在疫情防控政策优化之后，将便携式血氧仪、家用制氧机、额温枪等为代表的健康管理设备纳入家庭医药箱，预计会长期持续地提振这些产品的需求空间。此外，疫情并非健康管理设备销量上涨的唯一“催化剂”，人口老龄化、对健康监护的需求更丰富更多元、以及产品智能化都将长期持续性地推动市场需求的提升。

市场调研数据显示，2021全球脉搏血氧仪市场销售额达到了21亿美元，预计2028年将达到36亿美元，年复合增长率为7.5%（2022-2028）。扩展到整个细分领域，2022年我国家用医疗器械零售市场总体规模达327亿元，较疫情前整体规模上涨接近50%。后疫情时代，家用医疗器械季度销售规模在80亿元上下波动。

健康管理产品在未来多年的销量都将呈现持续上扬的趋势，这也将为MCU市场带来长期的增长点。分析机构对未来几年MCU在该细分领域的持续看好也印证了上述分析。在Omdia最新的行业分析报告中，2022年中国医疗电子产业将为MCU厂商带来1.56亿美元的市场销售额。展望未来，MCU的销售额预计将以7.5%的复合年增长率增长，到2026年将达到2.04亿美元，占到全球市场约27%的份额，并领跑于全球市场的增长速度。

▲ 中国vs全球医疗电子市场 - 年度MCU营收

来源：Omdia

以指夹式脉搏血氧仪为例，虽然其市场规模持续增长，但是其发展仍面临诸多挑战。目前国内血氧仪市场面临产品同质化严重、监测精度达医疗级的产品较少、性价比不高等问题，亟需寻找破局之路。适用性、监测精度、运动性能、成本控制成为考察指夹血氧仪研发及生产企业的重要指标。

放眼全球，人工智能(AI)技术与健康管理领域的融合不断加深，应用场景不断扩大，如语音录入病历、医疗影像辅助诊断、药物研发、手术机器人、个人健康大数据智能分析等，都是AI技术目前的热门应用领域。而随着MCU的算力不断提升，将人工智能集成在MCU上，只用一颗芯片实现端侧部署，正在成为新的应用趋势。

在长尾需求和持续创新的驱动下，健康管理产业链寻找性价比高、稳定可靠、供货保障的相关MCU供应商成为重中之重。

在过去几年，兆易创新GD32系列MCU持续为健康管理产品终端客户稳定供货，为抗击疫情提供了强有力的保障，具备了较高的市占率。GD32E230系列超值型MCU累计出货数据已超2亿余颗，并广泛应用于血氧仪、额温枪、病毒检测仪、疫苗保温箱等；GD32F450/470系列高性能MCU大量应用于热成像仪、制氧机、呼吸机等，深受行业认可并屡获殊荣。囊括“中国芯优秀支援抗疫产品”、“中国芯优秀市场表现”、“全球电子成就奖”等多项业界大奖。

血氧仪的工作原理

血氧饱和度(SpO2)即血液中血氧的浓度，是呼吸循环的重要生理参数。在《新型冠状病毒肺炎诊疗方案（试行第九版）》中，有关治疗的措施提到，“密切监测生命体征，特别是静息和活动后的指氧饱和度等”；多名专家在进行疾病科普时也都提出：“氧饱和度低于93%比较危险”，缺氧可导致机体器官受损，特别需要警惕老年人“沉默性缺氧”。这意味着，是否需要去医院就医、是否发展为重症，血氧指标成为了重点。而且家用血氧仪，尤其是指夹式血氧仪，因为便携、方便且价格实惠，成为了人们关注的重点。

目前流行的指夹式光电传感器测量血氧的方法，测量时，只需将传感器套在人手指上，然后将采集的信号处理后传到显示屏上位机即可观察到人体血氧饱和度的情况。

血液中氧的含量可以用生理参数血氧饱和度(SpO2)来表示。血氧饱和度(SpO2)是血液中氧合血红蛋白(HbO2)的容量占所有可结合的血红蛋白(HbO2+Hb)即氧合血红蛋白和还原血红蛋白容量的百分比，即

