STM32实战：基于STM32F103的智能输液监控系统（液滴检测+报警）

一、项目概述

本项目基于STM32F103C8T6单片机，实现输液液滴自动检测、滴速计算、液位异常报警功能，完全适配医疗输液场景，零基础也能一步步复刻实现。
核心功能：

1. 红外对管检测输液液滴，无接触式采集信号
2. 实时计算输液滴速，串口打印数据
3. 滴速异常/输液完成自动触发蜂鸣器+LED报警
4. 硬件电路简单、代码开源可直接移植

硬件清单：

• 主控：STM32F103C8T6最小系统板
• 检测模块：红外对管（发射管+接收管）
• 报警模块：有源蜂鸣器、LED指示灯
• 辅助：杜邦线、USB转TTL模块、5V电源

二、硬件电路连接

所有接线均为直连，无需额外复杂电路，严格按照下表操作：

三、开发环境准备

本项目使用Keil5 MDK+STM32CubeMX（零基础推荐，自动生成初始化代码）

1. 安装Keil5 MDK，添加STM32F1系列芯片库
2. 安装STM32CubeMX，配置Java环境
3. 安装USB转TTL驱动
4. 准备STM32F103C8T6最小系统板

四、STM32CubeMX配置

步骤1：新建工程

1. 打开STM32CubeMX，点击ACCESS TO MCU SELECTOR
2. 搜索STM32F103C8T6，选中芯片，点击Start Project

步骤2：系统时钟配置

1. 点击RCC，HSE选择Crystal/Ceramic Resonator
2. 点击Clock Configuration，设置系统时钟为72MHz

步骤3：GPIO引脚配置

1. PA0：设置为GPIO_INPUT（液滴检测输入）
2. PB0：设置为GPIO_OUTPUT（蜂鸣器控制）
3. PB1：设置为GPIO_OUTPUT（LED指示灯）

步骤4：串口配置

1. 点击USART1，模式选择Asynchronous
2. 波特率：115200，数据位8，停止位1，无校验

步骤5：工程生成

1. 点击Project Manager，设置工程名、存储路径
2. Toolchain/IDE选择MDK-ARM V5
3. 点击GENERATE CODE生成工程

五、系统工作流程图

六、完整代码实现

所有代码均为标准库函数，无复杂操作，直接替换对应文件即可。

1. 创建文件名：main.c

#include"stm32f10x.h"#include"delay.h"#include"usart.h"#include"gpio.h"// 全局变量定义uint16_tdrop_count=0;// 液滴计数uint32_ttime_count=0;// 计时变量floatdrop_speed=0.0;// 滴速（滴/分钟）uint8_tdrop_flag=0;// 液滴检测标志位// 函数声明voidSystem_Init(void);// 系统总初始化voidDrop_Check(void);// 液滴检测函数voidAlarm_Check(void);// 报警判断函数voidAlarm_On(void);// 报警开启voidAlarm_Off(void);// 报警关闭intmain(void){// 系统初始化System_Init();// 开机提示printf("STM32智能输液监控系统已启动\r\n");printf("===================================\r\n");while(1){Drop_Check();// 实时检测液滴Alarm_Check();// 实时判断报警条件time_count++;// 计时累加// 每1秒计算一次滴速if(time_count>=1000){// 滴速计算公式：60秒内的滴数 = 检测到的滴数 * 60drop_speed=drop_count*60;// 串口打印数据printf("液滴总数：%d 滴\r\n",drop_count);printf("当前滴速：%.1f 滴/分钟\r\n",drop_speed);printf("===================================\r\n");// 重置计时time_count=0;// 重置计数（如需累计总滴数，注释此行）drop_count=0;}delay_ms(1);}}// 系统总初始化：GPIO+串口+延时voidSystem_Init(void){delay_init();// 延时初始化USART1_Init();// 串口初始化GPIO_Init();// GPIO初始化Alarm_Off();// 关闭报警}// 液滴检测函数：红外对管信号判断voidDrop_Check(void){// 红外接收管：无液滴为高电平，有液滴为低电平if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_0)==0&&drop_flag==0){drop_flag=1;// 标志位置1，防止重复计数drop_count++;// 液滴计数+1printf("检测到液滴！\r\n");}// 液滴离开，重置标志位if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_0)==1){drop_flag=0;}}// 报警判断函数：滴速异常/输液完成触发报警voidAlarm_Check(void){// 条件1：滴速为0（输液完成）// 条件2：滴速超过120滴/分钟（过快异常）if(drop_speed==0||drop_speed>120){Alarm_On();}else{Alarm_Off();}}// 报警开启：蜂鸣器响+LED亮voidAlarm_On(void){GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);// 蜂鸣器开GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);// LED亮}// 报警关闭：蜂鸣器停+LED灭voidAlarm_Off(void){GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);// 蜂鸣器关GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);// LED灭}

