基于航顺HK32MCU的血氧仪拆解评测

来源：航顺芯片     在医疗电子设备中，血氧仪利用红外光技术，透过手指皮肤和肌肉骨骼组织后的光亮度，可以精准的检测人体血氧饱和度和脉搏，令病人免受采血检测的痛苦。血氧仪适用于任何年龄段的人，特别是帮助有血管疾病、呼吸系统疾病的人检测出缺氧危险，预防发病。                   疫情解封的后疫情时代，在应对新冠感染的特殊时期，血氧仪被掀起又一次购买风暴。因为血氧仪是新冠临床诊断的方法之一，血氧持续低于95，很大可能肺部有炎症，《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第八版)》更是指出：血氧饱和度是判断重症病例的关键条件之一，静息状态下吸空气时血氧饱和度≤93%，判断为重型。

血氧仪测量原理

指夹血氧仪原理是通过检测血液对不同波长光的吸收量, 测量氧合血红蛋白（HbO2）和脱氧血红蛋白（Hb）的百分比，从而计算血氧饱和度（SpO2）。由于血液中的血红细胞，其中含氧血红蛋白和还原血红蛋白这两种血红蛋白对红光和红外线由不同的吸收能力。还原血红蛋白吸收的红光较多，红外线较少。而含氧血红蛋白则相反，它吸收的红光较少，红外线较多。通过在指甲式血氧仪的同一位置设置红光LED和红外线LED灯，当光线从手指的一面穿透到另一面，被光敏二极管接受后，可产生对应比例的电压。经过单片机处理，将输出结果显示在液晶显示屏上。

指夹血氧仪外观图

指夹血氧仪静止状态为黑色息屏状态，外观为长方体，与其他市面上的血氧仪无异。在放入手指时，可以看到中间数字部分跟下方波浪部分均显示为直线，过了约3秒后，中间直线部分开始先显示数值，左侧为血氧饱和度，右侧为心率，最下方黄线直线也逐渐显示为波动的波浪线，为脉搏波形。PI值灌注度可达0.3，可达二类医疗器械认证标准。

首先，用螺丝刀撬开了指甲式脉搏血氧仪转动关节处的卡口，将指夹式脉搏血氧仪一分为二，显示板上盖与电池仓部分。 

在显示屏背面是电池盖，在电池仓里面是两节5号得力无汞碱性电池  1.5V

接着稍微用力打开顶部的外壳，可以看到里面是有OLED显示屏以及控制板的序列号。

随后再拆开卡着控制板的卡扣，掰开连线，控制板便可卸下；特写一下控制板背面；元器件1 红外光接收传感器，具体参数未标识。

控制板正面

红圈里的元器件2是GS358是运放放大器芯片，元器件3是核心主控MCU航顺芯片的 HK32F030MF4P6。其余的还有三极管主要做电流放大与开关作用、电源管理类的芯片、电感等、主要是做电源稳压一些辅助器件。

