電子發(fā)燒友App
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(shè)備的同一位置，設(shè)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(qū)別，所測出來的數(shù)據(jù)差被光敏二極管接收后，可產(chǎn)生對應(yīng)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(shù)據(jù)，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(shè)計方案
可以用CW32L031C8T6實現(xiàn)上述的指夾式血氧儀產(chǎn)品設(shè)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(shè)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。
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(diào)節(jié)。
可根據(jù)病人的手指大小自動調(diào)節(jié)發(fā)射光強，保證信號質(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)以及光線較強的臨床環(huán)境使用。
6可測量血氧飽和度SpO2、脈率PR、灌注指數(shù)PI。
7可進行屏幕方向翻轉(zhuǎn)。
85s快速出測量結(jié)果。
9血氧飽和度和脈率超限報警。
10無手指自動關(guān)機。
11電池電量報警以及電池電量低自動關(guān)機。
硬件設(shè)計思路? 本章節(jié)主要講解電源板和主控板的設(shè)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(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，實現(xiàn)USB供電與電池供電的動態(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，實現(xiàn)單節(jié)鋰電池充電功能。
USB接口增加過壓、過流保護電路設(shè)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(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(wěn)定提供5V電壓。
原理圖設(shè)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(gòu)建LDO降壓電路，穩(wěn)定提供3.3V電壓。
原理圖設(shè)計如下。
1.4 PCB設(shè)計
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，這六個部分，用于實現(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)計如下：
2.2 發(fā)射電路
發(fā)射電路采用“RS2105+RS622”設(shè)計方案。
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(xiàn)控制發(fā)射信號強弱的目的。
采用“660nm紅光+900nm紅外光”的雙波長發(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)射時序和發(fā)射功率。
原理圖設(shè)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(gòu)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(gòu)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(gòu)成高通濾波器，有效濾除直流信號。
原理圖設(shè)計如下：
2.4 按鍵電路
獨立按鍵設(shè)計，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(guān)，通過輸出一定頻率的PWM信號驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲。
原理圖設(shè)計如下：
2.6 TFT顯示屏電路
TFT顯示屏電路用于驅(qū)動0.96寸全彩LCD顯示屏。
設(shè)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(guān)，通過MCU輸出一定占空比的PWM信號實現(xiàn)屏幕背光控制。
原理圖設(shè)計如下：
2.7 PCB設(shè)計
軟件說明
本章主要說明TFT顯示屏、FFT算法實現(xiàn)、FFT結(jié)果運用。
審核編輯：湯梓紅
工商網(wǎng)監(jiān)
評論