对同一种波长的光或者不同波长的光，氧合血红蛋白(HbO2)和还原血红蛋白(Hb)对光的吸收存在很大的差别，而且在近红外区域内，他们对光的吸收存在独特的吸收峰；在血液循环中，动脉中的血液含量会随着脉搏的跳动而产生变化，即说明光透射过血液的光程也产生了变化，而动脉血对光的吸收量会随着光程的改变而改变，由此能够推导出血氧探头输出的信号强度随脉搏波的变化而变化，然后根据朗伯-比尔定律推导出脉搏血氧饱和度。

基于GD32的指夹式血氧仪方案

使用GD32E230C8T6作为主控MCU，是中国首款基于全新Arm® Cortex®-M23内核的通用微控制器产品，取代及提升传统的8位和16位MCU，并替代Cortex-M0/M0+产品，带来更具性价比的解决方案。该系列MCU不仅拥有超值的高速处理能力，还提供了丰富的接口资源来增强连接性。

整个血氧仪通过2节AAA电池供电，内部ADC可以实时监测电池电量，开机和设置参数均通过一个按键完成，蜂鸣器用于开机提示和报警提示。发射管通过PWM驱动，接收管的信号通过ADC采样。OLED通过SPI接口与主控相连接，用于显示各种参数和波形信息。

方案特点

显示：采用双色OLED，支持四向切换显示

报警：声光报警、上下限可调

电池：2节AAA电池

自动关机：8秒无操作自动关机

体积小、重量轻、携带方便

产品规格

血氧饱和度测量范围：70%-99%

血氧饱和度测量精度：80%-99%，范围±2%，≤70%，精度无定义

血氧饱和度分辨率：血氧饱和度±1%

脉率测量范围：30-240BPM

脉率测量精度：±1%或±1BPM

功耗：小于30mA

防疫放开后的制氧机需求

如果说居家必备的血氧仪是预警，那么制氧机则已经迈入辅助治疗的行列。如果出现呼吸困难、低氧血症等不适症状，可以通过吸氧来进行缓解，此时制氧机对有吸氧需求的患者，如有基础病的老人有一定的帮助。

相关信息显示，制氧机的使用人群为中老年人、孕妇、特殊患者等，容量在1L-3L、5L-10L不等。不同程度缺氧的人群，都可以在征询医生意见后尝试使用制氧机。1-3L这类小容量属于保健型（家用型），通过给氧改善身体供氧状况，消除疲劳，恢复身体机能，适用于部分出现缺氧症状的中老年人和孕期妇女、体质较差者、运动员、重体力劳动者和脑力消耗者。如果去高原旅游，便携式的制氧机还可以缓解高反带来的不适。

基于GD32的家用制氧机方案

目前市面上的家用制氧机多为分子筛制氧机，特点是成本便宜、使用方便、移动灵活、携带安全等。

分子筛制氧机的工作原理是变压吸附(PSA)技术和解吸技术。在工作时，会吸附空气中的氮气并且收集空气中剩余的氧气，经过净化处理后变为高浓度的氧气，随后用吸氧管将氧气供给患者使用。整个过程是周期性地动态循环的，分子筛并不会消耗。

MCU在制氧机中主要起到控制和显示作用。GD32F303系列主流型MCU提供最高120MHz主频，大容量存储，多路高级定时器和高精度的ADC，液晶屏接口以及丰富的通讯接口，可满足主流制氧机的控制、数据采集和通信、显示功能需求。对于性能要求更高的制氧机产品，推荐使用GD32F4系列高性能MCU，具备高达240MHz的工作主频，并集成了TFT LCD控制器和硬件图形加速器IPA，在提供更强劲处理效率之余，亦可满足高分辨率的HMI显示功能。

工作生活必备的红外额温枪

额温枪是一种红外线测温仪。不同于传统的口腔腋下等接触式体温计，是针对量测人体额温基准设计。操作简单高效便捷，无镭射点，不会对眼睛造成潜在伤害；不需要接触人体皮肤，能够避免交叉感染；能实现1键测温，1秒测温。

