血氧仪

Holtek新推出脉搏血氧仪32位MCU HT32F59045,采用Arm ® Cortex ® -M0+内核,具有高度集成、高精准度、低噪声等特点,适用于血氧仪等产品。

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HT32F59045系统资源包含64KB Flash程序存储器、8KB RAM,内建模拟前端电路,可软件动态调整发射端电流强度及接收端信号感度,并能去除直流信号保留交流血氧信号,提升血氧测量精准度,更适合低血流灌注指数(Perfusion Index,PI)的血氧测量应用。同时具有高精准度气泡,提高测量心跳准确度。支持多种通信接口,包含I²C、SPI、UART与USART,方便外接OLED显示模块。

HT32F59045具备容易实现产品调校/标定的功能,能简化开发及生产。封装提供46针QFN。

来源:Holtek

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来源:芯海科技

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前言


脉率(PR)是每分钟的脉搏数,正常情况下脉率和心率是一致的。正常人脉率规则,不会出现脉搏间隔时间长短不一的现象。正常人脉搏强弱均等,不会出现强弱交替的现象。另外,运动和情绪激动时可使脉搏增快,而休息、睡眠则使脉搏减慢。成人脉率每分钟超过100次,称为心动过速;每分钟低于60次,称为心动过缓。

除心率、血压、呼吸频率和温度外,脉搏血氧(PO)被认为是排在第5位的最关键健康状况指标。血红蛋白(Hb)是血细胞的重要组成部分,它负责将氧气从肺部输送到身体的其它组织。血红蛋白在任一时刻所含的氧气量被称为氧饱和度。氧饱和度以百分比表示,它是血红蛋白的含氧量与血红蛋白携氧能力之比。血氧饱和度是反映人体呼吸功能及氧含量是否正常,显示我们人体各组织是否健康的一个重要生理参数,一般认为血氧饱度正常值应不低于94%,在94%以下被视为供氧不足。严重缺氧会直接导窒息、休克、死亡等悲剧的发生。在欧美等发达国家,人们对血氧的监测相当重视,血氧仪已经有很高的普及率。

为加速终端客户开发血糖仪方案的设计流程,广芯微结合自身MCU芯片特点,推出了血氧仪方案参考设计。

方案速览

方案简介

UM321xA系列芯片是广芯微电子(广州)股份有限公司研制的基于ARM Cortex-M0+内核的超低功耗、Low Pin Count、宽电压工作范围的32位IoTP处理器SoC芯片系列,重点面向物联网行业便携式传感测量系统中的电池应用场景。依据行业应用场景的具体应用需求,芯片系统采用了独特的低功耗设计技术,内部集成了CAN、12位SAR ADC、UART、SPI、QSPI、I2C等通用外围通讯接口,ADC、OPA、比较器等传感获取接口,以及LPUART、LPTIMER、WDT等超低功耗模块接口。具有高整合度、高抗干扰、高可靠性和超低功耗等技术特点。内置RC高频和低频振荡器,支持免晶振应用。支持Keil MDK集成开发环境,支持C语言和汇编语言进行软件开发。

本方案基于UM3213A芯片,主频32MHz,内置64KB闪存,提供最大35个GPIO,内部集成有一路OPA和8通道1Msps ADC,大大简化外围电路设计,此外低至0.48uA超低功耗能够大大延长脉搏血氧仪的使用时长。


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硬件组成如下:

(1)MCU主控芯片:UM3213A ARM Cortex-M0+超低功耗芯片;

(2)血氧饱和度和脉率检测:用两束不同波长的光(如660nm的红光和905/940nm的近红外光)通过透镜照射人体指端,而由光敏器件获取测量信号,其中两个光源通过两个IO分时控制。使用三级OPA将测量信号放大,由低通滤波滤除高频干扰信号,其中每级OPA放大后都有一路ADC通道进行采样,即使用三个ADC通道采样光敏信号;

(3)电池电量检测:2节1.5V AAA电池直接用于脉搏血氧仪供电,省去外部LDO。使用ADC内部通道采集VDDCore电压,经过换算计算出电池电量;

(4)显示屏:使用128*64分辨率的OLED显示脉率、血氧饱和度和电量信息;

(5)按键:用于唤醒系统低功耗状态,使系统进入工作状态;

(6)串口:用于系统研发调试和后期维护。

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方案功耗
本方案与市场两家主流厂家的两款产品进行了工作功耗和待机功耗对比,对比数据如下。
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方案功能与优势

方案功能:

(1)脉率和血氧饱和度检测 ;

(2)无手指自动关机,节约电量;

(3)电池电量检测,时刻了解剩余电量;

(4)OLED界面4向显示切换;

