基于CW32L系列MCU的指夹式血氧仪设计
工程名称：基于cw32l系列mcu的指夹式血氧仪
工程作者：冬青
血液中，血红细胞的含氧血红蛋白（hbo2）和还原血红蛋白（hb），对红光（660nm）和红外线（900nm）有不同的吸收能力。
还原血红蛋白（hb）吸收的红光较多，红外线较少。
含氧血红蛋白（hbo2）吸收的红光较少，红外线较多。
指夹式血氧仪的原理就是——在设备的同一位置，设置红光led和红外线led灯，测量血氧饱和度。
当光线从手指的一面穿透到另一面，就能检测两种血红蛋白对不同波长的光吸收的区别，所测出来的数据差被光敏二极管接收后，可产生对应比例的电压。就可以测出实际含氧量下，血氧饱和度最基本的数据，比值。
实际上要做到更高的精度，除了两个波长以外还要增加，甚至高达8个波长。
设计方案
可以用cw32l031c8t6实现上述的指夹式血氧仪产品设计，分享一个开源案例！
本文主要分享【指夹血氧仪】的——功能、硬件设计思路、软件代码说明、开源资料下载入口、开源说明（项目成本/获得奖金）、赚外快渠道。
功能描述
1采用0.96inch tft彩屏显示。
2锂电池供电，可充电。
3低弱灌注性能，最低可达到0.2%。
可保证在信号弱、儿童、失血多、肢体冰凉的低灌注的患者进行准确测量。
4光强自动调节。
可根据病人的手指大小自动调节发射光强，保证信号质量更好，功耗更低，可以使用不同大小的手指、不同皮肤颜色。
5优秀的环境光抵消功能。
可以在室内以及光线较强的临床环境使用。
6可测量血氧饱和度spo2、脉率pr、灌注指数pi。
7可进行屏幕方向翻转。
85s快速出测量结果。
9血氧饱和度和脉率超限报警。
10无手指自动关机。
11电池电量报警以及电池电量低自动关机。
硬件设计思路 本章节主要讲解电源板和主控板的设计思路。1电源板
电源支持usb外接供电、电池供电、电池充电等功能。
整体架构包括——电源路径管理及电池充电电路、5v供电电路、3.3v供电电路，这三个部分，如下图所示。
1.1 电源路径管理及电池充电电路
电源路径管理电路采用p-mos作为开关，通过g端电压与s端电压关系，实现usb供电与电池供电的动态切换功能。
电池充电电路采用tc4056a芯片作为主控，依托其可编程充电电流控制、充电状态指示等功能，实现单节锂电池充电功能。
usb接口增加过压、过流保护电路设计，防止插入瞬间尖峰电压对后级电路的冲击。
增加d3二极管的目的是加速p-mos导通，防止因供电方式切换，导致主控掉电复位等问题。
原理图设计如下。
1.2 直流5v供电电路
直流5v供电电路采用mt3608芯片搭建sepic电路，确保在电池电压下降时也能稳定提供5v电压。
原理图设计如下。
1.3 直流3.3v供电电路
直流3.3v供电电路采用ams1117-3.3芯片构建ldo降压电路，稳定提供3.3v电压。
原理图设计如下。
1.4 pcb设计
2主控板
主控板包括mcu电路、发射电路、接收电路、按键电路、蜂鸣器电路、tft显示屏电路，这六个部分，用于实现血氧仪主要功能。
2.1 mcu电路
mcu电路采用cw32l031c8t6作为主控芯片，设计boot电路、swd烧录接口及复位按钮（不焊接），受空间限制，取消外部晶振电路。
原理图设计如下：
2.2 发射电路
发射电路采用“rs2105+rs622”设计方案。
由rs2105电子开关芯片构成双路开关电路，用于控制发射时序；
由rs622芯片所包含的两路运算放大器搭配n沟道mos管形成恒流源电路，通过pwm信号控制电流大小，以实现控制发射信号强弱的目的。
采用“660nm红光+900nm红外光”的双波长发射管，内部反向并联连接，通过上述h桥电路控制发射时序和发射功率。
原理图设计如下：
2.3 接收电路
接收电路采用rs622双路运放芯片作为核心。
前级与200kω电阻及电容构成跨阻放大电路，采集并放大“直流+交流”混合信号；
后级通过负反馈200kω电阻构成信号放大电路，放大交流信号；
前后级之间通过电容耦合，并与电阻构成高通滤波器，有效滤除直流信号。
原理图设计如下：
2.4 按键电路
独立按键设计，采用1mm超薄按键，通过并联电容构成硬件消抖电路，通过电阻接入mcu的pb03引脚，按键按下为低电平（低电平有效）。
原理图设计如下：
2.5 蜂鸣器电路（当前版本pcb受空间限制已取消）
蜂鸣器电路采用2khz无源蜂鸣器作为核心元件，以n沟道mos管作为开关，通过输出一定频率的pwm信号驱动蜂鸣器发声。
原理图设计如下：
2.6 tft显示屏电路
tft显示屏电路用于驱动0.96寸全彩lcd显示屏。
设计8p抽屉式下接fpc接口，用于连接带软排线接口的显示屏。同时以pnp三极管作为开关，通过mcu输出一定占空比的pwm信号实现屏幕背光控制。
原理图设计如下：
2.7 pcb设计
软件说明
本章主要说明tft显示屏、fft算法实现、fft结果运用。
