工程名稱(chēng)：基于CW32L系列MCU的指夾式血氧儀

【資料圖】

工程作者：冬青

血液中，血紅細(xì)胞的含氧血紅蛋白（HbO2）和還原血紅蛋白（Hb），對(duì)紅光（660nm）和紅外線（900nm）有不同的吸收能力。

還原血紅蛋白（Hb）吸收的紅光較多，紅外線較少。

含氧血紅蛋白（HbO2）吸收的紅光較少，紅外線較多。

指夾式血氧儀的原理就是——在設(shè)備的同一位置，設(shè)置紅光LED和紅外線LED燈，測(cè)量血氧飽和度。

當(dāng)光線從手指的一面穿透到另一面，就能檢測(cè)兩種血紅蛋白對(duì)不同波長(zhǎng)的光吸收的區(qū)別，所測(cè)出來(lái)的數(shù)據(jù)差被光敏二極管接收后，可產(chǎn)生對(duì)應(yīng)比例的電壓。就可以測(cè)出實(shí)際含氧量下，血氧飽和度最基本的數(shù)據(jù)，比值。

實(shí)際上要做到更高的精度，除了兩個(gè)波長(zhǎng)以外還要增加，甚至高達(dá)8個(gè)波長(zhǎng)。

設(shè)計(jì)方案

可以用CW32L031C8T6實(shí)現(xiàn)上述的指夾式血氧儀產(chǎn)品設(shè)計(jì)，分享一個(gè)開(kāi)源案例！

本文主要分享【指夾血氧儀】的——功能、硬件設(shè)計(jì)思路、軟件代碼說(shuō)明、開(kāi)源資料下載入口、開(kāi)源說(shuō)明（項(xiàng)目成本/獲得獎(jiǎng)金）、賺外快渠道。

功能描述

1采用0.96inch TFT彩屏顯示。

2鋰電池供電，可充電。

3低弱灌注性能，最低可達(dá)到0.2%。

可保證在信號(hào)弱、兒童、失血多、肢體冰涼的低灌注的患者進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。

4光強(qiáng)自動(dòng)調(diào)節(jié)。

可根據(jù)病人的手指大小自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)射光強(qiáng)，保證信號(hào)質(zhì)量更好，功耗更低，可以使用不同大小的手指、不同皮膚顏色。

5優(yōu)秀的環(huán)境光抵消功能。

可以在室內(nèi)以及光線較強(qiáng)的臨床環(huán)境使用。

6可測(cè)量血氧飽和度SpO2、脈率PR、灌注指數(shù)PI。

7可進(jìn)行屏幕方向翻轉(zhuǎn)。

85s快速出測(cè)量結(jié)果。

9血氧飽和度和脈率超限報(bào)警。

10無(wú)手指自動(dòng)關(guān)機(jī)。

11電池電量報(bào)警以及電池電量低自動(dòng)關(guān)機(jī)。

硬件設(shè)計(jì)思路 本章節(jié)主要講解電源板和主控板的設(shè)計(jì)思路。1電源板

電源支持USB外接供電、電池供電、電池充電等功能。

整體架構(gòu)包括——電源路徑管理及電池充電電路、5V供電電路、3.3V供電電路，這三個(gè)部分，如下圖所示。

1.1 電源路徑管理及電池充電電路

電源路徑管理電路采用P-MOS作為開(kāi)關(guān)，通過(guò)G端電壓與S端電壓關(guān)系，實(shí)現(xiàn)USB供電與電池供電的動(dòng)態(tài)切換功能。

電池充電電路采用TC4056A芯片作為主控，依托其可編程充電電流控制、充電狀態(tài)指示等功能，實(shí)現(xiàn)單節(jié)鋰電池充電功能。

USB接口增加過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)電路設(shè)計(jì)，防止插入瞬間尖峰電壓對(duì)后級(jí)電路的沖擊。