(5)脉率和血氧饱和度异常提示,及时反馈身体异常状态 。

方案优势:

(1)超低功耗 ,超长待机;

(2)高集成,外围电路简单,成本低廉;

(3)快速唤醒,快速启动;

(4)方案功能全面,大幅缩短开发周期。

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软件介绍

(1)系统上电后先进入低功耗状态,即关机状态。通过唤醒按键唤醒系统进入工作状态,即开机进入运行状态;

(2)开机后系统通过光敏器件接收红光/红外光信号检测是否有手指,若持续一段时间检测不到手指,系统自动关机;

(3)若检测到手指,则进行脉搏血氧检测、电池电量检测和按键切换界面显示方向三个任务。屏幕显示脉率、血氧饱和度、电量和低脉率低血氧饱和度提示的信息;

(4)重复检测手指是否不在,若在,重复(3)到(4)。若不在,系统自动关机。


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通用的开发环境

硬件环境

MCU平台:UM3213A

调试器:ARM V9仿真器

软件环境

操作系统:Windows

编译器:Keil MDK V5.25

编译语言:C      


关于广芯微

广芯微电子(广州)股份有限公司专注于低功耗物联网芯片的研发、设计与销售,为客户提供面向个人与家庭、工业与商业物联网应用领域,以低功耗为差异化的8位/32位微控制器芯片、无线射频收发器芯片、数字电源管理芯片和传感与信号调理专用芯片等。

广芯微秉持客户第一、技术创新和市场领先的理念,以国际领先的技术为基础,为客户提供一流的产品与技术,打造值得信赖的集成电路设计品牌企业。公司独有的低功耗芯片设计方法、轻量化人工智能算法、大功率的PD快充协议以及多样性无线连接技术整合而成的低成本高收益的集成电路设计,在健康医疗电子、消费电子、智慧家庭、工业控制、传感器与表计等领域已经得到了广泛的应用。广芯微低功耗微处理器芯片与射频芯片具有超低睡眠功耗与更低的工作电流,有效地帮助电子设备降低能耗,积极助力节能减排。

要获取更多产品及相关的解决方案信息,请访问广芯微主页www.unicmicro.com

来源:广芯微电子

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Holtek新推出BH66F2560脉搏血氧仪(Pulse Oximeter) MCU,具备高度集成、高精度、低噪声等特点。对于诸如严重新冠肺炎容易造成的隐形缺氧(Silent Hypoxia)或是心肺相关疾病,能协助监测血氧饱和度(SpO2),降低重症发生风险。

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脉搏血氧仪为非侵入式测量设备,通过发射两种不同波长的光(660nm红光与940nm红外光)到手指末端,并由光电二极管(Photodiode)接收信号。主要利用氧合血红素(HbO2)与去氧血红素(Hb)对红光与红外光吸收程度差异来计算血氧饱和度。BH66F2560内建2路恒定电流源(0~75mA),可软件动态调整电流强度驱动LED;集成血氧信号接收电路,可软件动态调整信号放大倍率;12-bit DAC去除直流信号保留交流血氧信号;12-bit ADC进行高速采样血氧信号。内建显示驱动电路可直推LCD及LED面板。支持多种数字输出接口,包含PWM、I²C、SPI与UART,方便外接OLED显示模块。

BH66F2560系统资源包含16K×16 Flash ROM、1024×8 RAM,并内建1024×8 EEPROM,容易实现产品调校/标定的功能,简化开发及生产。封装提供24/28-pin SSOP与24/28/32-pin QFN五种。

来源:Holtek

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新十条出台,血氧仪一度短缺 

2022年12月26日国家卫健委发布公告,将新型冠状病毒肺炎更名为新型冠状病毒感染;自2023年1月8日起,对新型冠状病毒感染实施“乙类乙管”。在逐步全面放开新形势下,使用家用医疗器械自我监测健康状况,已成为众多居民的基本防护步骤,而血氧仪更是成为家中必不可少的“防护装备”之一。

那么血氧仪对新冠的作用在哪?