额温枪一般配有显示屏，用于显示温度，以及过往测试记录等信息。通过按键可以进行模式的设置、温度的采集、记录的查询等等。另外有些还会配有声音、灯光报警提示功能。额温枪上最关键的器件主要有主控MCU和测温Sensor。

当红外额温计对准并靠近被测对象至数字接近式传感器检测的有效距离时，按下电源/测量键，并保持若干秒，则红外额温计内部的红外传感器模块就会进行温度采集，并转化为电信号，随之将电信号转换为数字信号，而后通过通信接口传输到MCU。

MCU通过数字温度传感器采集当前环境温度对传输的温度数字信号进行相应温度补偿处理，并把修正后的温度作为当前记录编号存储，从而进行相应的OLED或LCD屏幕显示，若体温异常同时还会进行“嘀嘀嘀嘀嘀”报警，最后语音播报当前温度。

基于GD32的额温枪设计方案

以非接触式红外额温计为例，通常由低功耗、高安全性的GD32E230系列MCU、电源模块、按键模块、红外传感器模块、OLED或LCD显示模块、语音模块或者喇叭组成。

基于GD32E230K8U6作为主控MCU，具有性价比高、存储容量大、安全性高、功耗低、接口丰富等特点。市面上额温枪产品普遍采用LCD段码屏，通过GD32E230驱动OLED屏，显示效果更加细腻，关断零功耗的设计更可延长电池的使用寿命，增强产品实用性。

兆易创新GD32作为全球32位微控制器的领先品牌，在产品设计上具备了高品质、高可靠、低成本和低功耗的优势特点，采用业界先进的代工工艺制造，并采用多个认证工厂及生产线同时供货，在保证产品一致性和可靠性的前提下，GD32具备了灵活弹性的充足产能与稳定供货保障，更提供了“主控芯片+算法+解决方案”的一站式量产服务，节省开发时间降低成本投入，与合作伙伴同心协力为用户提供支持。

迎接双碳目标下的可再生能源新浪潮，GD32为“光伏+储能”行业持续爆发注入创新源动力。

近几年来，太阳能光伏和储能市场异常火爆。据欧洲光伏产业协会发布的《全球市场展望---太阳能2022-2026》报告显示，2019~2021年全球新增光伏装机量分别为117.6GW、139.2GW和167.8GW，其中2020年同比增长19%，2021年同比增长21%。该协会预计今年全球新增光伏装机量将达228.5GW，比去年增长36%。

与传统能源发电相比，太阳能光伏发电具有间歇性、波动性和随机性的特点，通过配置储能以改善用电质量，维持电网稳定，已经基本成为行业内的共识。随着光伏发电的持续发展，以及渗透率稳步提升，户用光储一体化成为各国户用光伏发电发展的主流方向。据统计，2021年全球家庭储能装机规模为6.6GWh，相比2020年增长了46%，预计今年有望达到9.4GWh。

光伏逆变器与储能变流器之间技术相似，在系统中的作用也相似。GD32 MCU已被广泛应用于光伏逆变和储能领域，包括逆变控制、数据监控、通讯传输、人机交互（HMI）、拉弧检测快速关断、效能优化、BMS监测保护、光伏配件等在内的多种应用场景。

1、逆变器的市场趋势及产品分类

逆变器作为光伏发电系统的核心设备，伴随着全球光伏产业的发展，呈现出快速增长的趋势。据Wood Mackenzie统计，全球光伏逆变器出货量从2015年的59.7GW，上升至2020年的185.1GW，年复合增长率达到25.40%。

根据技术路线的不同，逆变器主要可分为三种，即集中式逆变器、组串式逆变器，及微型逆变器。

集中式逆变器

输出功率大，单机容量500KW以上，技术成熟，主要应用在集中式光伏发电系统。

组串式逆变器

单机容量一般在200KW以下，包含并网组串式逆变器和储能组串式逆变器两个小类，具有功率密度高，安装维护简单，可满足户内、户外等不同应用环境要求的特点，可应用于规模较小的电站，也可用于地形复杂的大型地面电站。