2. 创建文件名：gpio.c

#include"gpio.h"// GPIO初始化：PA0输入，PB0/PB1推挽输出voidGPIO_Init(void){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;// 开启GPIOA、GPIOB时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);// PA0：红外接收输入GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;// 浮空输入GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);// PB0：蜂鸣器输出，PB1：LED输出GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;// 推挽输出GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;// 速度50MHzGPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStruct);}

3. 创建文件名：gpio.h

#ifndef__GPIO_H#define__GPIO_H#include"stm32f10x.h"voidGPIO_Init(void);#endif

4. 创建文件名：usart.c

#include"usart.h"// 串口1初始化：波特率115200voidUSART1_Init(void){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;USART_InitTypeDef USART_InitStruct;NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;// 开启时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);// PA9：TX 复用推挽输出GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);// PA10：RX 浮空输入GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);// 串口配置USART_InitStruct.USART_BaudRate=115200;USART_InitStruct.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;USART_InitStruct.USART_StopBits=USART_StopBits_1;USART_InitStruct.USART_Parity=USART_Parity_No;USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None;USART_InitStruct.USART_Mode=USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx;USART_Init(USART1,&USART_InitStruct);// 使能串口USART_Cmd(USART1,ENABLE);}// 重定向printf函数，实现串口打印intfputc(intch,FILE*f){USART_SendData(USART1,(uint8_t)ch);while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE)==RESET);returnch;}

5. 创建文件名：usart.h

#ifndef__USART_H#define__USART_H#include"stm32f10x.h"#include<stdio.h>voidUSART1_Init(void);#endif

6. 创建文件名：delay.c

#include"delay.h"// 延时初始化voiddelay_init(void){SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8);SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;}// 毫秒延时voiddelay_ms(uint32_tms){uint32_ti;SysTick->LOAD=9000;SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;for(i=0;i<ms;i++){while(!(SysTick->CTRL&(1<<16)));}SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;}// 微秒延时voiddelay_us(uint32_tus){uint32_ti;SysTick->LOAD=9;SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;for(i=0;i<us;i++){while(!(SysTick->CTRL&(1<<16)));}SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;}

7. 创建文件名：delay.h

#ifndef__DELAY_H#define__DELAY_H#include"stm32f10x.h"voiddelay_init(void);voiddelay_ms(uint32_tms);voiddelay_us(uint32_tus);#endif

8. 创建文件名：stm32f10x_it.c

#include"stm32f10x_it.h"voidNMI_Handler(void){}voidHardFault_Handler(void){while(1){}}voidMemManage_Handler(void){while(1){}}voidBusFault_Handler(void){while(1){}}voidUsageFault_Handler(void){while(1){}}voidSVC_Handler(void){}voidDebugMon_Handler(void){}voidPendSV_Handler(void){}voidSysTick_Handler(void){}

9. 创建文件名：stm32f10x_it.h

#ifndef__STM32F10X_IT_H#define__STM32F10X_IT_H#include"stm32f10x.h"#endif

七、代码编译与下载

步骤1：添加文件到工程

1. 打开Keil5，打开生成的工程
2. 在Project中新建分组，将上述所有.c和.h文件添加到工程
3. 配置头文件路径

步骤2：编译工程

1. 点击Build按钮，无报错、无警告即为编译成功
2. 若报错，检查文件路径、引脚定义、拼写错误

步骤3：程序下载

1. 连接ST-Link下载器与STM32开发板
2. Keil中配置下载器为ST-Link Debugger
3. 点击Load按钮，下载程序到单片机

八、实物调试与功能验证

步骤1：硬件连接检查

1. 检查所有接线是否与接线表一致
2. 红外对管对准输液管滴壶，无遮挡
3. 蜂鸣器、LED接线无短路

步骤2：串口调试

1. 打开串口调试助手，波特率选择115200
2. 系统上电，串口打印启动信息
3. 用手遮挡红外对管，模拟液滴，串口打印检测到液滴！

步骤3：功能测试

1. 正常滴速：红外对管检测到液滴，串口实时显示滴速，无报警
2. 输液完成：无液滴输入，滴速为0，蜂鸣器响、LED亮
3. 滴速过快：快速遮挡红外对管，滴速超过120，触发报警

九、常见问题解决

1. 串口无数据输出

   • 检查USB转TTL接线（TX接PA10，RX接PA9）
   • 检查波特率是否为115200
   • 检查共地是否连接

2. 液滴不计数

   • 红外对管正负极接反
   • 接收管输出引脚未接PA0
   • 红外对管距离过远

3. 蜂鸣器不报警

   • 蜂鸣器正负极接反
   • PB0引脚配置错误
   • 报警条件未触发

4. 程序无法下载

   • 下载器接线错误
   • 开发板未上电
   • 芯片选择错误

十、项目扩展功能

1. 添加OLED屏幕，实时显示滴速、液滴总数
2. 添加蓝牙模块，实现手机APP远程监控
3. 添加按键，设置滴速阈值
4. 添加存储模块，记录输液数据