新冠会导致肺部感染,从而降低血氧含量,当血氧含量处于低位时,可能会感到疲劳和呼吸急促,即使没有任何不适,这样的情况也很危险!血氧仪是新冠肺炎临床诊断方法之一,通过血氧浓度变化来判断是否患上新冠肺炎,对于一些轻型新冠肺炎患者,轻巧便捷的家用血氧仪被医生推荐使用。疫情期间,很多品牌的血氧仪被哄抢一空,一度缺货。

APM32F030血氧仪应用方案

极海APM32F030系列MCU,具有低功耗、高性能、快速移植等特点,可帮助客户加快研发速度,提升产品性能,缓解血氧仪等医疗电子设备的供需压力。

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强大运算处理能力

基于Arm® Cortex®-M0+内核,工作主频48MHz,具有高效运算处理功能,可实时处理大量指令信息;内置高达64 Kbytes Flash和8 Kbytes SRAM,支持开发更多自定义功能,升级后的高速存储空间,可快速应对血氧仪运行期间所产生的能耗开销,为用户提供更好的使用体验。

丰富外设资源

集成RTC、Timer(带PWM模式)、DMA以及高速SPI、主从I2C、USART等数字外设和通信资源,有助于全面提升产品的多样化控制和广泛连接性,有利于实现血氧仪多样化的控制和通讯需求。

低功耗&高精度&高可靠性

支持运行、待机、休眠三种超低功耗模式,内置高精度12位ADC,支持10/16个外部通道数,可实现动态高精度实时采样,提高血氧仪测量的灵敏度和精准度。APM32F030系列MCU,已通过IEC 60730软件安全认证,可提供符合IEC 60335标准的软件安全认证程序库,有助于大幅减少软件工程师投入认证的时间和成本,助力用户聚焦硬件及产品外围功能的研发创新。

APM32F030主要性能参数 

APM32F030系列MCU,拥有丰富的软硬件开发资源,使用便捷、易用开发,支持快速移植。目前,该系列芯片还可广泛应用于风机、测距仪、烟雾报警器以及额温枪等领域。

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来源:Geehy极海半导体

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随着12月7日国家“新十条”防疫政策的发布,动态清零时代已成过去, 各地防疫全面放开的情况下,各地新冠阳性人员比例先后进入高峰期。其中大部分人员经过感染和自然免疫的过程可以安全度过感染和痊愈的过程, 但对少部分有基础疾病或免疫力低的人群,会有转入重症的可能。

有医生建议,脆弱人群应尽早在发病初期进行抗病毒药物治疗,并准备指夹血氧仪进行重症监测。为了保障家里老人的安全,不少家庭都开始着手购置家用血氧仪。一时间血氧仪供应紧俏,成为继抗原检测试剂、莲花清瘟以及布洛芬之后,又一脱销的防疫产品。

武汉芯源半导体作为国内优秀的半导体设计厂商,可提供基于CW32F003E4P7的便携指夹式血氧仪全套解决方案,实现0.2%的弱灌注检测能力。

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CW32F003E4P7血氧仪方案特点:

1、低弱灌注性能,最低可达到0.2%。(可保证在信号弱、儿童、失血多、肢体冰凉的低灌注的患者进行准确测量)

2、光强自动调节。(可根据病人的手指大小自动调节发射光强,保证信号质量更好,功耗更低,可以使用不同大小的手指、不同皮肤颜色)

3、优秀的环境光抵消功能。(可以在室内以及光线较强的临床环境使用)

4、TFT显示,采用0.96inch TFT彩屏显示

5、可测量血样饱和度SpO2、脉率PR和灌注指数PI

6、可进行屏幕方向翻转。

7、5s快速出测量结果

8、血氧饱和度和脉率超限报警

9、无手指自动关键

10、电池电量报警以及电池电量低自动关机

CW32血氧仪方案技术规格

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便携指夹式血氧仪外形小巧方便携带并且使用方便,一般老年人都可以自己快速操作。指夹式血氧仪测血氧不再需要取血,轻轻往手指上一夹就可以知道自己的血氧、脉搏等指标,在家就可以随时随地检查自己的健康状况,为广大市民提供便捷。

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不同于市面类似解决方案的是,CW32F003E4P7属于高性价比32位MCU,内置FLASH容量仅20KByte。芯片成本得到有效控制的同时,MCU集成的高精度模拟功能依然支持实现卓越的血氧检测能力,可以保证在信号弱、儿童、失血多、肢体冰凉的低灌注的患者进行准确测量。

CW32F003在指夹式血氧仪应用中的关键优势有:

1、12位SAR ADC可实现ENOB 11.3位

2、内置电压参考

3、宽电压工作范围1.65V ~ 5.5V

4、高性能低成本

在血氧仪方案的应用上,武汉芯源半导体提供CW32F003单片机的用户手册、设计文档、配套SDK等丰富完备的资料,帮助客户工程师快速上手,能有更多的精力投放到终端产品系统化实现当中,创造出更具市场竞争优势的产品。

有关血氧仪方案相关问题,请咨询武汉芯源的销售和官方代理商。更多MCU详细信息,请访问武汉芯源官方网站:https://www.whxy.com

来源:武汉芯源半导体

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自12月国内最新防疫政策调整以来,抗疫三年终于要接近尾声了。小编自己和身边的亲友同事也都已经经历或正在经历着“喜羊羊”、“美羊羊”等各种状态。除了各类退烧药、口罩、黄桃罐头之外,血氧仪也成为异常火爆的特需品。

