航顺芯片血氧仪产品方案

发布时间：2023-01-04 09:39
作者：Ameya360
来源：网络
阅读量：2200

　　近几年来，航顺HK32MCU作为国内优秀的半导体设计厂商，其自主研发的基于ARM Cortex-M0内核32位HK32F030M/0301M以及HK32F030系列MCU做为主控并联合数十家采用航顺主控生产血氧仪客户共同开发了多款高精度指夹式血氧仪，市场需求异常火爆。此系列血氧仪产品部分达到II类医疗器械标准，并已取得医疗等级认证，包括电磁兼容报告、国内三证以及供出口的CE、FCC等欧美认证，并可持续供货保障国内外客户需求。

　　指夹式血氧仪外形小巧方便携带并且使用方便，一般老年人都可以自己快速操作。指夹式血氧仪测血氧不再需要取血，轻轻往手指上一夹就可以知道自己的血氧、脉搏等指标，在家就可以随时随地检查自己的健康状况，为广大市民提供便捷。

　　血氧仪原理

　　基于动脉搏动期间光吸收量的变化。分别位于可见红光光谱(660纳米)和红外光谱(940纳米)的两个光源交替照射被测试区(一般为指尖或耳垂)。在这些脉动期间所吸收的光量与血液中的氧含量有关。微处理器计算所吸收的这两种光谱的比率，并将结果与存在存储器里的饱和度数值表进行比较，从而得出血氧饱和度。

　　典型的血氧仪传感器有一对LED，它们通过病人身体的半透明部位(通常是指尖或耳垂)正对着一个光电二极管。其中一个LED是红光的，波长为660nm;另一个是红外线的，波长是940nm。血氧的百分比是根据测量这两个具有不同吸收率的波长的光通过身体后计算出的。

　　指夹式血氧仪主要架构：

航顺芯片血氧仪产品方案

　　产品外观

航顺芯片血氧仪产品方案

　　功能框图

航顺芯片血氧仪产品方案

　　采用HK32F030/030M系列MCU功能框图

　　指夹式血氧仪采用航顺HK32F030和HK32F030M/0301M系列MCU作为主控，其中HK32F030系列MCU最高工作频率可达72M并集成丰富的外围接口最多支持2路串口，2路SPI以及2路I2C，内置64K Flash、10K SRAM可实现大量数据处理并进行存储，搭配高速SPI总线完美的实现数据O-LED显示。芯片内部集成高精度12位ADC、高精度时钟并内置RTC功能，温度范围-40°~105°，支持宽电压供电2.0V~5.5V。此方案除了本身的高精度特点外，还具有外围元器件少、易于布板、且方便生产等特点。

　　除HK32F030系列MCU应用血氧仪之外，HK32F030M/0301M系列MCU也大批量应用在血氧仪产品中。HK32F030M/0301M系列MCU最高48M主频,支持多种供电范围：1.8~3.6V以及2.4~5.5V,最大内置32K FLASH、4K SRAM、448B EEPROM，支持最多4路串口、1路高速硬件SPI、一路硬件I2C并支持I/OMUX功能，外围接口也非常的丰富并内置高精度时钟，无需外挂晶振，此方案具有更低的BOM成本，更具有性价比，客户可以根据实际需求选择不同产品。