微型逆变器

单机容量一般在5KW以下，具有高功率密度、安装维护简单、可自动适应复杂电网环境、延长发电时间，同时还内置了防雷及高精度漏电流保护，具备储能接口和多种通讯方式，广泛应用于住宅屋顶、庭院等户用光伏发电系统。

目前，市场主要以集中式逆变器和组串式逆变器为主。据公开数据显示，2021年，光伏逆变器市场中，组串式逆变器占了69.6%，集中式逆变器占比为27.7%，微型逆变器约占2.7%。近年来，随着世界各国对光伏发电的重视度提高，例如出台相关政策鼓励安装民用屋顶光伏系统，以及分布式装机需求旺盛，微型逆变器的市场渗透率正呈现出高增长趋势，预计2025年将提升至14%。

储能逆变器则集成了光伏并网发电+储能电站的功能，在电能富余时将电能存储，电能不足时将存储的电能逆变后向电网输出，平衡昼夜及不同季节的用电差异，起到削峰填谷的作用。

2、GD32 MCU 如何逐“光”而行

逆变器在光伏系统，发挥着交/直流转换、功率控制、并/离网切换等重要功能。MCU是逆变器中不可或缺的关键部件，而MPPT（最大功率点跟踪）是光伏发电效率最大化的关键技术。

MPPT相当于逆变器的大脑，是一个自动寻优的过程，能够实时侦测光伏组件的发电电压，并追踪最高电压电流值，使逆变器能在不同的日照和温度环境下跟踪最大功率点，确保光伏阵列输出功率最大化。

主控MCU硬件处理性能和软件算法共同决定了MPPT的工作效率，同时也是决定光伏逆变器发电量的关键因素。硬件效率主要由采样电路的精度，MPPT电压范围，MPPT路数决定；软件效率主要是由控制算法来决定。因此为了满足满足光伏逆变器高效率、高可靠性要求，主控MCU需要配备多路高精度ADC用于采集电压和电流信号、高精度定时器用于输出PWM控制及频率捕获功能、并支持硬件乘除法器、浮点运算、三角函数加速器等模块高效运行控制算法。

太阳能逆变器的目的是从太阳能板中提取最大功率，并且将清洁能源馈入电网。为了确保这一点，功率级电压和电流必须被准确采样，并且需要为DC-DC和DC-AC中的电源开关准确生成脉宽调制（PWM）。也就是说，主控MCU必须具有高采样率的ADC模块，及高精度的定时器来实现这些功能。

GD32F47x/42x系列MCU可凭借主频高达240MHz的Arm® Cortex®-M4内核，大容量存储优势，可以高效地处理逆变器的复杂控制算法。多达两组能够输出三相互补PWM波形的高级定时器、3个高达2.6MHz采样率的12位高速ADC，更有助于精准测量面板的电压和电流，满足逆变器驱动电路所需的高精度控制要求。

除了逆变主控，MCU还可用于逆变器内部的通信监控和HMI等模块。GD32F47x/F42x系列MCU提供了丰富的通讯接口，包括多达8路USART/UART、6路SPI、3路I2C、2路CAN总线、以太网MAC，USB2.0全速和高速通信接口，并集成了TFT LCD控制器和硬件图形加速器IPA。可以满足逆变电路的过温、过压、欠压等监控保护，以及与外界通讯、数据采集和传输、人机交互等更多智能化控制的需求。

相对于储能逆变器，并网逆变器对MCU的性能要求略低，人机交互界面要求也相对更简单，GD32F3系列MCU即可满足需求。这是大部分工程师都非常熟悉的基于Arm® Cortex®-M4的经典主流型MCU产品，提供最高120MHz主频，大容量存储，多路高级定时器和高精度的ADC，液晶屏接口以及丰富的通讯接口。在逆变器的监控模块、采集并传输微型逆变器运行数据的DTU、BMS模块等诸多场景中可以看到GD32F3系列MCU被光伏行业头部客户采用。

