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(kāi)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(kāi)發(fā)環(huán)境，支持C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言進(jìn)行軟件開(kāi)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(kāi)發(fā)周期。
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(kāi)機(jī)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)；
（2）開(kāi)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(kāi)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
關(guān)于廣芯微
廣芯微電子（廣州）股份有限公司專注于低功耗物聯(lián)網(wǎng)芯片的研發(fā)、設(shè)計(jì)與銷售，為客戶提供面向個(gè)人與家庭、工業(yè)與商業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域,以低功耗為差異化的8位/32位微控制器芯片、無(wú)線射頻收發(fā)器芯片、數(shù)字電源管理芯片和傳感與信號(hào)調(diào)理專用芯片等。
廣芯微秉持客戶第一、技術(shù)創(chuàng)新和市場(chǎng)領(lǐng)先的理念，以國(guó)際領(lǐng)先的技術(shù)為基礎(chǔ)，為客戶提供一流的產(chǎn)品與技術(shù)，打造值得信賴的集成電路設(shè)計(jì)品牌企業(yè)。公司獨(dú)有的低功耗芯片設(shè)計(jì)方法、輕量化人工智能算法、大功率的PD快充協(xié)議以及多樣性無(wú)線連接技術(shù)整合而成的低成本高收益的集成電路設(shè)計(jì)，在健康醫(yī)療電子、消費(fèi)電子、智慧家庭、工業(yè)控制、傳感器與表計(jì)等領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。廣芯微低功耗微處理器芯片與射頻芯片具有超低睡眠功耗與更低的工作電流，有效地幫助電子設(shè)備降低能耗，積極助力節(jié)能減排。
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