基于 STM32F405VGT6 的无线血氧双波长（660 nm / 940 nm）监测系统 —— Android 上位机（显示端）
本仓库为本科毕业设计 《基于 STM32F405VGT6 的无线血氧双波长监测系统的设计与实现》 的 Android 端源码。下位机（STM32 + 光电采集前端）通过 ESP8266 Wi-Fi 模块将采集到的两波长光电容积脉搏波（PPG）信号无线发送至手机，App 在屏幕上以四路实时滚动波形展示 660 nm / 940 nm 的直流分量（DC）与交流分量（AC），用于血氧饱和度（SpO₂）相关信号的观测与算法验证。
本仓库只包含 Android 上位机源码，不含 STM32 固件与硬件原理图。
血氧饱和度的测量基于双波长光电法：人体组织对 红光（660 nm） 与 近红外光（940 nm） 的吸收差异随血红蛋白氧合状态而变化。前端通过两个波长的 LED 与光电探测器获取透射/反射光强，经过滤波分离出 直流分量（DC） 与 交流分量（AC），二者的比值（R 值）是计算 SpO₂ 的核心输入。
下位机（STM32F405VGT6，内置 12 位 ADC，量程 0–4095）完成光电采集、模数转换与信号分离，并将四路数据封包后经 ESP8266 通过 Wi-Fi 发送；本仓库实现的是 上位机显示端：负责无线接收、解包与四路波形的实时绘制。波形绘制算法已经完成，服务器端（数据来源）与客户端（接收端）可按需改写或替换。
┌─────────────────────────┐ Wi-Fi (SoftAP) ┌──────────────────────────┐
│ 下位机 / 数据源 │ │ Android 上位机 (本仓库) │
│ │ │ │
│ 光电前端 (660/940nm) │ │ TCP Client │
│ │ │ TCP Socket │ 可在"无线连接"页配置 │
│ STM32F405VGT6 (12bit ADC)│ ───────────────────────▶ │ 默认 192.168.4.1:8080 │
│ │ │ 10 字节/帧, 4×16bit │ │ │
│ ESP8266 (汇承 HC, AP) │ │ DataInputStream │
│ 默认网关 192.168.4.1 │ │ .readFully() 定长读取 │
│ │ │ │ │
│ │ │ SpO2 自定义 View ×4 │
│ │ │ 线程安全的实时波形绘制 │
└─────────────────────────┘ └──────────────────────────┘
- 网络拓扑：ESP8266 工作于 SoftAP（热点）模式，手机连接其热点；ESP8266 默认网关为
192.168.4.1，App 作为 TCP 客户端 连接该地址。 - 连接参数可配置：在"无线连接"页输入 IP / 端口，校验通过后会持久化保存，下次自动回填。
- 数据流向：STM32 采集 → ESP8266 封包发送 → Android 按 10 字节定长帧读取 → 解包为四路 16 位整数 → 分别送入四个自定义波形控件绘制。
- 四路实时波形：660 nm DC、940 nm DC、660 nm AC、940 nm AC，分通道卡片展示，标题/波长/颜色一一对应。
- 自定义高性能波形控件
SpO2：基于View+Canvas绘制，带网格背景，满屏后自动滚动覆盖刷新；线程安全——数据接收线程写入与 UI 线程绘制之间通过锁与快照机制隔离。 - 可配置无线连接：连接页可编辑 IP / 端口并做格式校验（IPv4 正则 + 端口范围），通过
SharedPreferences持久化，下次自动回填。 - 健壮的 TCP 接收：
DataInputStream.readFully()保证读满每一帧，正确处理连接断开（EOF），避免使用残留/半帧数据驱动绘图。 - 连接状态可视化：监测页顶部状态点 + 文字（未连接 / 连接中 / 已连接 / 连接失败），开始/停止按钮防止重复建立连接。
- 现代化 UI：医疗科技风格配色（深青绿主色 + 660nm 红 / 940nm 蓝双波形配色），卡片式布局，统一的按钮 / 输入框 / 状态指示样式。
- 零第三方图表依赖：波形完全由原生 Canvas 实现，便于裁剪与移植。
| 首页 | 无线连接 | 实时监测 | 关于 |
|---|---|---|---|
 |
 |
 |
 |
- 首页：标题 + 三个功能入口（无线连接 / 开始监测 / 关于），统一卡片化按钮风格
- 无线连接：IP / 端口可编辑，带格式校验与错误提示，自动回填上次配置
- 实时监测：顶部状态指示灯（未连接/连接中/已连接/失败），四路波形卡片，开始/停止切换
- 关于：软件简介与三步操作说明，卡片化排版
仓库内
docs/preview.html为可交互的完整静态预览（含全部页面与配色图例），可直接用浏览器打开查看。上方截图均由该文件渲染生成。
| 项目 | 说明 |
|---|---|
| 语言 | Java（100%） |
| 构建工具 | Gradle（Android Gradle Plugin 3.2.0） |
| compileSdk / targetSdk | 28 |
| minSdk | 19（Android 4.4 KitKat） |
| Java 兼容性 | Java 8（compileOptions 已开启，支持 Lambda） |
