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
     }
 }