前言 脈率（PR）是每分鐘的脈搏數(shù)，正常情況下脈率和心率是一致的。正常人脈率規(guī)則，不會(huì)出現(xiàn)脈搏間隔時(shí)間長(zhǎng)短不一的現(xiàn)象。正常人脈搏強(qiáng)弱均等，不會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)弱交替的現(xiàn)象。另外，運(yùn)動(dòng)和情緒激動(dòng)時(shí)可使脈搏增快，而休息、睡眠則使脈搏減慢。成人脈率每分鐘超過(guò)100次，稱為心動(dòng)過(guò)速；每分鐘低于60次，稱為心動(dòng)過(guò)緩。 除心率、血壓、呼吸頻率和溫度外，脈搏血氧(PO)被認(rèn)為是排在第5位的最關(guān)鍵健康狀況指標(biāo)。血紅蛋白(Hb)是血細(xì)胞的重要組成部分，它負(fù)責(zé)將氧氣從肺部輸送到身體的其它組織。

血紅蛋白在任一時(shí)刻所含的氧氣量被稱為氧飽和度。氧飽和度以百分比表示，它是血紅蛋白的含氧量與血紅蛋白攜氧能力之比。血氧飽和度是反映人體呼吸功能及氧含量是否正常，顯示我們?nèi)梭w各組織是否健康的一個(gè)重要生理參數(shù)，一般認(rèn)為血氧飽度正常值應(yīng)不低于94%，在94%以下被視為供氧不足。嚴(yán)重缺氧會(huì)直接導(dǎo)窒息、休克、死亡等悲劇的發(fā)生。在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，人們對(duì)血氧的監(jiān)測(cè)相當(dāng)重視，血氧儀已經(jīng)有很高的普及率。 為加速終端客戶開發(fā)血糖儀方案的設(shè)計(jì)流程，廣芯微結(jié)合自身MCU芯片特點(diǎn)，推出了血氧儀方案參考設(shè)計(jì)。

方案速覽 方案簡(jiǎn)介

UM321xA系列芯片是廣芯微電子（廣州）股份有限公司研制的基于ARM Cortex-M0+內(nèi)核的超低功耗、Low Pin Count、寬電壓工作范圍的32位IoTP處理器SoC芯片系列，重點(diǎn)面向物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)便攜式傳感測(cè)量系統(tǒng)中的電池應(yīng)用場(chǎng)景。依據(jù)行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景的具體應(yīng)用需求，芯片系統(tǒng)采用了獨(dú)特的低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)，內(nèi)部集成了CAN、12位SAR ADC、UART、SPI、QSPI、I2C等通用外圍通訊接口，ADC、OPA、比較器等傳感獲取接口，以及LPUART、LPTIMER、WDT等超低功耗模塊接口。具有高整合度、高抗干擾、高可靠性和超低功耗等技術(shù)特點(diǎn)。內(nèi)置RC高頻和低頻振蕩器，支持免晶振應(yīng)用。支持Keil MDK集成開發(fā)環(huán)境，支持C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言進(jìn)行軟件開發(fā)。

本方案基于UM3213A芯片，主頻32MHz，內(nèi)置64KB閃存，提供最大35個(gè)GPIO，內(nèi)部集成有一路OPA和8通道1Msps ADC，大大簡(jiǎn)化外圍電路設(shè)計(jì)，此外低至0.48uA超低功耗能夠大大延長(zhǎng)脈搏血氧儀的使用時(shí)長(zhǎng)。

硬件組成如下： （1）MCU主控芯片：UM3213A ARM Cortex-M0+超低功耗芯片； （2）血氧飽和度和脈率檢測(cè)：用兩束不同波長(zhǎng)的光（如660nm的紅光和905/940nm的近紅外光）通過(guò)透鏡照射人體指端，而由光敏器件獲取測(cè)量信號(hào)，其中兩個(gè)光源通過(guò)兩個(gè)IO分時(shí)控制。使用三級(jí)OPA將測(cè)量信號(hào)放大，由低通濾波濾除高頻干擾信號(hào)，其中每級(jí)OPA放大后都有一路ADC通道進(jìn)行采樣，即使用三個(gè)ADC通道采樣光敏信號(hào)； （3）電池電量檢測(cè)：2節(jié)1.5V AAA電池直接用于脈搏血氧儀供電，省去外部LDO。使用ADC內(nèi)部通道采集VDDCore電壓，經(jīng)過(guò)換算計(jì)算出電池電量； （4）顯示屏：使用128*64分辨率的OLED顯示脈率、血氧飽和度和電量信息； （5）按鍵：用于喚醒系統(tǒng)低功耗狀態(tài)，使系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)； （6）串口：用于系統(tǒng)研發(fā)調(diào)試和后期維護(hù)。

方案功耗

本方案與市場(chǎng)兩家主流廠家的兩款產(chǎn)品進(jìn)行了工作功耗和待機(jī)功耗對(duì)比，對(duì)比數(shù)據(jù)如下。

? ? ? 方案功能與優(yōu)勢(shì)

方案功能： （1）脈率和血氧飽和度檢測(cè) ； （2）無(wú)手指自動(dòng)關(guān)機(jī)，節(jié)約電量； （3）電池電量檢測(cè)，時(shí)刻了解剩余電量； （4）OLED界面4向顯示切換； （5）脈率和血氧飽和度異常提示，及時(shí)反饋身體異常狀態(tài) 。 方案優(yōu)勢(shì)： （1）超低功耗 ，超長(zhǎng)待機(jī)； （2）高集成，外圍電路簡(jiǎn)單，成本低廉； （3）快速喚醒，快速啟動(dòng)； （4）方案功能全面，大幅縮短開發(fā)周期。

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軟件介紹

（1）系統(tǒng)上電后先進(jìn)入低功耗狀態(tài)，即關(guān)機(jī)狀態(tài)。通過(guò)喚醒按鍵喚醒系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)，即開機(jī)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)； （2）開機(jī)后系統(tǒng)通過(guò)光敏器件接收紅光/紅外光信號(hào)檢測(cè)是否有手指，若持續(xù)一段時(shí)間檢測(cè)不到手指，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)機(jī)； （3）若檢測(cè)到手指，則進(jìn)行脈搏血氧檢測(cè)、電池電量檢測(cè)和按鍵切換界面顯示方向三個(gè)任務(wù)。屏幕顯示脈率、血氧飽和度、電量和低脈率低血氧飽和度提示的信息； （4）重復(fù)檢測(cè)手指是否不在，若在，重復(fù)（3）到（4）。若不在，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)機(jī)。

通用的開發(fā)環(huán)境 硬件環(huán)境 MCU平臺(tái)：UM3213A 調(diào)試器：ARM V9仿真器 軟件環(huán)境 操作系統(tǒng)：Windows 編譯器：Keil MDK V5.25 編譯語(yǔ)言：C ??? ? ? ?

編輯：黃飛