廣芯微基于UM3213A脈搏血氧儀方案參考設計方案

前言脈率（PR）是每分鐘的脈搏數，正常情況下脈率和心率是一致的。正常人脈率規則，不會出現脈搏間隔時間長短不一的現象。正常人脈搏強弱均等，不會出現強弱交替的現象。另外，運動和情緒激動時可使脈搏增快，而休息、睡眠則使脈搏減慢。成人脈率每分鐘超過100次，稱為心動過速；每分鐘低于60次，稱為心動過緩。除心率、血壓、呼吸頻率和溫度外，脈搏血氧(PO)被認為是排在第5位的最關鍵健康狀況指標。血紅蛋白(Hb)是血細胞的重要組成部分，它負責將氧氣從肺部輸送到身體的其它組織。

血紅蛋白在任一時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，顯示我們人體各組織是否健康的一個重要生理參數，一般認為血氧飽度正常值應不低于94%，在94%以下被視為供氧不足。嚴重缺氧會直接導窒息、休克、死亡等悲劇的發生。在歐美等發達國家，人們對血氧的監測相當重視，血氧儀已經有很高的普及率。為加速終端客戶開發血糖儀方案的設計流程，廣芯微結合自身MCU 芯片特點，推出了血氧儀方案參考設計。

方案速覽 方案簡介

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，重點面向物聯網行業便攜式傳感測量系統中的電池應用場景。依據行業應用場景的具體應用需求，芯片系統采用了獨特的低功耗設計技術，內部集成了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特點。內置RC高頻和低頻振蕩器，支持免晶振應用。支持Keil MDK集成開發環境，支持C語言和匯編語言進行軟件開發。

本方案基于UM3213A芯片，主頻32MHz，內置64KB閃存，提供最大35個GPIO，內部集成有一路OPA和8通道1Msps ADC，大大簡化外圍電路設計，此外低至0.48uA超低功耗能夠大大延長脈搏血氧儀的使用時長。

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：用兩束不同波長的光（如660nm的紅光和905/940nm的近紅外光）通過透鏡照射人體指端，而由光敏器件獲取測量信號，其中兩個光源通過兩個IO分時控制。使用三級OPA將測量信號放大，由低通濾波濾除高頻干擾信號，其中每級OPA放大后都有一路ADC通道進行采樣，即使用三個ADC通道采樣光敏信號；（3）電池電量檢測：2節1.5V AAA電池直接用于脈搏血氧儀供電，省去外部LDO。使用ADC內部通道采集VDDCore電壓，經過換算計算出電池電量；（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：用于喚醒系統低功耗狀態，使系統進入工作狀態；（6）串口：用于系統研發調試和后期維護。

方案功耗

本方案與市場兩家主流廠家的兩款產品進行了工作功耗和待機功耗對比，對比數據如下。

? ? ? 方案功能與優勢

方案功能：（1）脈率和血氧飽和度檢測；（2）無手指自動關機，節約電量；（3）電池電量檢測，時刻了解剩余電量；（4）OLED界面4向顯示切換；（5）脈率和血氧飽和度異常提示，及時反饋身體異常狀態。方案優勢：（1）超低功耗，超長待機；（2）高集成，外圍電路簡單，成本低廉；（3）快速喚醒，快速啟動；（4）方案功能全面，大幅縮短開發周期。

軟件介紹

（1）系統上電后先進入低功耗狀態，即關機狀態。通過喚醒按鍵喚醒系統進入工作狀態，即開機進入運行狀態；（2）開機后系統通過光敏器件接收紅光/紅外光信號檢測是否有手指，若持續一段時間檢測不到手指，系統自動關機；（3）若檢測到手指，則進行脈搏血氧檢測、電池電量檢測和按鍵切換界面顯示方向三個任務。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）重復檢測手指是否不在，若在，重復（3）到（4）。若不在，系統自動關機。