简介：基于STM32设计的电子血压计完整项目包，面向嵌入式方向的学生与开发者，适用于课程设计、毕业设计、工程实训及学科竞赛等场景。资源已经过严格测试可直接运行，包含完整源码、工程文件及使用说明，可帮助快速复刻血压计功能并与实际硬件联调，也适合在此基础上扩展物联网或显示交互功能。压缩包内含161个文件，以C源文件、H头文件为主，辅以编译配置文件、链接脚本、Hex烧录文件等，整体仅2.21MB，结构清晰，便于查阅和移植。目前已有114人学习参考，作者具备丰富的单片机开发经验，如遇问题可在CSDN站内联系交流；对不熟悉PCB设计的小白，也可按引脚定义改用面包板、杜邦线与模块方式完成搭建，下载源码烧录后即可体验完整功能，是兼具学习价值与工程参考意义的嵌入式优质项目。
1. 很多毕设方案卡在“看不到脉搏波”这一步
拿到“基于STM32的电子血压计”这套工程文件，最容易踩的误区是先做界面、先调屏幕，最后才接压力传感器，然后发现采集到的数值忽大忽小，甚至根本测不出来。这不是传感器坏了，而是电子血压计本质上不是“测气压的工具”，它要在袖带放气过程中，从压力信号里剥离出一个很微弱的脉搏波动，再根据波动幅值的变化反推收缩压和舒张压。这个思路叫示波法，也是目前绝大多数电子血压计产品采用的方法。整套系统的技术分水岭不在 UI，而在 ADC 采样链路、脉搏波提取、包络判定和放气控制这几个环节。这篇文字就按这个顺序，把从传感器选型到标定验证的完整路径捋一遍，适合做毕设、课设、竞赛和实训项目的读者对照着实现。
2. 从示波法原理到 STM32 模拟前端选型
2.1 示波法的测量模型：先理解血压数值是怎么算出来的
先明确一个概念，示波法测得不是“某个时刻的气压值”，而是“袖带压变化过程中脉搏波振荡幅值的趋势”。袖带充气到高于收缩压后开始缓慢放气，此时压力传感器同时拾取两路信号：一路是袖带气压本身的直流分量，另一路是血管搏动传导到袖带气路里的微小压力波动。随着袖带压从高位逐渐下降，这个波动的幅值会经历一个“从小到大再变小”的过程，峰值位置对应平均压 MAP，收缩压出现在包络上升侧幅值约为峰值 0.5 倍的位置，舒张压出现在下降侧约为 0.8 倍的位置。
这个比值关系是示波法判定血压的关键参数，不同文献和不同厂商的取值略有差异。做毕设或课程设计时，通常先用 0.5 和 0.8 作为初始系数，再通过和标准血压计对比做整体修正。理解这个模型后，后面所有硬件选型、采样率设置和滤波算法都有了明确的依据，而不是盲目地“把 ADC 读数显示到屏幕上”。
用听诊法做血压计需要拾音头、声音识别和复杂的时频分析，在单片机上的实现成本明显更高。示波法只需要一路模拟压力输入，加上稳定的放气控制，就能在 STM32 上完整跑通，这也是它在电子竞赛和毕业设计里被反复选择的原因。
2.2 压力传感器选型：MPX5050GP 能省掉一级运放
压力传感器是模拟前端最核心的器件，它决定了脉搏波信号的信噪比。毕设项目里最常见的选型是飞思卡尔/恩智浦的 MPX5050GP，这个传感器内部已经集成了放大和温度补偿电路，输出是一个随绝对压力线性变化的模拟电压，不需要再外接仪表放大器，对 PCB 布板和调试都友好。
| 型号 | 量程 | 输出方式 | 供电电压 | 说明 |
|---|---|---|---|---|
| MPX5050GP | 0~50kPa | 模拟电压，约 0.2V~4.7V | 5V | 片内放大，带温度补偿，使用最普遍 |
| XGZP6847 | 可按需选择量程 | I2C 或模拟输出 | 3.3V / 5V | 国产传感器，采购渠道多，模拟版本更贴合本项目 |
| MS5525DSO | 绝压/差压 | I2C | 3.3V | 数字输出，省 AD 前端，但需要驱动协议栈 |
血压测量范围一般在 0~300mmHg，约 40kPa，对应 MPX5050GP 的输出电压在 0.2V 到 3.8V 之间。如果 STM32 的 ADC 参考电压是 3.3V，这个输出范围会超出量程，常见的处理方式是用两个电阻分压后再送入 ADC，或者选择 3.3V 供电的传感器版本。分压电路上要并联一个 100nF 电容做低通滤波，截止频率选在 1kHz 以上，避免滤掉有效的脉搏波分量。
2.3 气泵、电磁阀与驱动电路
电子血压计的气路系统由微型气泵和常闭型电磁阀组成。气泵负责给袖带充气，电磁阀负责在测量阶段受控放气，并在测量结束后快速泄压。这两个部件都是感性负载，启动电流通常有 300mA 到 500mA，不能用 GPIO 直接驱动。常见做法是各用一个 NPN 三极管或 N-MOS 管做低端驱动，并在电机或电磁阀两端反向并联一个续流二极管，防止关断瞬间的反向电动势干扰 ADC 采样。
| 部件 | STM32 引脚示例 | 驱动方式 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 气泵 | PA1 | NPN/NMOS 低端驱动，PWM 或开关控制 | 充气阶段直接开启，到位后关闭 |
| 电磁阀 | PA2 | NPN/NMOS，续流二极管必需 | 放气测量阶段用 PWM 控制开度 |