增加D3二極管的目的是加速P-MOS導(dǎo)通，防止因供電方式切換，導(dǎo)致主控掉電復(fù)位等問(wèn)題。

原理圖設(shè)計(jì)如下。

1.2 直流5V供電電路

直流5V供電電路采用MT3608芯片搭建Sepic電路，確保在電池電壓下降時(shí)也能穩(wěn)定提供5V電壓。

原理圖設(shè)計(jì)如下。

1.3 直流3.3V供電電路

直流3.3V供電電路采用AMS1117-3.3芯片構(gòu)建LDO降壓電路，穩(wěn)定提供3.3V電壓。

原理圖設(shè)計(jì)如下。

1.4 PCB設(shè)計(jì)

2主控板

主控板包括MCU電路、發(fā)射電路、接收電路、按鍵電路、蜂鳴器電路、TFT顯示屏電路，這六個(gè)部分，用于實(shí)現(xiàn)血氧儀主要功能。

2.1 MCU電路

MCU電路采用CW32L031C8T6作為主控芯片，設(shè)計(jì)BOOT電路、SWD燒錄接口及復(fù)位按鈕（不焊接），受空間限制，取消外部晶振電路。

原理圖設(shè)計(jì)如下：

2.2 發(fā)射電路

發(fā)射電路采用“RS2105+RS622”設(shè)計(jì)方案。

由RS2105電子開(kāi)關(guān)芯片構(gòu)成雙路開(kāi)關(guān)電路，用于控制發(fā)射時(shí)序；

由RS622芯片所包含的兩路運(yùn)算放大器搭配N(xiāo)溝道MOS管形成恒流源電路，通過(guò)PWM信號(hào)控制電流大小，以實(shí)現(xiàn)控制發(fā)射信號(hào)強(qiáng)弱的目的。

采用“660nm紅光+900nm紅外光”的雙波長(zhǎng)發(fā)射管，內(nèi)部反向并聯(lián)連接，通過(guò)上述H橋電路控制發(fā)射時(shí)序和發(fā)射功率。

原理圖設(shè)計(jì)如下：

2.3 接收電路

接收電路采用RS622雙路運(yùn)放芯片作為核心。

前級(jí)與200KΩ電阻及電容構(gòu)成跨阻放大電路，采集并放大“直流+交流”混合信號(hào)；

后級(jí)通過(guò)負(fù)反饋200KΩ電阻構(gòu)成信號(hào)放大電路，放大交流信號(hào)；

前后級(jí)之間通過(guò)電容耦合，并與電阻構(gòu)成高通濾波器，有效濾除直流信號(hào)。

原理圖設(shè)計(jì)如下：

2.4 按鍵電路

獨(dú)立按鍵設(shè)計(jì)，采用1mm超薄按鍵，通過(guò)并聯(lián)電容構(gòu)成硬件消抖電路，通過(guò)電阻接入MCU的PB03引腳，按鍵按下為低電平（低電平有效）。

原理圖設(shè)計(jì)如下：

2.5 蜂鳴器電路（當(dāng)前版本PCB受空間限制已取消）

蜂鳴器電路采用2KHz無(wú)源蜂鳴器作為核心元件，以N溝道MOS管作為開(kāi)關(guān)，通過(guò)輸出一定頻率的PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲。

原理圖設(shè)計(jì)如下：

2.6 TFT顯示屏電路

TFT顯示屏電路用于驅(qū)動(dòng)0.96寸全彩LCD顯示屏。

設(shè)計(jì)8P抽屜式下接FPC接口，用于連接帶軟排線接口的顯示屏。同時(shí)以PNP三極管作為開(kāi)關(guān)，通過(guò)MCU輸出一定占空比的PWM信號(hào)實(shí)現(xiàn)屏幕背光控制。

原理圖設(shè)計(jì)如下：

2.7 PCB設(shè)計(jì)

軟件說(shuō)明

本章主要說(shuō)明TFT顯示屏、FFT算法實(shí)現(xiàn)、FFT結(jié)果運(yùn)用。

審核編輯：湯梓紅

標(biāo)簽：