉搏、心率数据，以及设备的工作状态，方便用户查看。本次设计选用OLED显示模块，型号为0.96英寸OLED屏，分辨率为128×64，采用I2C通信接口，与STM32单片机的I2C接口连接，具有体积小、功耗低、亮度高、对比度高、响应速度快等优点，适合便携式设备。OLED显示模块的主要特点：体积小，重量轻，便于集成到便携式设备中；功耗低，无需背光，能够有效降低设备功耗，延长续航时间；亮度高，对比度高，在不同环境下都能清晰显示数据；响应速度快，能够实时显示测量数据，无延迟。本次设计中，OLED显示模块主要显示测量的收缩压、舒张压、脉搏、心率数据，以及设备的工作状态（如测量中、测量完成、异常报警等），同时支持历史数据查询，方便用户查看过往的测量记录。第三章系统总体设计3.1设计目标与技术指标3.1.1设计目标本次设计的便携式家用血压、脉搏及心率监测仪，以“精准、便捷、易用、便携”为核心目标，旨在研发一款能够满足家庭各类人群日常健康监测需求的设备，具体设计目标如下：实现血压、脉搏、心率的同步、精准监测，测量数据准确可靠，符合国家相关标准。设备体积小巧、重量轻便，便于携带，适合居家、外出等多种场景使用。操作简单易懂，支持一键测量，无需专业人员指导，老年人也能轻松操作。集成数据存储、异常报警、蓝牙数据传输等功能，实现健康数据的智能化管理。续航能力强，一次充电可连续使用较长时间，降低用户的充电频率。成本低廉，性价比高，能够广泛普及到普通家庭。3.1.2技术指标结合设计目标和国家相关标准（YY0670-2008《无创自动测量血压计》、GB/T14710-2009《医用电气设备环境要求及试验》），确定本次设计的核心技术指标如下：血压测量指标：

测量范围：0~299mmHg；测量精度：≤±3mmHg；分辨率：1mmHg；测量时间：≤60秒。脉搏与心率测量指标：

测量范围：30~240次/分钟；测量精度：≤±2次/分钟；分辨率：1次/分钟；响应时间：≤3秒。设备参数：

体积：≤80mm×50mm×20mm；重量：≤50g（不含袖带）；供电方式：3.7V可充电锂电池（容量≥500mAh）；续航时间：连续测量≥72小时，待机≥30天；工作环境：温度0~40℃，湿度10%~90%（无冷凝）；存储容量：≥100组历史测量数据。功能指标：