| 蜂鸣器 | PA3 | NPN 驱动 | 测量完成提示音 |
| 按键 | PB0 | 内部上拉，下降沿触发 | 控制测量开始 |
提示：如果手头有 GD32、APM32 这类国产兼容芯片，工程可以直接套用 STM32 的代码框架，但必须要重新核对 ADC 参考电压和定时器时钟频率，尤其是模拟外设的驱动配置。
2.4 供电与 PCB 布局的基本要求
气泵和电磁阀工作时会通过电源线把噪声耦合进模拟电路，这是很多工程“传感器读数乱跳”的根源。PCB 布局上要把泵的电源地单独走线，在电源入口处汇总，不要让泵的大电流流过压力传感器的模拟地。STM32 的 VREF+ 引脚附近要放 100nF 和 10µF 去耦电容，模拟供电串联一个 10µH 电感和 10µF 电容做 LC 滤波。如果用的是 5V 传感器加 3.3V MCU 的方案，电平转换电阻要靠近 ADC 引脚放置，走线尽量短，减少天线效应。这一层做好，后期算法调试会顺利得多。
3. 基于 STM32 定时器触发 ADC 和 DMA 的 200Hz 采样链路
3.1 为什么采样率要定在 200Hz
脉搏波的主要能量集中在 0.8Hz 到 3Hz，心率 180 次/分时也才 3Hz。理论上 20Hz 采样就够，但实际做包络峰值检测时，每个心跳周期至少要采到 30~50 个点，否则峰值幅度容易被漏掉，所以在示波法血压计里常用 200Hz 作为采样率，也就是 5ms 一个点。这个值对 F103 这类主频 72MHz 的芯片来说没有任何压力，同时还能满足 1.5Hz 脉搏波信号 10 倍以上的过采样要求。
采样方式不能在主循环里用HAL_ADC_GetValue轮询，因为血压计运行期间还同时要做放气控制、LCD 刷新和串口输出，轮询会让采样间隔抖动，导致脉搏波的幅度不稳定。正确做法是：定时器产生 200Hz 的触发信号给 ADC，ADC 转换完成后由 DMA 自动把结果搬到内存，CPU 只消费数据，只在对齐好的缓冲区里取数。
3.2 CubeMX 配置与 ADC DMA 初始化代码
先看定时器配置，在 STM32CubeMX 里把 TIM6 的时钟源选为内部时钟，预分频值设为 7199，自动重载值设为 49，就能从 72MHz 得到 200Hz 触发频率。对应 HAL 代码如下：
static void MX_TIM6_Init(void) { TIM_HandleTypeDef htim6; htim6.Instance = TIM6; htim6.Init.Prescaler = 7200 - 1; /* 72MHz / 7200 = 10kHz */ htim6.Init.Period = 50 - 1; /* 10kHz / 50 = 200Hz */ HAL_TIM_Base_Init(&htim6); /* 把 TIM6 更新事件作为内部触发输出 */ TIM_MasterConfigTypeDef master_config = {0}; master_config.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_UPDATE; HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim6, &master_config); }逻辑说明：预分频器把 72MHz 降成 10kHz，计数器再从 0 数到 49，每 50 个计数周期输出一次更新事件，最终得到 200Hz 的 TRGO 触发信号。MasterOutputTrigger这行不能省，它是把定时器更新事件引到内部触发总线上的关键。
接下来初始化 ADC 为外部触发模式：
static void MX_ADC1_Init(void) { ADC_HandleTypeDef hadc1; hadc1.Instance = ADC1; hadc1.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV4; hadc1.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B; hadc1.Init.ScanConvMode = DISABLE; /* 单通道模式 */ hadc1.Init.ContinuousConvMode = DISABLE; /* 必须由定时器触发 */ hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE; hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_EXTERNALTRIGCONV_T6_TRGO; hadc1.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_RISING; hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT; HAL_ADC_Init(&hadc1); }逻辑说明：ContinuousConvMode设为 DISABLE，是为了让每次转换都由 TIM6 触发，保证采样间隔严格一致。ScanConvMode在只采一路压力信号时关闭，如果还要同时采袖带温度或电池电压，则开启并配置通道序列。