| UI 依赖 | com.android.support:appcompat-v7:28.0.0、constraint-layout:1.1.3 |
| 测试 | JUnit 4.12、Espresso 3.0.2 |
| 无线模块 | 汇承 HC ESP8266（亦可替换为其它 Wi-Fi 模块，原理一致） |
| 下位机 MCU | STM32F405VGT6（12 位 ADC） |
注：项目使用的是较早的 Android Support 库（非 AndroidX）。如需在最新 Android Studio / AGP 上构建，建议先执行 AndroidX 迁移（Refactor → Migrate to AndroidX）。
App 通过 DataInputStream.readFully() 每次读取一个 10 字节定长帧，按 大端（高字节在前） 解析出四个 16 位无符号整数：
| 字节偏移 | 字段 | 解析方式 | 对应波形 |
|---|---|---|---|
buffer[0..1] |
帧头 / 保留 | — | — |
buffer[2..3] |
数据 1 | (buf[2]&0xFF)<<8 | (buf[3]&0xFF) |
660nm DC |
buffer[4..5] |
数据 2 | (buf[4]&0xFF)<<8 | (buf[5]&0xFF) |
940nm DC |
buffer[6..7] |
数据 3 | (buf[6]&0xFF)<<8 | (buf[7]&0xFF) |
660nm AC |
buffer[8..9] |
数据 4 | (buf[8]&0xFF)<<8 | (buf[9]&0xFF) |
940nm AC |
- 每个数据值范围对应 STM32 的 12 位 ADC，即
0–4095；上位机绘制时按纵轴量程缩放。 readFully()会阻塞直到读满 10 字节，或在连接断开时抛出EOFException（被捕获后自动停止接收并提示"连接失败"）。
若需修改协议（如增加校验位、变更帧长或字节序），请同步调整
SecondActivity中的FRAME_SIZE与解包逻辑，以及下位机封包逻辑。
SpO2-Wireless-Android/
├── app/
│ └── src/main/
│ ├── java/com/example/natha/myapplication000/
│ │ ├── SplashActivity.java # 启动闪屏（2s 后进入主菜单）
│ │ ├── MainActivity.java # 主菜单，三个入口按钮
│ │ ├── FirstActivity.java # 连接配置页：IP/端口校验、持久化、回填
│ │ ├── SecondActivity.java # 监测核心：TCP 连接、定长帧接收、状态管理
│ │ ├── ThirdActivity.java # 关于页
│ │ └── SpO2.java # 自定义波形 View（线程安全绘制核心）
│ ├── res/
│ │ ├── layout/ # 各 Activity 布局（卡片化重构）
│ │ ├── values/
│ │ │ ├── colors.xml # 医疗科技风格配色体系
│ │ │ ├── styles.xml # 按钮 / 输入框 / 卡片统一样式
│ │ │ ├── strings.xml # 全部文案（含状态、错误提示）
│ │ │ └── attrs.xml # SpO2 控件自定义属性
│ │ ├── drawable/ # 按钮、输入框、卡片、状态指示灯背景
│ │ └── mipmap-*/ # 图标资源
│ └── AndroidManifest.xml
├── app/build.gradle # 已开启 Java 8 compileOptions
├── build.gradle / settings.gradle / gradle.properties
└── gradlew / gradlew.bat
继承自 android.view.View，是整个项目的绘制核心：
- 背景网格：首次绘制时缓存横纵网格坐标（
listXLine/listYLine），避免重复计算。 - 数据缓冲与同步：
points[]、wavePointNum、curX、drawFloatCount等状态由数据接收线程（子线程）写入、UI 线程读取，所有访问均通过synchronized(lock)保护；绘制前拷贝快照，避免读写竞争与数组越界。 - 满屏滚动覆盖：
drawFloatCount统一描述当前可绘制的有效数据量，修复了原版本满屏后绘制陈旧/越界数据导致的视觉撕裂问题。 - 纵轴缩放：
ySize控制纵坐标最大值；ADC 为 12 位（最大 4096），绘制前按MAX_ADC_VALUE / (ySize * unitLength)缩放。 - 可配置属性：通过
attrs.xml中的declare-styleable（BackLineColor/TitleColor/PointerLineColor/TitleSize/XYTextSize）在布局 XML 中配置外观；运行时调用setLineColor(r, g, b)设置波形颜色。 - 数据入口：
setLinePoint(int value)向控件追加一个采样点，内部完成同步更新后切回主线程触发重绘，可安全地从子线程调用。
- 从