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还原血红蛋白（hb）吸收的红光较多，红外线较少。
含氧血红蛋白（hbo2）吸收的红光较少，红外线较多。
指夹式血氧仪的原理就是——在设备的同一位置，设置红光led和红外线led灯，测量血氧饱和度。
当光线从手指的一面穿透到另一面，就能检测两种血红蛋白对不同波长的光吸收的区别，所测出来的数据差被光敏二极管接收后，可产生对应比例的电压。就可以测出实际含氧量下，血氧饱和度最基本的数据，比值。
实际上要做到更高的精度，除了两个波长以外还要增加，甚至高达8个波长。
设计方案
可以用cw32l031c8t6实现上述的指夹式血氧仪产品设计，分享一个开源案例！
本文主要分享【指夹血氧仪】的——功能、硬件设计思路、软件代码说明、开源资料下载入口、开源说明（项目成本/获得奖金）、赚外快渠道。
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1采用0.96inch tft彩屏显示。
2锂电池供电，可充电。
3低弱灌注性能，最低可达到0.2%。
可保证在信号弱、儿童、失血多、肢体冰凉的低灌注的患者进行准确测量。
4光强自动调节。
可根据病人的手指大小自动调节发射光强，保证信号质量更好，功耗更低，可以使用不同大小的手指、不同皮肤颜色。
5优秀的环境光抵消功能。
可以在室内以及光线较强的临床环境使用。
6可测量血氧饱和度spo2、脉率pr、灌注指数pi。
7可进行屏幕方向翻转。
85s快速出测量结果。
9血氧饱和度和脉率超限报警。
10无手指自动关机。
11电池电量报警以及电池电量低自动关机。
硬件设计思路 本章节主要讲解电源板和主控板的设计思路。1电源板
电源支持usb外接供电、电池供电、电池充电等功能。
整体架构包括——电源路径管理及电池充电电路、5v供电电路、3.3v供电电路，这三个部分，如下图所示。
1.1 电源路径管理及电池充电电路
电源路径管理电路采用p-mos作为开关，通过g端电压与s端电压关系，实现usb供电与电池供电的动态切换功能。
电池充电电路采用tc4056a芯片作为主控，依托其可编程充电电流控制、充电状态指示等功能，实现单节锂电池充电功能。
usb接口增加过压、过流保护电路设计，防止插入瞬间尖峰电压对后级电路的冲击。
增加d3二极管的目的是加速p-mos导通，防止因供电方式切换，导致主控掉电复位等问题。
原理图设计如下。
1.2 直流5v供电电路
直流5v供电电路采用mt3608芯片搭建sepic电路，确保在电池电压下降时也能稳定提供5v电压。
原理图设计如下。
1.3 直流3.3v供电电路
直流3.3v供电电路采用ams1117-3.3芯片构建ldo降压电路，稳定提供3.3v电压。
原理图设计如下。
1.4 pcb设计
2主控板
主控板包括mcu电路、发射电路、接收电路、按键电路、蜂鸣器电路、tft显示屏电路，这六个部分，用于实现血氧仪主要功能。
2.1 mcu电路
mcu电路采用cw32l031c8t6作为主控芯片，设计boot电路、swd烧录接口及复位按钮（不焊接），受空间限制，取消外部晶振电路。
原理图设计如下：
2.2 发射电路
发射电路采用“rs2105+rs622”设计方案。
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由rs622芯片所包含的两路运算放大器搭配n沟道mos管形成恒流源电路，通过pwm信号控制电流大小，以实现控制发射信号强弱的目的。
采用“660nm红光+900nm红外光”的双波长发射管，内部反向并联连接，通过上述h桥电路控制发射时序和发射功率。
原理图设计如下：
2.3 接收电路
接收电路采用rs622双路运放芯片作为核心。
前级与200kω电阻及电容构成跨阻放大电路，采集并放大“直流+交流”混合信号；
后级通过负反馈200kω电阻构成信号放大电路，放大交流信号；
前后级之间通过电容耦合，并与电阻构成高通滤波器，有效滤除直流信号。
原理图设计如下：
2.4 按键电路
独立按键设计，采用1mm超薄按键，通过并联电容构成硬件消抖电路，通过电阻接入mcu的pb03引脚，按键按下为低电平（低电平有效）。
原理图设计如下：
2.5 蜂鸣器电路（当前版本pcb受空间限制已取消）
蜂鸣器电路采用2khz无源蜂鸣器作为核心元件，以n沟道mos管作为开关，通过输出一定频率的pwm信号驱动蜂鸣器发声。
原理图设计如下：
2.6 tft显示屏电路
tft显示屏电路用于驱动0.96寸全彩lcd显示屏。
设计8p抽屉式下接fpc接口，用于连接带软排线接口的显示屏。同时以pnp三极管作为开关，通过mcu输出一定占空比的pwm信号实现屏幕背光控制。
原理图设计如下：
2.7 pcb设计
软件说明
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