工程名稱：基于CW32L系列MCU的指夾式血氧儀

工程作者：冬青

血液中，血紅細胞的含氧血紅蛋白（HbO2）和還原血紅蛋白（Hb），對紅光（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——在設備的同一位置，設置紅光LED和紅外線LED燈，測量血氧飽和度。

當光線從手指的一面穿透到另一面，就能檢測兩種血紅蛋白對不同波長的光吸收的區別，所測出來的數據差被光敏二極管接收后，可產生對應比例的電壓。就可以測出實際含氧量下，血氧飽和度最基本的數據，比值。

實際上要做到更高的精度，除了兩個波長以外還要增加，甚至高達8個波長。

設計方案

可以用CW32L031C8T6實現上述的指夾式血氧儀產品設計，分享一個開源案例！

本文主要分享【指夾血氧儀】的——功能、硬件設計思路、軟件代碼說明、開源資料下載入口、開源說明（項目成本/獲得獎金）、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，最低可達到0.2%。

可保證在信號弱、兒童、失血多、肢體冰涼的低灌注的患者進行準確測量。

4光強自動調節。

可根據病人的手指大小自動調節發射光強，保證信號質量更好，功耗更低，可以使用不同大小的手指、不同皮膚顏色。

5優秀的環境光抵消功能。

可以在室內以及光線較強的臨床環境使用。

6可測量血氧飽和度SpO2、脈率PR、灌注指數PI。

7可進行屏幕方向翻轉。

85s快速出測量結果。

9血氧飽和度和脈率超限報警。

10無手指自動關機。

11電池電量報警以及電池電量低自動關機。

硬件設計思路? 本章節主要講解電源板和主控板的設計思路。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，通過G端電壓與S端電壓關系，實現USB供電與電池供電的動態切換功能。

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、充電狀態指示等功能，實現單節鋰電池充電功能。

USB接口增加過壓、過流保護電路設計，防止插入瞬間尖峰電壓對后級電路的沖擊。

增加D3二極管的目的是加速P-MOS導通，防止因供電方式切換，導致主控掉電復位等問題。

原理圖設計如下。

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也能穩定提供5V電壓。

原理圖設計如下。

1.3 直流3.3V供電電路

直流3.3V供電電路采用AMS1117-3.3芯片構建LDO降壓電路，穩定提供3.3V電壓。

原理圖設計如下。

1.4 PCB設計

2主控板

主控板包括MCU電路、發射電路、接收電路、按鍵電路、蜂鳴器電路、TFT顯示屏電路，這六個部分，用于實現血氧儀主要功能。

2.1 MCU電路

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

原理圖設計如下：

2.2 發射電路

發射電路采用“RS2105+RS622”設計方案。

由RS2105電子開關芯片構成雙路開關電路，用于控制發射時序；

由RS622芯片所包含的兩路運算放大器搭配N溝道MOS管形成恒流源電路，通過PWM信號控制電流大小，以實現控制發射信號強弱的目的。

采用“660nm紅光+900nm紅外光”的雙波長發射管，內部反向并聯連接，通過上述H橋電路控制發射時序和發射功率。

原理圖設計如下：

2.3 接收電路

接收電路采用RS622雙路運放芯片作為核心。

前級與200KΩ電阻及電容構成跨阻放大電路，采集并放大“直流+交流”混合信號；

后級通過負反饋200KΩ電阻構成信號放大電路，放大交流信號；

前后級之間通過電容耦合，并與電阻構成高通濾波器，有效濾除直流信號。

原理圖設計如下：

2.4 按鍵電路

獨立按鍵設計，采用1mm超薄按鍵，通過并聯電容構成硬件消抖電路，通過電阻接入MCU的PB03引腳，按鍵按下為低電平（低電平有效）。

原理圖設計如下：

2.5 蜂鳴器電路（當前版本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，通過輸出一定頻率的PWM信號驅動蜂鳴器發聲。

原理圖設計如下：

2.6 TFT顯示屏電路

TFT顯示屏電路用于驅動0.96寸全彩LCD顯示屏。

設計8P抽屜式下接FPC接口，用于連接帶軟排線接口的顯示屏。同時以PNP三極管作為開關，通過MCU輸出一定占空比的PWM信號實現屏幕背光控制。

原理圖設計如下：

2.7 PCB設計

軟件說明

本章主要說明TFT顯示屏、FFT算法實現、FFT結果運用。

　　審核編輯：湯梓紅