SharedPreferences读取连接页保存的 IP / 端口（默认192.168.4.1:8080）。 - 点击"开始"后启动接收线程：建立
Socket连接（5 秒超时）→DataInputStream.readFully()循环读取 10 字节帧 → 解包 → 驱动四个SpO2控件。 isRunning标志防止重复点击产生多条并发线程；点击"停止"或onDestroy()时主动关闭 socket、终止线程。- 连接状态（未连接 / 连接中 / 已连接 / 连接失败）通过状态点 + 文字实时反馈，所有 UI 更新均切回主线程。
- IP 地址使用 IPv4 正则校验，端口校验范围 1–65535，输入为空或非法时给出明确提示。
- 校验通过后保存到
SharedPreferences，下次进入页面自动回填。
SplashActivity（闪屏）→ MainActivity（主菜单：无线连接 / 开始监测 / 关于）→ FirstActivity（连接配置）/ SecondActivity（监测）/ ThirdActivity（关于）。
- Android Studio（建议支持 Gradle 3.2.0 / AGP 3.2.0 的版本，或自行升级配置）
- JDK 8
- 一台 Android 4.4（API 19）及以上的真机
# 1. 克隆仓库
git clone https://github.com/Nathanielguo/SpO2-Wireless-Android.git
cd SpO2-Wireless-Android
# 2. 命令行构建 Debug 包
./gradlew assembleDebug # Windows: gradlew.bat assembleDebug
# 3. 安装到已连接的设备
./gradlew installDebug或直接用 Android Studio 打开工程，点击 Run 部署到真机。
由于涉及 Wi-Fi Socket 连接，建议使用真机调试，模拟器需自行处理网络可达性。
- 给下位机上电，确认 ESP8266 进入 SoftAP（热点）模式 并正常广播热点。
- 手机 连接 ESP8266 的 Wi-Fi 热点（确保手机获得
192.168.4.x网段地址，网关为192.168.4.1）。 - 打开 App，进入"无线连接"页，确认/修改 IP 与端口（默认
192.168.4.1/8080）后点击"确认"。 - 返回首页，进入"开始监测"页，点击"开始"建立连接；状态指示灯变为"已连接"后，四路波形开始实时滚动。
排查建议
- 状态显示"连接失败"：先确认手机已连接到 ESP8266 热点而非其它网络；用
ping 192.168.4.1验证可达性，并检查端口是否与下位机一致。 - 波形长时间无变化但状态显示"已连接"：检查下位机是否按 10 字节定长帧持续发送数据。
- 波形幅度异常：检查
SpO2控件的ySize缩放与下位机 ADC 量程（0–4095）是否匹配。
相较早期版本，本次重构修复了以下关键问题：
- TCP 读取健壮性：
is.read(buffer)→DataInputStream.readFully(buffer)，避免半帧/错位数据；新增 EOF 检测与连接失败提示。 - 线程安全：
SpO2控件的数据写入（子线程）与绘制（主线程）之间补全同步机制，修复潜在的数组越界与绘制撕裂。 - 重复连接防护：新增
isRunning状态位，避免反复点击"开始"产生多条并发线程争用同一 Socket。 - 资源生命周期管理：
onDestroy()中正确关闭 socket、终止接收线程，避免连接泄漏。 - 连接配置可用化：连接页的 IP / 端口输入框从"摆设"变为真正生效的配置项，带校验与持久化。
- AndroidManifest 修复：修正 XML 语法错误，
label改为标准字符串资源引用。 - 构建兼容性：新增
compileOptions（Java 8），支持代码中的 Lambda 表达式。 - 界面现代化：统一配色与组件样式，四路波形分通道标注（660nm / 940nm，DC / AC），新增连接状态可视化。
- 代码清理：移除未使用的 import、冗余初始化与死代码。
- 协议增强：增加帧头校验、CRC、时间戳，提升抗丢包能力。
- 算法落地：在四路 DC/AC 基础上计算 R 值与 SpO₂、心率（PR），并增加数值显示与异常报警。
- 数据持久化：增加波形/数值的本地存储与导出（已声明读写存储权限）。
- AndroidX 迁移：迁移至 AndroidX、升级 Gradle/AGP，便于在最新工具链上构建。
- 断线重连：在
SecondActivity中增加自动重连与心跳保活机制。
- 使用旧版 Android Support 库（非 AndroidX），在最新工具链上需迁移后才能顺利构建。
- 当前仅实现波形显示，未包含 SpO₂ / 心率的数值计算与报警逻辑。
- 数据帧格式（10 字节定长）为硬编码，缺少协议版本协商机制。
- 包名
com.example.natha.myapplication000为脚手架默认命名，正式发布前建议规范化。
本项目为本科毕业设计教学/研究用途源码，仅供学习与算法验证参考。
⚠️ 本软件不是医疗器械，输出结果不得用于任何临床诊断或健康决策。如需用于医疗场景，必须满足相应法规与认证要求。
仓库未附带显式许可证；如需复用或二次发布，请先联系作者确认授权。