HK32F030MF4P6主要参数：      

内核 Cortex-M0   工作主频 32MHz

16KB Flash ROM、4KB  SRAM

支持USART、SPI、IIC、ADC等

支持Flash加密功能

Standby待机功耗  1.6uA@3.3V

工作电压  1.8V ~ 3.6V

工作温度  -40ºC ~85ºC

控制板背面

首先中间红色位置元器件1为红外光接收传感器 ，由于缺乏标识，具体型号未知。其余的还有三极管主要做电流放大与开关作用。

产品特性：      

CPU 内核

ARM Cortex-M0

最高时钟频率：32 MHz

24 位 System Tick 定时器

支持中断向量重映射（通过 Flash 控制器的寄存器配置） 

工作电压范围：1.8 V ~ 3.6 V

工作温度范围：-40℃ ~ +85℃

典型工作电流

运行（Run） 工作模式：2.338mA@32 MHz@3.3V（73 μA/MHz）

睡眠（Sleep） 模式：1.197mA@32 MHz@3.3V（35 μA/MHz），唤醒时间 21 ns

深睡眠（DeepSleep） 模式：0.613mA@114 kHz@3.3V，唤醒时间 7.8 μs

停机（Stop） 模式：30.12μA@3.3V，唤醒时间 10 μs（可用外部引脚或内部定时器唤醒）

CPU 跟踪与调试

SWD 调试接口

ARM CoreSightTM调试组件（ROM-Table， DWT， BPU）

自定义 DBGMCU 调试控制器（低功耗模式仿真控制、调试外设时钟控制、调试及跟踪接口分配）

存储器

最大支持32 KByte Flash（128 页，每页 128 Byte；32 位数据读，16 位数据写）

Flash 具有数据安全保护功能，可分别设置读保护和写保护

448 Byte EEPROM

2 KByte SRAM

数据安全

CRC 校验硬件单元

时钟

外部 GPIO 输入时钟：支持 1 ~ 32 MHz

片内高速 HSI 时钟：32 MHz

片内慢速 LSI 时钟：114 kHz

复位

外部管脚复位

电源上/下电复位（POR/PDR）

软件复位

看门狗（IWDG 和 WWDG）定时器复位

GPIO 端口

最多支持 16 个 GPIO 端口（TSSOP20、 QFN20 封装产品）

每个 GPIO 都可作为外部中断输入

内置可开关的上、下拉电阻

支持开漏（Open-Drain） 输出

输出驱动能力高、低两档可选

IOMUX 引脚功能多重映射控制器

小型封装（如 SOP8）产品， 可通过 IOMUX 可以实现单根引脚对应多个 GPIO 或外设 IO 的映射控制。

数据通信接口

1 路高速（最高 4 Mbit/s） USART（MCU 在停机（Stop）模式下， 支持数据接收唤醒）

1 路高速（最高 1MHz） I2C（MCU 在停机（ Stop）模式下， 支持数据接收唤醒）

1 路高速（最高 16 Mbit/s） SPI（支持 I2S 协议）

定时器及 PWM 发生器

1 个 16 位高级 PWM 定时器（共 4 路 PWM 输出，其中 3 路带死区互补输出）

1 个 16 位通用 PWM 定时器（共 4 路 PWM 输出）

1 个 16 位基本定时器（支持 CPU 中断）

1 个自动唤醒定时器（AWU），可用于 MCU 停机（ Stop）模式下工作。

蜂鸣器

1 个蜂鸣器，可输出 1、 2、 4 或 8 kHz 频率脉冲。

在 MCU 停机（ Stop）模式下， 蜂鸣器可继续工作并可定时触发 ADC 采样。

片内模拟电路

1 个 12 位 1 MSPS ADC（共 5 路模拟信号输入通道，支持差分对输入）

1 个上/下电复位电路

1 个 0.8 V 内部参考电压（内部参考电压在片内被 ADC 采样）

ID 标识

64 位芯片唯一 ID 标识

每颗提供一个唯一的 64 位 ID 标识。

可靠性

通过 HBM6000V/CDM500V/LU700mA 等级测试。

航顺HK32MCU优势

高度兼容性

和国外品牌MCU硬件全兼容

低成本

市面上第一颗单价低于1块人民币的32位MCU

高安全性

FLASH具有数据安全保护功能，可分别设置读保护和写保护，可以很好地保护用户代码的安全，防止算法被非法窃取

方案成熟

经过国内几大品牌商验证并量产，通过FDA和CE认证

供货稳定

航顺解决了从晶圆、封装以及测试等整个供应链的产能问题，可提供充足、稳定的货源

写在最后 值得一提的是，使用HK32MCU指夹式脉搏血氧仪相对突出的地方在于，在同等位的指夹式血氧仪中，从其配置的主控芯片来看，本方案指夹式脉搏血氧仪是一款性价比较高的血氧仪。具备实时处理性,便携灵活，续航能力高等优点，与此同时该款血氧仪可以说集齐了医学功能的集成电路，现代信息科学等学科元素，对于发展电子设备多功能化,多场景化有着重要的意义。 当前，正值后疫情新冠感染的特殊时期也是高峰期，指夹式血氧仪可以帮助协助检测。有关专家也表示，对一些高风险人群，如肺间质纤维化、慢阻肺，甚至肺部肿瘤等有基础疾病的病人，八十多岁、甚至九十岁高龄老人，感染新冠了，买一个简易的指夹式血氧仪，还是有必要的。除了血氧仪，半导体厂商也在开发更多可以有利于对抗新冠病毒的医疗电子产品。  

编辑：黄飞