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血氧仪示意图

下面,小编就血氧仪的工作原理和所用MCU给大家做个介绍。

血氧仪主要测量指标分别为脉率、血氧饱和度、灌注指数。血氧饱和度是临床医疗上重要的基础数据之一。对于新型冠状病毒感染患者而言,对血氧饱和度的测试,可有效监测呼吸系统异常状况。特别是肺部受到感染的患者,其血氧度会降低,易引发低氧血症。这类情况在体质虚弱,免疫功能缺陷,以及60岁以上老年人等有基础疾病的人身上尤其显著。这类人群随着机体机能的下降,对于疲惫、呼吸不畅等症状的敏感程度降低,以至于当发现病症时,已处于非常虚弱的状态,极易引发危及生命的其他症状。因此,作为有效的预测手段,血氧仪能及时地了解血氧饱和度的情况,若有明显的下降(如,血氧饱和度低于93%),则需及时就医。

以家用指压式血氧仪为例,一个血氧仪一般由MCU、存储芯片、两个控制LED的数模转换器、两个发光二极管驱动等组成。将发光二极管对准指尖被测部位,两个发光二极管释放波长为660纳米的红光和波长为940纳米的红外光,含氧的血红蛋白对这两种波长的吸收率和不含氧的差别很大。利用这个性质,可以计算出两种血红蛋白的比例。在血氧测量时,还原血红蛋白和有氧合血红蛋白,通过检测两种对不同波长的光吸收的区别,所测出来的数据差就是测量血氧饱和度基本的数据。通过增加不同波长的光谱分析,可以将测量的精度做得更好。

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血氧仪应用框图

灵动的MM32 MCU产品已被广泛地应用在了一些主流的血氧仪产品中,在去年底香港疫情爆发阶段及最近国内疫情蔓延之际,MM32F0010/F0020和MM32F0140都是该应用的主力产品。

MM32F的100K次Flash擦除次数可以有效地作为用户数据存储,从而在系统BOM上节省EEPROM,高性能的1Msps 12b ADC能对光电采样结果进行大数据量的暂存和处理,提高采样的效率并有助于对结果做高精度的计算。

新晋推出的MM32L0130系列,集成了段码LCD控制器,且待机功耗可低至100nA,可进一步降低血氧仪的整体功耗,实现更长久和易用的用户体验。

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更多有关灵动血氧仪的信息,请访问:

https://www.mindmotion.com.cn/applications/medical_and_healthcare/portable_oximeter/

来源:灵动MM32MCU

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在医疗电子设备中,血氧仪利用红外光技术,透过手指皮肤和肌肉骨骼组织后的光亮度,可以精准的检测人体血氧饱和度和脉搏,令病人免受采血检测的痛苦。血氧仪适用于任何年龄段的人,特别是帮助有血管疾病、呼吸系统疾病的人检测出缺氧危险,预防发病。

疫情解封的后疫情时代,在应对新冠感染的特殊时期,血氧仪被掀起又一次购买风暴。因为血氧仪是新冠临床诊断的方法之一,血氧持续低于95,很大可能肺部有炎症,《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第八版)》更是指出:血氧饱和度是判断重症病例的关键条件之一,静息状态下吸空气时血氧饱和度≤93%,判断为重型。

血氧仪测量原理

指夹血氧仪原理是通过检测血液对不同波长光的吸收量, 测量氧合血红蛋白(HbO2)和脱氧血红蛋白(Hb)的百分比,从而计算血氧饱和度(SpO2)。由于血液中的血红细胞,其中含氧血红蛋白和还原血红蛋白这两种血红蛋白对红光和红外线由不同的吸收能力。还原血红蛋白吸收的红光较多,红外线较少。而含氧血红蛋白则相反,它吸收的红光较少,红外线较多。通过在指甲式血氧仪的同一位置设置红光LED和红外线LED灯,当光线从手指的一面穿透到另一面,被光敏二极管接受后,可产生对应比例的电压。经过单片机处理,将输出结果显示在液晶显示屏上。

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指夹血氧仪外观图

指夹血氧仪静止状态为黑色息屏状态,外观为长方体,与其他市面上的血氧仪无异。在放入手指时,可以看到中间数字部分跟下方波浪部分均显示为直线,过了约3秒后,中间直线部分开始先显示数值,左侧为血氧饱和度,右侧为心率,最下方黄线直线也逐渐显示为波动的波浪线,为脉搏波形。PI值灌注度可达0.3,可达二类医疗器械认证标准。