启动采集的代码放在主程序里，两句话就能跑起来：
static uint16_t adc_buf[256]; HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t *)adc_buf, 256); HAL_TIM_Base_Start(&htim6);这里 DMA 工作在循环模式，256 个缓冲区对应 1.28 秒的数据量，足够算法在后台消费。DMA 中断被使能后，每采满 128 个点触发一次半传输中断，每 256 个点触发一次完整传输中断，CPU 在这两个中断中交替取数，避免读到半个缓冲区时数据被覆盖。如果发现采样率不对或有丢点，优先检查 TIM6 的时钟源是否挂在 APB1 总线上，以及 DMA 的循环模式是否配置成功。
3.3 双缓冲处理：不让算法阻塞采集
ADC 通道只有一路时，用循环 DMA 加半传输中断就足够了。两个中断回调里各处理一半数据，逻辑简单可靠：
void HAL_ADC_ConvHalfCpltCallback(ADC_HandleTypeDef *hadc) { if (hadc->Instance == ADC1) { process_sample_block(&adc_buf[0], 128); } } void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef *hadc) { if (hadc->Instance == ADC1) { process_sample_block(&adc_buf[128], 128); } }说明：process_sample_block内部不应做 LCD 绘制、延时这类耗时操作，只负责把原始 ADC 值存到环形队列并做轻量级滤波。显示、状态机、串口输出都在主循环里执行，用标志位通知主循环“有新数据可读”。这个框架就是 STM32 里典型的 DMA+ADC 双缓冲用法，把它跑稳定，后面加滤波算法、包络检测时不用再回头改采集层。
4. 示波法核心算法：从原始信号到脉搏波包络
4.1 信号分离：从 ADC 原始值中抽出脉搏波
压力传感器输出到 ADC 的数值，可以理解成一个缓慢下降的大斜坡叠加上微小的脉搏波动。斜坡的幅值占 80% 以上，脉搏波动可能只有 ADC 满量程的 1% 到 3%。如果直接拿原始数据做峰值检测，会因为斜坡主导而找不到真正的峰值。所以第一步是去掉直流分量，常见做法是一阶高通滤波器：
#define HP_ALPHA 0.97f static int32_t dc_estimate = 0; int32_t highpass_pulse_wave(int32_t raw_adc) { dc_estimate = (int32_t)(HP_ALPHA * dc_estimate + (1.0f - HP_ALPHA) * raw_adc); return raw_adc - dc_estimate; }参数说明：HP_ALPHA越大，截止频率越低，但响应越慢。200Hz 采样率下取 0.97 时，截止频率约为 1Hz，能滤掉放气过程造成的直流漂移，同时保留 1Hz 以上的脉搏能量。如果觉得脉搏波幅度偏小，可以尝试 0.95；如果发现基线还在缓慢漂移，则调到 0.98 后重新观察波形。
4.2 峰值检测：记录每个心跳对应的袖带压和搏动幅度
高通后的信号是一串正负交替的搏动波形，每个心动周期会有一个明显正峰。峰值检测的规则要包含三个条件：当前点比前后各 8 个点都大，相邻两个峰的间隔不小于 400ms，峰幅值大于噪声底限的 3 倍。满足这三个条件后，把这一拍对应的袖带压和峰值幅度存入包络数组：
typedef struct { uint16_t cuff_pressure; /* 袖带压，单位 0.1 mmHg */ uint16_t pulse_amp; /* 脉搏波幅值，单位 LSB */ } envelope_point_t; #define MAX_ENVELOPE_POINTS 200 static envelope_point_t envelope[MAX_ENVELOPE_POINTS]; static uint16_t envelope_count = 0; void detect_peak(int32_t current, int32_t prev_value, uint32_t time_ms) { static uint32_t last_peak_time = 0; static uint32_t peak_index = 0; if (current > prev_value) { peak_index = current; return; } if (time_ms - last_peak_time > 400 && peak_index > noise_floor * 3) { envelope[envelope_count].pulse_amp = peak_index; envelope[envelope_count].cuff_pressure = current_cuff_pressure; envelope_count++; last_peak_time = time_ms; } }这段代码的逻辑是：先等待信号上升到局部最高点，在信号开始回落的那个采样点判定为一个峰值。400ms的最小间隔把心率上限限制在 150 次/分，避免把放气过程中的机械振动当作脉搏。若受测者心率偏快，可以把间隔缩短到 330ms，换算下来是 180 次/分的上限。