而对于近年增长势头明显的微型逆变器，以及单向并网光伏逆变器来说，之前主要采用DSP来实现正弦波逆变器控制，如今在供货保障和降本增效的要求下，不少逆变器厂商开始采用高性能MCU替代DSP，兆易创新的GD32E5系列MCU提供了成功案例和参考方案。

GD32E5系列MCU具备了传统DSP控制器的功能特性，采用主频高达180MHz的Arm® Cortex®-M33内核，内置硬件乘/除法器，并提供完整的DSP指令集和单精度浮点运算单元，配备硬件三角函数加速器，以增强的计算能力实现数字信号处理和开关电源控制，替换传统DSP。此外，GD32E5内置90ps超高精度定时器（SHRTimer）及5个独立的计数器，可以产生5组2路带死区互补输出的PWM控制信号，可与其它外设进行联动产生正弦波逆变需要的高频波形。

此外，兆易创新正在积极推进超高性能MCU产品布局，以Arm® Cortex®-M7内核提供800MHz以上的处理能力支持更高的变频特性，不断丰富适用于光伏储能系统的MCU产品组合。

自去年以来，光伏和储能市场的增速达到了100%以上，今年预计仍然会翻倍增长，特别在欧洲市场，由于电价高企，居民对新能源的需求旺盛。也正是由于光伏和储能市场的高度景气，持续提升了MCU的出货量。

3、拓展光伏配件应用新"蓝海"

在光伏和储能系统中，除了核心的逆变器，在周边配件中也能找到多样化的MCU应用场景。多种光伏配件解决方案都已成为GD32的用武之地。

关断器

安装于光伏板上的可实现光伏组件关断的装置，紧急情况下可以使光伏板的输出电压快速下降到安全电压以下，从而消除光伏系统阵列中存在的直流高压，避免直流拉弧、击穿空气引发火灾，保障人身安全。

GD32E230系列MCU具备高性价比、低功耗、ADC采样分辨率高、外设接口丰富等优势，通过电力载波的方式进行通信，可以实现快速关断功能。按照关断器和组件1:1的比例，未来关断器需求量也将会越来越大。

优化器

安装在光伏组件与逆变器之间，采取预测电流与电压技术，保障光伏组件始终处于最优工作状态，主要解决组件被遮挡、朝向不一致导致失配从而大幅降低光伏发电量的问题。能够实时采集光伏组件的发电数据（如电量、电压、电流、温度），并具备组件级关断和管理功能，提升安全保障。目前全球各大逆变器龙头企业都已在产品中配备了智能光伏优化器。

GD32E5系列高性能MCU可替代DSP，运行MPPT算法实现模块的最大功率跟踪，并实现数据采集、通讯监控和快速关断功能。

汇流箱

可以减少大型光伏并网发电系统中光伏组件与逆变器之间的连接线，具有可靠易维护的特点。GD32F303系列MCU可用于智能汇流箱中的监控盒，实现光伏组件的电流电压诊断，拉弧检测，以及RS-485或者无线组网功能。能够保障光伏系统在维护、检查时易于切断电路，当光伏系统发生故障时减小停电的范围。

当前，逆变器和储能市场的变化正在推动光伏行业的下一波增长。未来的智能逆变器将会集成更多高端技术，比如AI算法的融合可以让逆变器更智能主动地运行系统诊断功能，减少维护需求。逆变器也可以与其他设备通过网络连接到云，为用户提供更多的数字化、智能化和可视化的家庭能源管理服务。光储充一体化的综合能源系统正向环保、便捷、安全等方面逐步展开，可以实现光伏发电、充电运营及配电增容等多重收益。作为核心元件之一，随着兆易创新GD32 MCU的覆盖增强，将持续助力光伏和储能市场的迅猛发展。

4、了解更多GD32 MCU解决方案

您可通过浏览GD32官方网站(GD32MCU.com)和遍布各地的销售与技术支持网络来进一步了解并按需利用GD32产品家族的特色和功能，令您在开发设计之前就能看到GD32智能创新解决方案的诸多优势。