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首先,用螺丝刀撬开了指甲式脉搏血氧仪转动关节处的卡口,将指夹式脉搏血氧仪一分为二,显示板上盖与电池仓部分。 

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在显示屏背面是电池盖,在电池仓里面是两节5号得力无汞碱性电池  1.5V

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接着稍微用力打开顶部的外壳,可以看到里面是有OLED显示屏以及控制板的序列号。

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随后再拆开卡着控制板的卡扣,掰开连线,控制板便可卸下;特写一下控制板背面;元器件1 红外光接收传感器,具体参数未标识。

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控制板正面

红圈里的元器件2是GS358是运放放大器芯片,元器件3是核心主控MCU航顺芯片的 HK32F030MF4P6。其余的还有三极管主要做电流放大与开关作用、电源管理类的芯片、电感等、主要是做电源稳压一些辅助器件。

HK32F030MF4P6主要参数:

  • 内核 Cortex-M0   工作主频 32MHz

  • 16KB Flash ROM、4KB  SRAM

  • 支持USART、SPI、IIC、ADC等

  • 支持Flash加密功能

  • Standby待机功耗  1.6uA@3.3V

  • 工作电压  1.8V ~ 3.6V

  • 工作温度  -40ºC ~85ºC

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控制板背面

首先中间红色位置元器件1为红外光接收传感器 ,由于缺乏标识,具体型号未知。其余的还有三极管主要做电流放大与开关作用。

产品特性:

  • CPU 内核

  • ARM® Cortex®-M0

  • 最高时钟频率:32 MHz

  • 24 位 System Tick 定时器

  • 支持中断向量重映射(通过 Flash 控制器的寄存器配置) 

  • 工作电压范围:1.8 V ~ 3.6 V

  • 工作温度范围:-40℃ ~ +85℃

  • 典型工作电流

  • 运行(Run) 工作模式:2.338mA@32 MHz@3.3V(73 μA/MHz)

  • 睡眠(Sleep) 模式:1.197mA@32 MHz@3.3V(35 μA/MHz),唤醒时间 21 ns

  • 深睡眠(DeepSleep) 模式:0.613mA@114 kHz@3.3V,唤醒时间 7.8 μs

  • 停机(Stop) 模式:30.12μA@3.3V,唤醒时间 10 μs(可用外部引脚或内部定时器唤醒)

  • CPU 跟踪与调试

SWD 调试接口

  • ARM® CoreSightTM调试组件(ROM-Table, DWT, BPU)

  • 自定义 DBGMCU 调试控制器(低功耗模式仿真控制、调试外设时钟控制、调试及跟踪接口分配)

  • 存储器

  • 最大支持32 KByte Flash(128 页,每页 128 Byte;32 位数据读,16 位数据写)

  • Flash 具有数据安全保护功能,可分别设置读保护和写保护

  • 448 Byte EEPROM

  • 2 KByte SRAM

  • 数据安全

  • CRC 校验硬件单元

  • 时钟

  • 外部 GPIO 输入时钟:支持 1 ~ 32 MHz

  • 片内高速 HSI 时钟:32 MHz

  • 片内慢速 LSI 时钟:114 kHz

  • 复位

  • 外部管脚复位

  • 电源上/下电复位(POR/PDR)

  • 软件复位

  • 看门狗(IWDG 和 WWDG)定时器复位

  • GPIO 端口

  • 最多支持 16 个 GPIO 端口(TSSOP20、 QFN20 封装产品)

  • 每个 GPIO 都可作为外部中断输入

  • 内置可开关的上、下拉电阻

  • 支持开漏(Open-Drain) 输出

  • 输出驱动能力高、低两档可选

  • IOMUX 引脚功能多重映射控制器

  • 小型封装(如 SOP8)产品, 可通过 IOMUX 可以实现单根引脚对应多个 GPIO 或外设 IO 的映射控制。

  • 数据通信接口

  • 1 路高速(最高 4 Mbit/s) USART(MCU 在停机(Stop)模式下, 支持数据接收唤醒)

  • 1 路高速(最高 1MHz) I2C(MCU 在停机( Stop)模式下, 支持数据接收唤醒)

  • 1 路高速(最高 16 Mbit/s) SPI(支持 I2S 协议)

  • 定时器及 PWM 发生器

  • 1 个 16 位高级 PWM 定时器(共 4 路 PWM 输出,其中 3 路带死区互补输出)

  • 1 个 16 位通用 PWM 定时器(共 4 路 PWM 输出)

  • 1 个 16 位基本定时器(支持 CPU 中断)

