基于51单片机智能手环脉搏心率检测GSM短信报警-EW帮帮网

1 系统功能介绍

本系统是一款基于 STC89C52 单片机 的智能手环脉搏与心率检测装置，并配备 GSM 短信报警功能。通过集成 DS1302 实时时钟模块、心率传感器、SIM800 GSM 模块、LCD1602 液晶显示屏 和 按键输入，该手环能够实现时间显示、心率实时监控及异常心率报警等功能。

系统可佩戴在手腕上，实时监测佩戴者的脉搏和心率数据。当检测到心率超过 120 次/分钟的危险阈值时，系统将自动通过 GSM 模块向预设的手机号码发送报警短信（内容为 “Help me!”），并且为了避免短时间重复报警，短信触发设定有 20 秒的间隔机制。

主要功能特点如下：

时间与心率双显示：
- 液晶显示屏第一行显示当前时间；
- 第二行显示实时脉搏/心率数据。
时间设置功能：
- 通过按键修改时间；
- 支持整点和半点快速调整。
心率监控开关：
- 用户可通过按键切换心率监控功能的开关；
- 液晶显示当前监控状态。
GSM 短信报警：
- 当心率监控开启且检测值超过 120 次/分钟时，SIM800 GSM 模块向绑定号码发送报警短信“Help me!”；
- 每次触发后，需等待 20 秒方可再次发送。

2 系统电路设计

2.1 单片机最小系统

系统的核心控制器为 STC89C52 单片机，其具备丰富的 I/O 口和稳定的处理能力，适用于多模块协作场景。

晶振电路：使用 12MHz 晶振，为单片机提供稳定的工作时钟。
复位电路：由电容、电阻和复位按键构成，上电时自动复位，用户可手动复位。
电源电路：提供稳定的 +5V 直流电压，部分外设如 SIM800 通过降压电路获得 +4V 电源。

2.2 实时时钟模块 DS1302

DS1302 是一款低功耗实时时钟芯片，内置秒、分、时、日、月、年计时单元，并带有闰年补偿功能。

接口方式：串行通信（3 线制），占用单片机 3 个 I/O 口。
优点：掉电后依靠备用电池保持时间数据不丢失。
作用：为 LCD 提供时间显示数据，并可通过按键对时间进行整点或半点的调整。

2.3 心率传感器

心率传感器负责检测佩戴者脉搏信号，并计算心率值。

原理：通过光电容积脉搏波（PPG）技术测量血流变化，将信号转换为电信号输出。
接口：可输出模拟信号，经过单片机内部定时与脉冲计数计算 BPM（每分钟心跳数）。
应用：在心率监控开启的情况下，实时采集并计算心率值，与设定阈值进行比较。

2.4 GSM 模块 SIM800

SIM800 GSM 模块用于发送报警短信。

接口：UART 串口，与单片机 TXD/RXD 相连，波特率一般设定为 9600bps。
控制方式：使用 AT 指令进行短信发送控制。
应用逻辑：当心率超过 120 BPM 时，模块向设定手机号码发送“Help me!”短信。

2.5 LCD1602 液晶显示模块

LCD1602 显示屏分为两行：

第一行：显示当前时间（格式：HH:MM:SS）；
第二行：显示心率值（单位 BPM）和监控状态。
接口：8 位并行数据总线，或通过 4 位模式节省单片机 I/O 口。

2.6 按键模块

系统设计多个按键，分为：

时间调整键：用于修改小时、分钟，支持整点与半点跳变。
模式切换键：开启或关闭心率监控功能。
按键采用下拉电阻方式，按下时输出低电平，单片机检测按键状态后执行对应功能。

2.7 电源系统

手环由锂电池供电，并通过 DC-DC 转换提供稳定的 5V 和 4V 电源。

单片机、LCD、DS1302 使用 5V 供电；
SIM800 使用 4V 供电，防止过压损坏模块。

3 程序设计

3.1 主程序框架

系统采用循环扫描方式，主程序不断调用时间读取、心率采集、按键检测、LCD 刷新和 GSM 短信报警等功能函数。

#include <reg52.h>
#include "ds1302.h"
#include "lcd1602.h"
#include "heartrate.h"
#include "gsm.h"
#include "key.h"

unsigned int heartRate = 0;
bit monitorOn = 0; 
unsigned long lastSmsTime = 0;

void main()
{
    LCD_Init();
    DS1302_Init();
    GSM_Init();
    Key_Init();
    Timer_Init();
    
    while(1)
    {
        Display_Time();      
        Display_HeartRate(heartRate, monitorOn);
        Key_Scan();
        
        if(monitorOn)
        {
            heartRate = HeartRate_Read();
            if(heartRate > 120 && (GetSysTime() - lastSmsTime > 20000))
            {
                GSM_SendSMS("Help me!");
                lastSmsTime = GetSysTime();
            }
        }
    }
}

3.2 时间显示与设置模块

void Display_Time(void)
{
    Time t = DS1302_ReadTime();
    LCD_SetCursor(0,0);
    LCD_Printf("%02d:%02d:%02d", t.hour, t.min, t.sec);
}

void Set_Time_Hour(void)
{
    // 按键触发，整点或半点调整
}

逻辑：实时读取 DS1302 时间 → 显示到 LCD 第一行 → 按键可修改整点或半点时间。

3.3 心率采集与计算模块

unsigned int HeartRate_Read(void)
{
    // 读取传感器输出脉冲，计算一分钟心率
    return bpm;
}

通过定时器计数脉冲数并换算为 BPM（beats per minute），结果显示在 LCD 第二行。

3.4 GSM 短信报警模块

void GSM_SendSMS(char *text)
{
    GSM_SendCmd("AT\r");
    GSM_SendCmd("AT+CMGF=1\r");
    GSM_SendCmd("AT+CMGS=\"+8613800000000\"\r");
    GSM_SendText(text);
    GSM_SendCtrlZ();
}

流程：发送 AT 指令设置短信模式 → 输入短信内容 → 发送控制字符 0x1A（Ctrl+Z）发送。

3.5 按键扫描与功能切换模块

void Key_Scan(void)
{
    if(Key_Pressed(KEY_MODE))
    {
        monitorOn = !monitorOn;
    }
    if(Key_Pressed(KEY_TIME))
    {
        Set_Time_Hour();
    }
}

模式键：切换心率监控开关；
时间键：修改 DS1302 时间。

4 总结

本设计基于 STC89C52 单片机，将时间显示、心率检测与 GSM 短信报警集成在一个便携式智能手环中。通过 DS1302 提供稳定的时间显示功能，心率传感器实现实时脉搏采集，SIM800 模块完成紧急短信发送。系统支持按键调整时间与监控模式，报警逻辑简洁高效，并通过设定触发间隔避免短信轰炸。

该系统可广泛应用于老人、心脏病患者的日常健康监测，也可用于运动员的心率防护监控。未来可在此基础上加入蓝牙传输、GPS 定位等功能，实现更全面的健康与安全管理。

基于51单片机智能手环脉搏心率检测GSM短信报警