一键测量：支持血压、脉搏、心率同步测量；数据显示：OLED屏实时显示测量数据和工作状态；异常报警：当测量参数超出正常范围时，声音+灯光双重报警；数据存储：自动存储测量数据，支持历史数据查询；蓝牙传输：支持蓝牙与手机APP联动，实现数据上传、分析和分享；低电量提示：当电池电量低于10%时，提示用户充电。3.2系统总体架构设计本次设计的便携式家用血压、脉搏及心率监测仪，系统总体架构分为硬件系统和软件系统两部分，硬件系统负责信号采集、信号调理、数据传输和显示等功能，软件系统负责数据处理、参数计算、功能控制等功能，两者协同工作，实现多参数同步监测。3.2.1硬件系统架构硬件系统以STM32F103C8T6单片机为控制核心，主要包括以下功能模块：主控模块、传感器模块、信号调理模块、显示模块、按键模块、报警模块、电源模块、数据存储模块及蓝牙通信模块。硬件系统总体框图如图3-1所示（此处省略图片，论文中可插入对应框图）。各模块的功能如下：主控模块：以STM32F103C8T6单片机为核心，负责控制各模块的工作，处理传感器采集的信号，计算血压、脉搏、心率参数，控制显示、报警、数据存储和传输等功能。传感器模块：包括血压传感器（MPX5010DP）和PPG脉搏心率传感器（NJL5303R），负责采集人体的血压信号和PPG信号，为后续信号处理和参数计算提供原始数据。信号调理模块：包括放大电路和滤波电路，负责对传感器采集的微弱信号进行放大、滤波处理，去除干扰信号，提升信号纯度，满足ADC转换和单片机处理的需求。显示模块：采用0.96英寸OLED屏，负责实时显示测量的血压、脉搏、心率数据，以及设备的工作状态，方便用户查看。按键模块：包括测量键、查询键、设置键和确认键，负责接收用户的操作指令，实现一键测量、历史数据查询、参数设置等功能。报警模块：包括蜂鸣器和LED指示灯，当测量参数超出正常范围时，蜂鸣器发出报警声，LED指示灯闪烁，及时提醒用户。电源模块：包括锂电池、充电电路和稳压电路，负责为整个硬件系统提供稳定的电源，支持充电功能，确保设备的正常工作。数据存储模块：采用EEPROM芯片（AT24C02），负责存储测量数据和设备参数，支持掉电数据保存，方便用户查询历史数据。蓝牙通信模块：采用HC-05蓝牙模块，负责实现监测仪与手机APP的联动，实现数据的实时上传、分析和分享。3.2.2软件系统架构软件系统基于KeilMDK开发环境，采用C语言编写，采用模块化设计思想，将软件分为多个功能模块，每个模块负责特定的功能，便于编写、调试和维护。软件系统总体框图如图3-2所示（此处省略图片，论文中可插入对应框图）。各软件模块的功能如下：主程序模块：负责初始化各模块（ADC、I2C、UART等），处理用户操作指令，调度各功能模块的工作，实现系统的整体控制。数据采集模块：负责控制传感器采集血压信号和PPG信号，通过ADC模块将模拟信号转换为数字信号，传输至数据处理模块。信号处理模块：负责对采集到的数字信号进行滤波、去噪等处理，去除干扰信号，提取有效信号特征，为参数计算提供支撑。参数计算模块：负责根据处理后的信号，采用示波法算法计算血压（收缩压、舒张压），采用PPG信号分析算法计算脉搏和心率，确保测量参数的准确性。显示模块：负责控制OLED屏显示测量数据、工作状态和操作提示，实现数据的实时显示和历史数据查询。按键处理模块：负责检测用户的按键操作，解析按键指令，并触发相应的功能模块（如测量、查询、设置等）。报警模块：负责判断测量参数是否超出正常范围，若超出范围，触发蜂鸣器和LED指示灯报警，同时显示报警提示。数据存储模块：负责将测量数据和设备参数存储到EEPROM芯片中，支持数据的读取、写入和删除，实现历史数据的保存和查询。蓝牙传输模块：负责控制HC-05蓝牙模块与手机APP建立连接，实现测量数据的实时上传和手机APP指令的接收，实现数据的智能化管理。3.3测量方案确定结合设计目标和技术指标，对比多种测量方案的优缺点，确定本次设计的测量方案如下：血压测量方案：采用示波法，选用MPX5010DP压力传感器采集袖带内的压力波动信号，经过信号调理和ADC转换，由STM32单片机采用优化的示波法算法计算收缩压和舒张压。示波法具有操作简单、抗干扰能力强、无需专业人员等优点，适合家用便携式设备，同时通过优化算法，提升测量精度，确保符合国家相关标准。脉搏与心率测量方案：采用PPG法，选用NJL5303R反射式光电传感器采集PPG信号，经过信号调理和ADC转换，由STM32单片机采用PPG信号分析算法计算脉搏和心率。PPG法具有无创、便捷、操作简单等优点，可实现脉搏和心率的同步监测，且传感器体积小，便于集成到便携式设备中。多参数同步监测方案：通过STM32单片机的多通道ADC模块，同步采集血压传感器和PPG传感器的信号，经过信号处理和参数计算，实现血压、脉搏、心率的同步测量，测量完成后，同步显示测量数据，提升用户体验。此外，为提升测量精度，采用卡尔曼滤波与小波变换的复合滤波算法，去除信号中的干扰成分；优化血压、脉搏、心率的计算算法，减少测量误差；同时设计袖带适配方案，提供22-42cm全尺寸袖带，针对肥胖人群（臂围＞32cm）补充验证数据，避免袖带适配不当导致的测量误差。3.4系统工作流程本次设计的便携式家用血压、脉搏及心率监测仪，工作流程如下：系统初始化：设备开机后，STM32单片机对各模块（ADC、I2C、UART、OLED等）进行初始化，检测各模块是否正常工作，若出现异常，OLED屏显示故障提示，蜂鸣器报警；若正常，OLED屏显示待机界面，等待用户操作。用户操作：用户按下测量键，设备进入测量状态，OLED屏显示“测量中”提示，同时控制血压袖带开始加