  • 1 个自动唤醒定时器(AWU),可用于 MCU 停机( Stop)模式下工作。

  • 蜂鸣器

  • 1 个蜂鸣器,可输出 1、 2、 4 或 8 kHz 频率脉冲。

  • 在 MCU 停机( Stop)模式下, 蜂鸣器可继续工作并可定时触发 ADC 采样。

  • 片内模拟电路

  • 1 个 12 位 1 MSPS ADC(共 5 路模拟信号输入通道,支持差分对输入)

  • 1 个上/下电复位电路

  • 1 个 0.8 V 内部参考电压(内部参考电压在片内被 ADC 采样)

  • ID 标识

  • 64 位芯片唯一 ID 标识

  • 每颗提供一个唯一的 64 位 ID 标识。

  • 可靠性

  • 通过 HBM6000V/CDM500V/LU700mA 等级测试。

航顺HK32MCU优势

  • 高度兼容性

和国外品牌MCU硬件全兼容

  • 低成本

市面上第一颗单价低于1块人民币的32位MCU

  • 高安全性

FLASH具有数据安全保护功能,可分别设置读保护和写保护,可以很好地保护用户代码的安全,防止算法被非法窃取

  • 方案成熟

经过国内几大品牌商验证并量产,通过FDA和CE认证

  • 供货稳定

航顺解决了从晶圆、封装以及测试等整个供应链的产能问题,可提供充足、稳定的货源

写在最后

值得一提的是,使用HK32MCU指夹式脉搏血氧仪相对突出的地方在于,在同等位的指夹式血氧仪中,从其配置的主控芯片来看,本方案指夹式脉搏血氧仪是一款性价比较高的血氧仪。具备实时处理性,便携灵活,续航能力高等优点,与此同时该款血氧仪可以说集齐了医学功能的集成电路,现代信息科学等学科元素,对于发展电子设备多功能化,多场景化有着重要的意义。

当前,正值后疫情新冠感染的特殊时期也是高峰期,指夹式血氧仪可以帮助协助检测。有关专家也表示,对一些高风险人群,如肺间质纤维化、慢阻肺,甚至肺部肿瘤等有基础疾病的病人,八十多岁、甚至九十岁高龄老人,感染新冠了,买一个简易的指夹式血氧仪,还是有必要的。除了血氧仪,半导体厂商也在开发更多可以有利于对抗新冠病毒的医疗电子产品。

来源:航顺芯片

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围观 121

随着新冠疫情防控政策全面转入“乙类乙管”新阶段,自我健康监测管理更加重要,特别是老年人和患有基础疾病的人群,感染新冠病毒后容易出现“沉默性缺氧”现象,若不能及时加以发现和医治,极有可能发展成为危重情况。因此,防疫专家建议脆弱人群应尽早在发病初期进行抗病毒药物治疗,并使用便携式家用血氧仪进行自我监测。

那么问题来了,小小的便携式血氧仪为什么如此重要,它能起到什么作用呢?又是如何工作的?除了血氧仪,国产芯片在医疗健康设备上还有哪些应用?小编为您一一解答。

为什么选择血氧仪?

血氧仪是用来检测人体血氧饱和度的主要仪器设备,而血氧饱和度是判定新冠重型患者的重要参考指标之一。国家卫健委《新型冠状病毒肺炎诊疗方案第九版》规定,血氧饱和度低于93%应该及时就医。在通常情况下,血氧含量降低(血氧饱和度低于90%)就会引发严重低氧血症,这时会出现疲惫、胸闷、呼吸急促、呼吸困难等症状。还有部分老年人对血氧降低不敏感,甚至在血氧饱和度已经很低的情况下也感受不到任何不适,即所谓“沉默性缺氧”,但是,其低氧血症会给身体健康留下严重隐患并危及生命。因此,只要血氧监测发现血氧饱和度低于93%,无论是否新冠阳性感染者,也无论是否有其他高危症状,都需要及时就医。最近,便携式血氧仪由于方便使用而成为个人和家庭血氧监测的必备“神器”,甚至跟疫情初期的额温枪一样成为抢手货。

血氧仪的工作原理

人体血液中的血红蛋白对不同波长光的吸收量不同,通过检测和分析这种差别,就可以得出血氧数据。指夹式、手腕式、臂式、手持式、可穿戴式等便携式血氧仪的工作原理大致相同,都是通过设备上的测试灯照射人体,之后人体反射光信号,设备上的接收器接收到这些光信号后,通过智能算法分析得出血氧饱和度数据。市面上的家用便携式血氧仪的测量误差通常在5%以内,其测量结果可作为家庭自我监测参考。一旦指标异常应及时就医,以医院专业设备监测数据作为进一步诊断的依据。