4.3 比值法和线性插值：计算 SYS、MAP、DIA
包络数组建立后，血压计算就变成在一维曲线上找三个特殊位置。先找幅值最大点，该点压力就是平均压 MAP。然后从最大值向左找第一个小于等于 0.5 倍峰值的点，右侧找第一个小于等于 0.8 倍峰值的点。由于采样点之间的压力并不是连续变化的，通常还要在两个相邻点之间做一次线性插值，得到更精确的收缩压和舒张压。
把采集到的一组(pressure, amp)数据存成 CSV 后在 PC 端验证算法，是调参最高效的方式。下面这个 Python 脚本可以直接离线运行，用来验证比值法逻辑是否有误：
def calc_blood_pressure(pts, k_sys=0.5, k_dia=0.8): pressures = [p[0] for p in pts] amps = [p[1] for p in pts] imax = max(range(len(amps)), key=lambda i: amps[i]) amax = amps[imax] # 从峰值向左找收缩压阈值穿越点 for i in range(imax, 0, -1): if amps[i] <= k_sys * amax: p0, a0 = pressures[i - 1], amps[i - 1] p1, a1 = pressures[i], amps[i] sys = p0 + (p1 - p0) * (a0 - k_sys * amax) / (a0 - a1) break # 从峰值向右找舒张压阈值穿越点 for i in range(imax, len(amps) - 1): if amps[i + 1] <= k_dia * amax: p0, a0 = pressures[i], amps[i] p1, a1 = pressures[i + 1], amps[i + 1] dia = p0 + (p1 - p0) * (a0 - k_dia * amax) / (a0 - a1) break return sys, pressures[imax], dia说明：循环中pressures使用 0.1mmHg 为单位，这样整个计算过程只用整数和浮点结合，不会出现单位混淆。实际移植到 C 代码时，要注意a0和a1都不为 0，避免浮点除零。
4.4 包络不平滑时的调试方向
如果包络曲线上出现多个峰值，或者阈值穿越点不止一个，首先要检查放气速度是否稳定。放气速度波动大，会导致同一个心率周期在包络上形成不同的展宽，这时候的解决办法是先把电磁阀 PWM 稳速做好，再回头调标定系数。如果包络的上升侧比下降侧陡很多，可能是袖带绑得太紧或太松，标准做法是袖带下缘距肘窝 2~3cm，松紧度以能伸进一根手指为宜。
5. 测量状态机与放气速度闭环：STM32 控制代码实例
5.1 测量流程的状态划分
电子血压计的控制逻辑不能简单写成“按键后充气，然后一直放气”。整个测量过程至少要划分为 5 个状态，每个状态有明确的进入条件和退出条件。
| 状态 | 进入条件 | 状态内动作 | 退出条件 |
|---|---|---|---|
| IDLE | 系统上电或测量完成 | 关闭气泵，关闭电磁阀，等待按键 | 按键按下 |
| INFLATE | 按键触发 | 打开气泵，采集压力 | 袖带压 >= 180mmHg |
| DEFLATE_MEASURE | 充气到位 | PWM 控制电磁阀放气，采样脉搏波 | 袖带压 < 40mmHg |
| RESULT | 放气结束 | 计算并显示血压值，蜂鸣器提示 | 按键确认或超时 |
| EXHALE | RESULT 超时或手动触发 | 电磁阀全开，快速泄压 | 袖带压 <= 2mmHg |
充气目标值设为 180mmHg 是一个通用值，适合成年人。如果要做成支持儿童测量的版本，这个目标值可以在设置菜单里调整。测量中若发现袖带压超过 200mmHg 还在继续上升，必须立刻判断为气路故障，停止充气并快速泄压，这是一个安全保护点。
5.2 放气速度闭环：用 PWM 控制电磁阀开度
放气速度直接决定包络曲线的质量。放气太慢会延长测量时间，用户手臂被压迫时间过长；放气太快又会让每个心跳内压力变化过大，包络幅值测量不准。常见的目标放气速度是 3mmHg/s，允许范围 2~4mmHg/s。电磁阀是比例特性器件，但 PWM 控制的线性区比较窄，所以要用一个简单的闭环来微调占空比：
