工程名稱：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、軟件代碼說明、開源資料下載入口、開源說明（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作為開關(guān)，通過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接口增加過壓、過流保護(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電子開關(guān)芯片構(gòu)成雙路開關(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溝道MOS管形成恒流源電路，通過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，通過并聯(lián)電容構(gòu)成硬件消抖電路，通過電阻接入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無源蜂鳴器作為核心元件，以N溝道MOS管作為開關(guān)，通過輸出一定頻率的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三極管作為開關(guān)，通過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)
軟件說明
本章主要說明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
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