家用血氧仪的结构和功能都较为简单,主要由一颗MCU控制芯片,配合光电二极管等外围器件电路组成,实现信号采集、数据分析和结果显示等功能。其中带有低功耗、高精度ADC等功能的MCU芯片是保证血氧仪精确度的核心器件。

国产N32系列MCU的医疗健康应用

国产芯片厂商国民技术在疫情初期就已推出了基于N32 MCU的血氧仪、额温枪等家用医疗设备解决方案,后续又根据需要及时推出了核酸检测仪、心电图仪、血糖仪等解决方案,为抗击新冠疫情做出了贡献。国民技术N32G031、N32G430、N32L406、N32G452、N32G455、N32G457等MCU,以及N32WB031蓝牙芯片等在血氧仪、额温枪、红外测温仪、核酸检测仪、心电图仪、血糖仪、血压计等医疗健康设备中都有成功应用案例。

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家用医疗案例分享

指夹式血氧仪应用

血氧仪主要测量指标分别是脉率、血氧饱和度、灌注指数。其中血氧饱和度是指在全部血容量中被结合氧气容量占全部可结合的氧气容量的百分比,是临床医疗上重要的基础数据之一。指夹式式血氧仪可用于家庭血氧监测。

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推荐型号:N32G031、N32G430、N32WB031

额温枪应用

额温枪针对量测人体额温基准设计,操作非常简单、方便携带,使用非常广泛。当额温枪对准被测对象时,红外线传感器就会进行温度采集,转化为电信号,通过运放放大,随后进行AD转换,然后将转换结果通过通信接口传输到MCU,最后通过LCD段码屏显示出来。

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推荐型号:N32L406

红外测温仪应用

红外测温有着响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点,在各种场合均有大量应用。红外测温仪配置激光瞄准器辅助快速瞄准目标,主控MCU通过I2C通信读取红外测温芯片温度数据并进行数据处理,然后通过SPI通信在LCD上显示温度数据,并具有工作模式设置、蜂鸣器报警、温度数据存储,以及将温度数据传输到上位机进行数据分析等功能。

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推荐型号:N32G452

核酸检测仪应用

核酸检测为确认新型冠状病毒感染提供关键的支持性证据。核酸检测仪主要用于医院或监测机构检测病原体的核酸,通过直击病毒的RNA或DNA结构,检测血液中是否在病毒核酸,诊断有无病原体感染。

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推荐型号:N32G452、N32G455

心电图仪应用

心脏在搏动之前,心肌会发生兴奋,产生微弱电流并经人体组织向各部分传导。由于身体各部分的组织不同,各部分与心脏间的距离不同,因此在人体体表各部位,表现出不同的电位变化,这种人体心脏内电活动所产生的表面电位与时间的关系称为心电图。心电图仪就是用来记录这些生理电信号的仪器,便携式心电图仪通常由主机、导联线、电源、打印机等组成,可用于门诊和急救等场合。

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推荐型号:N32G455、N32G457

血糖仪应用

我国是世界上糖尿病患者最多的国家,但中国糖尿病监测医疗器械市场发展低于全球发展水平,现处于快速追赶阶段。糖尿病监测医疗器械分为血糖监测系统、持续血糖监测系统和其他器械。血糖仪主要应用于普通用户的慢性病血糖日常监测中,可自主对血糖进行监测,可作为普通临床诊断依据之一。

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推荐型号:N32L406

来源:Nations加油站

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随着疫情的放开,全国各地的阳性人数呈爆发性增长,12月27日国务院联防联控机制新闻发布会上介绍当前新冠疫情仍在全球持续流行,病毒也在持续变异,还存在很多不确定性。

血氧仪作为一种检测人体血氧饱和度的医疗设备在市场上引起一波抢购潮,百度指数显示,近二周内,血氧仪搜索指数日均值分别为19859,环比增长187%,同比分别增长8771%。

早在2020年,航顺HK32MCU、存储器EEPROM 、LCD驱动HK1621就大批量应用在抗疫医疗器械产品,从疫情发生以来被深圳市工信局/深圳市审计局/龙岗区工信局纳入深圳市抗疫医疗器械芯片九家之一。

公司也成为2020年疫情发生后深圳第一批复工复产企业,就是为了保障了KK级血氧仪、额温枪主控芯片MCU以及其他的疫情产品EEPROM和LCD驱动HK1621系列芯片供货,有力的防止海内外新型冠状病毒肺炎疫情蔓延。

