基于GD32E230C8T6的指夹式血氧仪方案设计

只看该作者 · 2020-10-28 13:31

继额温枪、呼吸机等医疗产品之后，血氧仪的需求也出现了爆发式的增长。由于血氧饱和度是人体健康体征的重要诊断指标之一，可测量血氧饱和度的血氧仪的需求量将短期迎来巨大的需求空间。同时，据市场预测，未来几年间，医用血氧监测设备依旧会维持20-30%的增长率。

指夹式血氧仪原理

血氧饱和度(SpO2)即血液中血氧的浓度，它是呼吸循环的重要生理参数。临床上，一般认为SpO2正常值不能低于94%，低于94%以下被认为供氧不足，有学者将SpO2<90%定为低氧血症的标准。

人体内的血氧含量需要维持在一定的范围内才能够保持人体的健康，血氧不足时会导致注意力不集中、**力减退、头晕目眩、焦虑等症状。而如果人体长期缺氧，则会导致心肌衰竭、血压下降，以致人体无法维持正常的血液循环;更有甚者，长期缺氧会直接损害大脑皮层，造成脑组织的变性和坏死。相对的，如果人体血氧长期过高，则会加速体内细胞老化，以致于人体各个器官提前衰竭，使人体无法维持正常的生理活动。监测血氧能够帮助预防生理疾病的发生，如果出现缺氧状况，能够及时做出补氧决策，减少因血氧导致的生理疾病发生的机率。

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。

指夹式血氧仪方案框图

本解决方案主控MCU使用的是兆易创新的GD32E230C8T6，该芯片基于Arm公司的Cortex®-M23内核，主频可以达到72MHz，内置8KB SRAM和64KB FLASH，包括诸如ADC、PWM、Timer、GPIO、USART、SPI、EXTI、CMP、SysTick、Watchdog、I2C/I2S等外设。

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。