　　产品主要特点

　　1、可监测血氧饱和度、脉搏参数。并有脉搏脉状图显示。

　　2、在无信号时约8秒钟后自动关机功能。

　　3、使用两节AAA电池，功耗低，所配电池可持续使用20小时。

　　4、低电压报警显示。

　　5、产品轻，体积小，便于携带。

　　6、使用方便，一键操作。

　　7、具有较高的准确性和重复性。

　　产品主要参数

　　1、血氧饱和度：

　　● 测量范围：70%～99%

　　● 显示范围：0%～100%

　　● 测量精度：运动状态下 ±2%，非运动状态下±1%

　　● 分辨率：1%

　　2、脉搏率：

　　● 测量范围：30～250次/分

　　● 测量精度：±3次/分

　　● 分辨率：1次/分

　　详细参数参考下图：

航顺芯片血氧仪产品方案


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　　一、市场规模与增长　　消毒柜作为健康家电的重要组成部分，近年来市场需求持续增长。特别是在疫情后，消费者对健康家电的需求显著提升，消毒柜市场销量回升，线上渠道销售规模大幅增长。随着消费者对食品安全和卫生的关注度不断提高，消毒柜在家庭、酒店、学校、医院等场所的应用越来越广泛，市场规模有望进一步扩大。　　二、市场应用　　航顺HK32C030在消毒柜领域的应用具有广泛性，适用于家庭厨房、酒店餐饮、医疗场所等多种场景。其高性能和低功耗特性能够满足不同用户的需求，特别是在需要精确控制温度、湿度和时间的消毒柜中，HK32C030能够提供可靠的解决方案。　　三、方案概述　　航顺HK32C030是一款基于ARM Cortex-M0内核的32位MCU，具有64MHz的主频、64KB Flash和10KB SRAM，支持多种通信接口(如UART、SPI、I2C)和低功耗模式。在消毒柜应用中，HK32C030能够实现以下功能：　　温度控制：通过内置的ADC模块，精确检测和控制消毒柜内的温度，确保消毒效果。　　定时功能：支持多种定时模式，满足不同消毒周期的需求。　　低功耗设计：深度睡眠模式下功耗仅为5uA，延长设备待机时间。　　安全认证：通过IEC 60730认证，提供符合CLASS B标准的功能安全库，确保产品稳定性和安全性。　　四、方案核心优势　　高性价比：HK32C030在性能和成本之间取得平衡，为消毒柜厂商提供更具竞争力的解决方案。　　低功耗：多种低功耗模式和动态调节主频电压的能力，显著降低能耗。　　高可靠性：通过先进的工艺水平和功能安全认证，确保产品在复杂环境下的稳定运行。　　兼容性：与国外品牌**32F030软硬件高度兼容，便于厂商快速移植和升级。　　产品系统框图：　　消毒柜实物图：　　航顺HK32C030系列MCU主要规格　　CPU 内核　　ARM® Cortex® -M0　　最高时钟频率：64 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　　主电源 VDD：2.6 V ~ 5.5 V　　工作温度范围：-40°C ~ +105°C　　典型工作电流　　运行(Run)模式：1.46mA@8MHz;7.31mA@64MHz　　睡眠(Sleep)模式：1.05mA@8MHz;671μA@32kHz　　停机(Stop)模式：　　- LDO 全速：128μA@3.3V　　- LDO 低功耗：2.8μA@3.3V　　存储器　　64 Kbyte Flash(包括 Bootloader 区)　　CPU 主频不高于 24 MHz 时，支持 0 等待总线周期访问 Flash。　　Flash 具有数据安全保护功能，可分别设置读保护和写保护。　　10 Kbyte SRAM　　时钟　　外部高速时钟(HSE)：支持 4 ~ 32 MHz　　外部低速时钟(LSE)：32.768 kHz　　片内高速时钟(HSI)：8 MHz/16 MHz/64 MHz　　片内低速时钟(LSI)：40 kHz　　PLL 时钟：64MHz(最大输出频率值)　　GPIO 外部输入时钟：32 MHz(最大值)　　复位　　外部引脚复位　　选项字节装载器复位　　看门狗(IWDG 和 WWDG)计数器复位　　电源上/下电复位(POR/PDR)　　软件复位　　低功耗管理复位　　可编程电压监测器(PVD)　　8 级检测电压门限可调　　上升沿和下降沿检测可配置　　GPIO 端口　　最多支持 40 个 GPIO 引脚　　每个 GPIO 引脚都可配置为外部中断输入　　提供最高 40 mA 驱动电流　　数据通信接口产品概述　　3 路 UART：可以通过自带的波特率发生器产生不同的波特率，并且还支持单线半双工通信、多处理器通信等功能。　　