近几年来,航顺HK32MCU作为国内优秀的半导体设计厂商,其自主研发的基于ARM® Cortex®-M0内核32位HK32F030M/0301M以及HK32F030系列MCU做为主控并联合数十家采用航顺主控生产血氧仪客户共同开发了多款高精度指夹式血氧仪,市场需求异常火爆。此系列血氧仪产品部分达到II类医疗器械标准,并已取得医疗等级认证,包括电磁兼容报告、国内三证以及供出口的CE、FCC等欧美认证,并可持续供货保障国内外客户需求。

指夹式血氧仪外形小巧方便携带并且使用方便,一般老年人都可以自己快速操作。指夹式血氧仪测血氧不再需要取血,轻轻往手指上一夹就可以知道自己的血氧、脉搏等指标,在家就可以随时随地检查自己的健康状况,为广大市民提供便捷。

◆ 血氧仪原理

基于动脉搏动期间光吸收量的变化。分别位于可见红光光谱(660纳米)和红外光谱(940纳米)的两个光源交替照射被测试区(一般为指尖或耳垂)。在这些脉动期间所吸收的光量与血液中的氧含量有关。微处理器计算所吸收的这两种光谱的比率,并将结果与存在存储器里的饱和度数值表进行比较,从而得出血氧饱和度。

典型的血氧仪传感器有一对LED,它们通过病人身体的半透明部位(通常是指尖或耳垂)正对着一个光电二极管。其中一个LED是红光的,波长为660nm;另一个是红外线的,波长是940nm。血氧的百分比是根据测量这两个具有不同吸收率的波长的光通过身体后计算出的。

指夹式血氧仪主要架构:

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◆ 产品介绍:

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产品外观

◆  功能框图

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采用HK32F030/030M系列MCU功能框图

指夹式血氧仪采用航顺HK32F030和HK32F030M/0301M系列MCU作为主控,其中HK32F030系列MCU最高工作频率可达72M并集成丰富的外围接口最多支持2路串口,2路SPI以及2路I2C,内置64K Flash、10K SRAM可实现大量数据处理并进行存储,搭配高速SPI总线完美的实现数据O-LED显示。芯片内部集成高精度12位ADC、高精度时钟并内置RTC功能,温度范围-40°~105°,支持宽电压供电2.0V~5.5V。此方案除了本身的高精度特点外,还具有外围元器件少、易于布板、且方便生产等特点。

除HK32F030系列MCU应用血氧仪之外,HK32F030M/0301M系列MCU也大批量应用在血氧仪产品中。HK32F030M/0301M系列MCU最高48M主频,支持多种供电范围:1.8~3.6V以及2.4~5.5V,最大内置32K FLASH、4K SRAM、448B EEPROM,支持最多4路串口、1路高速硬件SPI、一路硬件I2C并支持I/OMUX功能,外围接口也非常的丰富并内置高精度时钟,无需外挂晶振,此方案具有更低的BOM成本,更具有性价比,客户可以根据实际需求选择不同产品。

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内部的PCB图

◆ 产品主要特点

1、可监测血氧饱和度、脉搏参数。并有脉搏脉状图显示。

2、在无信号时约8秒钟后自动关机功能。

3、使用两节AAA电池,功耗低,所配电池可持续使用20小时。

4、低电压报警显示。

5、产品轻,体积小,便于携带。

6、使用方便,一键操作。

7、具有较高的准确性和重复性。

◆ 产品主要参数

1、血氧饱和度: 

● 测量范围:70%~99% 

● 显示范围:0% ~100% 

● 测量精度:运动状态下 ±2%,非运动状态下±1%

● 分辨率:1% 

2、脉搏率: 

● 测量范围:30~250次/分 

● 测量精度:±3次/分

● 分辨率:1次/分 

详细参数参考下图:

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◆  产品使用注意事项

1、不可与核磁共振或CT设备共用。

2、不可做报警设备使用,本设备无报警功能。

3、爆炸危险:不可在易燃麻醉气体的环境中使用本监护仪。

4、血氧仪对病人诊断只起辅助作用,请医生结合临床表现和症状做出诊断。

5、须时常检查血氧仪传感器测试点以确认传感器测试点的患者的皮肤完整和循环状况良好。

6、指夹式脉搏血氧仪的传感器不适于接触粘性胶带,此情况可能导致测量数据错误或误认为被测皮肤有水泡。

7、血氧仪无血氧报警功能,不可作为长时间连续监护仪使用。

8、长时间使用时或根据患者不同的情形周期性的更换测试点。最长时间隔4小时必须更换测试点和检查患者皮肤的完整性循环状况并且做出正确的调整。

9、高压消毒、乙烯基氧化物消毒液或者把传感器浸入液体消毒液中会引起错误的读数。

来源:航顺芯片

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