本文档探讨了以STM32微控制器为核心构建的数据采集系统的软硬件设计。通过优化配置和编程实现高效数据处理与传输，适用于工业及科研领域。
在心率检测过程中，通常需要通过液晶屏观察数据，并借助绘图仪输出波形以供进一步分析。基于此需求，原计划设计一个具备波形显示与图像文件生成功能的数据采集系统。但由于时间限制，决定将其分阶段实施：先实现具有波形显示功能的初步版本；随后再将图像文件生成功能加入进来。
该设计方案的核心是NUCLEO_F411RE板上的STM32F411微控制器，利用其内部模数转换器（ADC）采集外部模拟信号，并通过TFT液晶屏实时展示数据和波形。为便于直观分析，将采集的数据绘制成波形图显示在屏幕上。
为了验证设计功能的有效性，配置了光电反射式心率传感器来获取实际的心率信号并进行测试。结果显示该系统能够成功实现对心率模拟信号的采样、模数转换及数字量形式下的处理，并以数据和波形两种方式实时输出到液晶屏上显示。
此外，在外接RS232串行通信模块的情况下，可以将采集的数据上传至PC端进行更深入的分析和处理。未来计划加入基于文件系统的图像生成功能，进一步提升系统功能性和实用性。
关键词：STM32F411、数据采集、波形图、图像文件生成
### 基于STM32单片机的心率监测数据采集系统详解
#### 一、概述与设计背景
本项目以**STM32F411微控制器为核心**，旨在开发一个能够实时采集并显示心率信号的数据采集系统。鉴于实际需求，在进行心率检测时通常需要通过液晶屏观察数据，并借助绘图设备生成波形供进一步分析使用。
由于资源和时间的限制，决定将此项目分阶段实施：首先实现具备波形显示功能的基础版本；后续再加入图像文件生成功能以完善系统设计。
#### 二、关键技术与组件
- **STM32F411**: 高性能微控制器，集成ADC用于采集模拟信号；
- **TFT液晶屏**: 实时展示数据和波形图；
- **光电反射式心率传感器**: 提供原始的心率信号，并经由模数转换后被处理器处理。
- **RS232串行通信模块**: 通过此接口上传数据至PC端进行更深入的分析。
#### 三、系统设计方案
##### 3.1 系统架构
该设计包括：
- 核心控制：STM32F411负责整个系统的运行；
- 数据采集：光电反射式心率传感器和ADC模块，用于将模拟信号转换为数字信号；
- 数据显示：TFT液晶屏实时展示数据及波形图；
- 通信接口：RS232串行通信连接PC端。
##### 3.2 关键技术实现
1. **模数转换**：使用STM32F411内置的ADC对心率传感器输出信号进行采样。
2. **数据处理**: 在微控制器内部完成初步的数据分析，如滤波和计算脉搏值等操作。
3. **图形显示**: 将处理后的信息以直观的方式展示在TFT液晶屏上。
4. **串行通信**：通过RS232接口将采集到的数据传输至PC端进行进一步的分析。
#### 四、软件设计框架
##### 4.1 数据采集与分析流程
- 初始化：配置STM32F411及相关设备；
- 信号采集: 启动ADC连续采样；
- 数据处理: 对采样数据执行滤波和计算等操作；
- 数据显示: 将结果在TFT液晶屏上实时呈现出来;
- 数据上传: 若使用了RS232串行通信模块，则可通过此接口将信息发送至PC端。
##### 4.2 图像文件生成方案
未来计划增加SD卡存储支持，实现以下功能：
1. **数据保存**: 将采集的数据存储在SD卡上；
2. **图像生成**: 根据这些数据创建波形的图像文件（如BMP格式）。
3. **管理操作**: 提供查看、删除等对图像文件的操作。
#### 五、系统创新点
- 实时直观显示：通过TFT液晶屏实时展现心率变化情况；
- 灵活扩展性: 支持外接RS232串行通信模块，增强系统的灵活性和维护便利性。
- 图像保存功能: 计划后期增加图像文件生成功能。
#### 六、评测与结论
通过使用光电反射式心率传感器的实际信号进行测试后发现，该系统能够准确地采集并显示实时的心率数据及波形。这表明达到了初步的设计目标，并且随着未来加入的图像
5星