兆易创新与Ashling联合宣布，兆易创新GD32V系列RISC-V内核通用MCU已与Ashling旗下的RiscFree™工具链全面适配，包含集成开发环境（IDE）和软件开发支持。

GD32V是GD32 MCU家族于业界率先推出的基于RISC-V内核的通用产品系列，以均衡的处理性能、低功耗和丰富外设资源为RISC-V技术进入市场主流应用提供了高性价比的创新之选。GD32V系列产品全面适用于工业控制、电机驱动、电源管理、消费类和手持设备、POS、车载GPS、LED显示屏等多种应用场景。

兆易创新产品市场总监金光一表示：“RISC-V市场需求在持续增长。我们很高兴联合业界领先的RISC-V工具链供应商Ashling，为屡获殊荣的GD32V系列RISC-V内核通用MCU提供高效开发支持。Ashling RiscFree™将有力补充GD32 MCU生态系统，使我们不断扩大的客户群受益。”

Ashling RiscFree™集成开发环境（IDE）包含编译器和调试器，为兆易创新GD32V系列MCU提供软件开发和调试支持。

自推出以来，Ashling RiscFree™工具链一直在嵌入式工具市场上稳步建立市场份额，在RISC-V市场上尤为突出，以易用性、广泛的功能、插件架构和即将推出的实时追踪功能，成为32位和64位RISC内核处理器进行软件开发的优选。

Ashling首席执行官Hugh O'Keeffe表示：“很高兴为兆易创新GD32V系列RISC-V内核通用MCU提供支持，我们的RiscFree™ IDE现已成为兆易创新MCU开发和调试生态系统的一员。相信RiscFree™将为兆易创新的用户群带来卓越的开发体验，并有助于加快基于GD32V系列MCU解决方案的部署。”

Ashling RiscFree™工具链对GD32V系列MCU提供以下支持：

▶ 工程和编译管理器，支持Make和CMake

▶ 源代码创建及分析

▶ RiscFree™ IDE完全集成了GCC工具链，支持newlib运行时库

▶ 运行时源码调试

▶ 外设和CSR寄存器支持调试寄存器视图

▶ RTOS调试器支持FreeRTOS任务和队列视图

▶ 自定义指令支持，包括RISC-V扩展指令集

15年前，《十天学会单片机》系列视频课程如同一把火炬，点燃了整个单片机教育行业。它颠覆了传统的单片机教学风格，并配套开发板，至今累计下载量数千万次，已成为当今单片机入门普及不可或缺的一套优秀的视频教程。作为视频制作者的他，也成为了无数单片机爱好者的启蒙老师。

2009年，他又编著了《新概念51单片机C语言教程》，书籍上市后很快成为业内知名的教材，至今累计印刷30余次，销量达50多万册，连续多年销量排行同类书籍榜首，目前已经成为诸多高校的学生教材。

他就是大名鼎鼎的郭天祥，被电子爱好者们亲切地称为“郭老师”。无论是自学成才的单片机爱好者，或是在校学习电子专业的大学生，都通过这套视频和教材深受裨益。

❖ 2007年出版《十天学会单片机》系列视频教程

❖ 2009年编著《新概念51单片机C语言教程》

❖ 2012年创办北京海克智动科技开发有限公司

❖ 2020年开通"郭天祥老师"视频号讲解电子知识

❖ 2021年携手兆易创新GD32开展Arm MCU讲座

行业深耕廿余载

郭天祥老师深刻体会到，创作和分享优质知识内容是情怀更创造价值。知识口耳相授、长久流传，既可以帮助他人，也能够提升自我。怀抱着为电子行业持续培养人才的信念，以”强我强国，科技兴国“为己任，郭天祥老师自2020年12月在各视频平台开通"郭天祥老师"账号，深入浅出地讲解电子知识点，短短1年多时间，已汇聚了100多万名电子工程师和学生订阅收藏。