2 路高速 SPI：支持 4 至16 位可编程数据帧，带复用的I2S 接口。　　2 路 I2C：支持超快速模式(1 Mbit/s)、SMBus 和 PMBus。在 Stop 模式下，支持数据接收唤醒。　　定时器及 PWM 发生器　　1 个 16 位高级定时器(TIM1 共 4 路 PWM 输出，其中 3 路带死区互补输出和刹车功能)　　5 个 16 位和 1 个 32 位通用定时器(TIM2/TIM3/TIM14/TIM15/TIM16/TIM17)　　1 个 16 位基本定时器(TIM6)　　DMA 控制器(带 5 个通道)　　支持定时器、ADC、SPI(I2S)、I2C、UART 等多种外设触发。　　定点数除法/开方运算单元　　支持 32 位定点数除法，可同时得到商和余数　　支持 32 位定点数高精度开方　　片内模拟电路　　1 个 12 位 SAR ADC(多达 23 路模拟信号输入通道)　　最高转换器频率：1.14 MSPS　　支持自动连续转换、扫描转换功能　　内部参考电压　　温度传感器　　9 位分辨率温度传感器，温度采集范围为：-40°C ~ +105°C　　日历RTC　　带闹钟功能　　数据安全　　CRC 校验硬件单元　　96 位芯片 UID 标识　　CPU 跟踪与调试　　SWD 调试接口　　ARM® CoreSightTM 调试组件(ROM-Table、DWT 和 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)　　可靠性　　通过HBM6500V/CDM2000V/LU800mA 等级测试。
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　　在数字化与智能化浪潮下，打印机作为工业自动化与办公场景的核心设备，其市场需求持续攀升。据行业数据显示，全球工业打印机市场规模预计2025年将突破980亿美元，年复合增长率达7.5%，尤其在智能制造、物流标签、医疗票据等场景中，对高精度、高稳定性的打印控制方案需求迫切。航顺芯片凭借自主研发的HK32F407系列MCU，为打印机行业提供了一站式高性能解决方案，助力客户实现从“能用”到“好用”的跨越式升级。　　一、市场规模与增长　　全球打印机市场正经历结构性变革：传统消费级打印机需求趋于饱和，而工业级、智能标签打印机因智能制造、物联网、医疗信息化等领域的推动，成为增长主力。据Grand View Research数据，工业打印机细分市场2024年规模达850亿美元，年增速超10%。航顺HK32F407凭借其高性能、低功耗特性，精准卡位这一高速赛道，成为工业打印控制领域的优选方案。　　二、市场应用　　HK32F407广泛应用于打印机领域的核心场景：　　工业标签打印：支持高精度、高速的条形码、二维码打印，适应物流、仓储等场景的批量标签需求。　　医疗票据打印：通过AES256加密模块保障患者信息与处方数据安全，符合医疗行业合规要求。　　智能办公设备：集成USB OTG、以太网接口，实现打印机与PC、云端服务器的快速数据交互，支持远程打印与状态监控。　　特殊环境打印：工作温度覆盖-40℃~105℃，满足工业现场、户外作业等严苛环境需求。　　三、方案概述　　航顺HK32F407打印机解决方案以Cortex-M4F内核为核心，主频高达168MHz，配备1MB Flash+192KB SRAM+64 Kbyte CCM SRAM，支持复杂打印算法与多任务并行处理。方案架构包含：　　主控单元：实时调度打印任务，优化墨盒控制、走纸电机驱动等关键环节。　　接口扩展：集成USB OTG(480Mbps传输)、10/100M以太网、CAN总线，兼容主流外设与协议。　　