ST_Project — 指尖外周循环监测系统（PPG + 灌注指数）

传感器原理与应用课程项目。基于 MAX30102 光电容积脉搏波（PPG）的指尖夹式监测原型： 下位机做信号采集与特征提取，上位机做实时可视化，配套一篇 IEEE 会议格式论文。

这个项目能干什么

把手指夹进传感器，系统实时给出：

• PPG 波形 —— 原始红外通道脉动波形
• 心率（BPM） 与 平均心率
• RR / PPI 间期 —— 脉搏间期，用作短时 HRV 的近似
• 短时 HRV —— 由有效脉搏间期估算
• 灌注指数 PI —— 脉动分量 / 直流基线，反映末梢灌注强弱
• 信号质量状态 —— Checking / Weak Signal / Motion / Good 四态

设计重点不是"再做一个心率显示屏"，而是把信号质量当成一等输出：低成本的生理传感器在接触不良、手指移动时照样会吐数字， 用户很容易把噪声当成生理变化。所以界面上会明确告诉你当前这一次测量到底值不值得看。

系统链路

MAX30102（指尖夹，红光/红外）
    │  I²C
Arduino（读红外通道 → 峰值检测 → PPI → HR/HRV/PI → 质量判定）
    │  串口 115200 bps 的 key-value 文本帧（约 10 Hz）
Python 上位机（PyQt6 + pyqtgraph，约 50 ms 读一次，0.12 s 刷一次）
    └─  波形 / 数值面板 / 质量与 HRV 反馈

抗误读机制：手指接触阈值 → RR 范围过滤 → 间期跳变剔除 → PI/幅值质量评估 → 四态状态机。

目录结构

ST_Project/
├── PulseWave_PI_with_figures.tex   论文正文（IEEEtran，pdflatex）
├── figures/                        正文插图，文件名与 tex 中 \includegraphics 一一对应
│   ├── fig1_system_architecture.png
│   ├── fig2_wiring_overview.png
│   ├── fig3_ppg_principle.png
│   ├── fig4_processing_pipeline.png
│   ├── fig5_experimental_conditions.png
│   ├── fig6_monitoring_results.png
│   └── ppg_principle_delta_t.png   心率测量原理 Δt 示意图（论文未引用，备查）
├── src/
│   └── oximeter_UI.py              上位机 GUI（PyQt6 + pyqtgraph + pyserial）
└── slides/                         汇报用流程图为素材（竖版 / 左栏版 / 结论页）

注：\graphicspath{{figures/}} 已指向 figures/，配图按 figN_* 命名，因此在仓库根目录直接 pdflatex PulseWave_PI_with_figures.tex 即可找到全部插图。

跑起来

编译论文（需要 TeX Live / MiKTeX，含 IEEEtran）

pdflatex PulseWave_PI_with_figures.tex
pdflatex PulseWave_PI_with_figures.tex   # 跑两遍让交叉引用收敛

运行上位机（需先烧录 Arduino 固件并确认串口）

pip install pyserial numpy PyQt6 pyqtgraph
python src/oximeter_UI.py

打开后在界面顶部选择对应串口，点 Connect，把手指放进夹子等待状态进入 Good。

免责声明

本项目是课程演示与工程验证原型，不是医疗器械。PPG 对指压、肤色、环境光、运动伪迹、 末梢温度都很敏感，输出只应作为趋势参考；由 PPG 推算的脉搏间期也只是 ECG RR 间期的近似。

论文

A Finger-Clip Peripheral Circulation Monitoring System Based on PPG Features and Perfusion Index —— Sensor Principles and Applications Project

关键词：Photoplethysmography, PPG, MAX30102, Arduino, heart-rate variability, perfusion index, peripheral circulation, signal quality