#define TARGET_SPEED 3.0f /* 目标放气速度，mmHg/s */ #define CONTROL_PERIOD 100 /* 控制周期 100ms */ static uint32_t duty = 40; /* 初始占空比 40% */ static float pressure_prev = 0.0f; void valve_speed_control(float pressure_now) { float speed = (pressure_now - pressure_prev) / 0.1f; /* mmHg/s */ float error = speed + TARGET_SPEED; /* speed 是负值 */ if (error > 0.3f) { duty -= 6; /* 放气慢了，开大电磁阀 */ } else if (error < -0.3f) { duty += 6; /* 放气快了，关小电磁阀 */ } if (duty < 20) duty = 20; /* 低于 20% 电磁阀可能打不开 */ if (duty > 80) duty = 80; /* 高于 80% 放气过快，限制上限 */ __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, duty); pressure_prev = pressure_now; }逻辑说明：pressure_now从 ADC 原始值转换为 mmHg 后传入，speed是相邻 100ms 两次采样的差分，正常情况下是负值。error > 0.3表示实际放气速度比目标慢，需要增大占空比；error < -0.3则相反。控制滞环 0.3 用来避免 PWM 在小范围内抖动。
5.3 控制与采样的时序关系
放气控制每 100ms 执行一次，而 ADC 采样是每 5ms 一个点。控制代码必须放在定时器回调或主循环的周期任务中，不能用HAL_Delay(100)阻塞在中断里。采样回调中只做数据积累，主循环每次检测到 100ms 时钟标志后，从最近采集的 ADC 数据中取平均作为当前袖带压，再做速度闭环计算。这样两个循环互不干扰，采样率不会被控制逻辑拉偏。
5.4 超时保护：防止测量过程卡死
任何一步卡住都可能导致气泵一直工作或电磁阀一直放气。状态机里要加一个全局超时检查：
if ((HAL_GetTick() - state_entry_tick) > 30000UL) { pump_off(); valve_open_full(); state = IDLE; }30000ms 超时对一次完整测量足够，如果用户没有绑好袖带导致压力一直达不到目标，系统也能自动泄压回到待机状态。这个保护逻辑应该放在主循环的顶部，每个循环周期都检查一次，优先级高于按键响应。
6. 用串口把中间量画出来：验证与标定的实操技巧
6.1 让 STM32 通过串口输出波形数据
算法调通后要做的第一件事，不是拿去和标准血压计对比，而是把原始信号、高通后的脉搏波、包络幅值这三路数据用串口发到电脑上看波形。写一个轻量级的printf重定向，然后在采样回调中按固定节奏输出：
printf("%u,%d,%u,%u\r\n", (unsigned int)raw_adc, (int)highpass_output, (unsigned int)cuff_pressure_mmhg_x10, (unsigned int)current_amp);参数说明：四路数据用逗号分隔，cuff_pressure_mmhg_x10表示袖带压乘 10 后的整数，避免浮点格式化占用太多 CPU。PC 端用 Vofa+ 或串口助手打开，选择帧格式为 CSV，就能实时看到四条曲线。正常波形应当呈现：第一条是缓慢下滑的直线，第二条是等间隔的搏动波，第三条（包络幅值）呈倒钟形，峰值出现在平均压附近。如果第三条曲线没有明显拱形，说明峰值检测参数或滤波系数需要回调。
6.2 标定系数的手动修正方法
和汞柱血压计做对比时，记录三组数据：低压段、中压段、高压段。每组测三次取平均，计算算法值和参考值的偏差。收缩压偏差如果在正负 5mmHg 以内，可以不做修正；超过 5mmHg，直接把差值作为补偿量写入内部 Flash 或外部 EEPROM。STM32 内部 Flash 的最后一个扇区通常用来存这类标定数据，启动时读取并作为全局偏移量参与最终显示。
6.3 阈值系数 K 的离线扫描
如果完成放气闭环后仍然有固定偏差，可以考虑调整阈值系数。保存一组(Pk, Ak)数据后，在电脑上用脚本按 0.45~0.55、0.70~0.85 步进扫描，找出一组误差最小的系数。这个方法比在单片机上反复编译烧录快得多，也是把毕设项目从“能出数”提升到“测的准”的一个高性价比路径。把扫描用到的脚本文件放在工程目录下，方便以后重新标定时直接调用。
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