安全防护：内置TRNG随机数生成器、AES256加密引擎，防止打印数据泄露。　　低功耗设计：支持睡眠、停机模式，待机功耗低至3.3μA，延长设备续航。　　四、方案核心优势　　高性能计算：168MHz主频+单精度浮点单元(FPU)，支持高速图像处理与动态纠偏算法，提升打印精度。　　工业级可靠性：通过IEC 61000-4抗干扰认证，适应振动、温变等恶劣环境。　　开发生态完善：提供SDK、电机控制库及参考设计，代码重用率高，开发周期短。　　扩展性强：支持外接SD卡、摄像头(DCMI接口)，实现打印内容自定义与图像扫描一体化　　产品系统框图　　打印机实物图　　航顺HK32F407系列MCU主要规格　　ARM® Cortex®-M4 Core　　最高时钟频率：168 MHz　　24 位 System Tick 计时器　　工作温度范围：-40°C ~ 105°C　　工作电压范围　　双电源域：主电源 VDD 为 1.8 V ~ 3.6 V、备份电源 VBAT 为 1.8 V ~ 3.6 V。　　当主电源掉电时，RTC 模块可继续工作在 VBAT 电源下。　　当主电源掉电时，VBAT 电源为 80 Byte 备份寄存器供电。　　VDD 典型工作电流　　运行(Run)模式：18.04mA@168MHz;2.63mA@16MHz　　睡眠(Sleep)模式：12.04mA@168MHz;2.08mA@16MHz　　停机(Stop)模式：　　-- Stop_MR：1.03mA -- STOP LP-FPD：9.34mA　　存储器　　Flash 存储器包括最高 1 Mbyte 的主区 Flash，30 Kbyte 的信息块。　　-- 当 CPU 主频不高于 24 MHz 时，支持 0 等待总线周期。 -- Flash 具有代码安全保护功能，可分别设置读保护和写保护。　　8 Kbyte CPU 指令 Cache 缓存　　1 Kbyte CPU 数据 Cache 缓存　　192 Kbyte 片内 SRAM 和 64 Kbyte CCM SRAM　　80 Byte 备份寄存器和 4 Kbyte 备份 SRAM　　FSMC 模块可外挂 1 Gbyte NOR/PSRAM/NAND/PC Card 存储器(其中，256 Mbyte 的空间可以存放指令，可用于片内 Cache 缓存)。　　QSPI 模块可外挂 256 Mbyte NOR Flash 存储器(可存放指令，可用于片内 Cache 缓存)。　　时钟　　外部 HSE：4 ~ 32 MHz　　外部 LSE：32.768 kHz　　片内 HSI 时钟：64 MHz/16 MHz/8 MHz　　片内 LSI 时钟：32 kHz　　PLL 输出时钟：168 MHz(最大值)　　GPIO 外部输入时钟：1~42 MHz　　复位　　外部管脚复位　　电源复位　　软件复位　　看门狗(IWDG 和 WWDG)定时器复位　　低功耗管理复位　　可编程电压检测(PVD)　　8 级检测电压门限可调　　上升沿和下降沿检测可配置　　通用输入输出端口(GPIO)　　64 脚封装 MCU 提供 51 个 GPIO 引脚，100 脚封装 MCU 提供 82 个 GPIO 引脚，144 脚封装MCU 提供 114 个 GPIO 引脚　　所有 GPIO 引脚可配置为外部中断输入　　内置可开关的上、下拉电阻　　支持开漏(Open-Drain)输出　　支持施密特(Schmitt)迟滞输入　　输出驱动能力超高、高、中、低四挡可选　　提供最高 30 mA 驱动电流　　数据通讯接口　　4 个 USART　　最多 4 个 UART　　3 个 SPI(均支持 I2S 协议)　　3 个 I2C　　1 个 SDIO　　2 个 CAN(均支持 2.0A 和 2.0B 协议)　　1 个 QSPI　　1 个 USB OTG HS　　1 个以太网接口(仅 HK32F407 系列支持)　　音视频数据接口　　1 个数字照相机接口(DCMI)　　4 路 TFT 接口　　定时器　　2 个高级定时器：TIM1/TIM8　　-- TIM1/TIM8 具有刹车功能和 4 路 PWM 输出，其中 3 路带死区互补输出　　10 个通用定时器：TIM2~5 和 TIM9~14　　-- 8 个 16 位通用定时器：TIM3~4 和和 TIM9~14 -- 2 个 32 位通用定时器：TIM2/TIM5　　2 个基本定时器：TIM6/TIM7　　-- 支持 CPU 中断、DMA 请求和 DAC 转换触发　　红外遥控接口：配合红外 LED 使用，可实现远程遥控功能。　　DMA 控制器　　2 个通用双端口 DMA：DMA1 和 DMA2　　-- 每个 DMA 具有 8 个数据流，每个数据流有多达 8 个通道　　支持 Timer、ADC、DAC、SPI、I2C、USART、UART 等多种外设触发。　　RTC 时钟计数器，配合软件记录年月日时分秒　　片内模拟外设　　3 个 12 位 2 MSPS ADC(单个 ADC 最多可支持高达 19 个通道;可测量 16 个外部信号源，2 个内部信号源和 VBAT 通道的信号)。支持三 ADC 模式，采样率最高 6 MSPS。　　2 个 12 位 DAC　　1 个温度传感器　　1 个内部参考电压源　　1 个 VBAT 电源电阻分压器(分压器输出在片内与 ADC 相连，实现 VBAT 电源电压监控)　　ID 标识　　每颗芯片提供一个唯一的 96 位 ID 标识　　调试及跟踪接口　　SW-DP 两线调试端口　　JTAG 五线调试端口　　ARM DWT、FPB、ITM、TPIU 调试追踪模块　　单线异步跟踪数据输出接口(TRACESWO)　　四线同步跟踪数据输出接口(TRACED[3:0]，TRACECK)　　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)。　　可靠性　　通过 CDM 1750V/LU 200mA/HBM 3500V 等级测试
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　　近日，德某仪器(TI)发布全球最小32位MCU M**M0C1104(1.38mm²)的消息引发行业热议，其20美分的批量单价被视为医疗电子与消费硬件微型化的里程碑。然而，这一纪录并不属实不严谨，国内领先半导体厂商航顺芯片早已量产新一代32位MCU HK32F005，其封装面积进一步压缩至1mm²，且存储配置与性价比维度实现突破性进展，这将是全球最小的32位MCU。　　一、航顺HK32F005：尺寸、性能、成本、可靠性、功耗、内存，技术参数全面碾压　　二、三大颠覆性创新解析　　1.纳米级封装工艺突破　　采用3D异构集成技术，通过晶圆级封装(WLP)实现1mm²超微型化　　较竞品同类产品面积缩减28%，单位面积存储密度达到64KB/mm²(国际竞品仅16KB/mm²)　　2.大内存驱动复杂应用　　集成64KB NOR Flash，可存储完整机器学习模型(如TinyML心率检测算法)　　4KB SRAM支持实时多任务处理，较竞品多线程处理能力提升3倍　　内置硬件加密引擎，满足医疗设备FDA认证数据安全要求　　2.0-5.5V宽电压供电方便客户设计3.3-5V应用　　功耗<0.1μA，满足电池供电及低功耗节能需求　　3.极致性价比重构市场　　通过国产化供应链整合，实现低于0.05美金颠覆性定价，量大价更低　　相较竞品同级产品，开发者硬件成本更低　　三、目标市场与商业价值　　HK32F005凭借其超小尺寸和大容量存储，能够满足多行业对小型化、高性能及大容量存储的需求，可广泛应用于以下行业及细分领域：　　1.医疗可穿戴设备　　如智能手环、血糖仪等，需要在极小空间内集成高性能计算和数据存储功能。　　智能手环：集运动监测、睡眠分析、消息提醒等功能于一体，需在小巧机身中实现数据处理与存储。　　植入式设备：单价<1美金的皮下血糖监测模组　　一次性耗材：支持NFC加密认证的智能注射器控制芯片　　胰岛素泵：精准控制胰岛素输注剂量，存储剂量调整记录与血糖监测数据。　　智能药盒：具备用药提醒、服药记录存储功能，还能与手机连接同步数据。　　2.物联网传感器　　在智能家居、智能城市等领域，传感器需要在有限空间内实现高效数据采集和处理。　　智能家居传感器：如温湿度传感器、门窗传感器等，体积小巧且需本地存储环境数据。　　智能城市传感器：如水质监测传感器、交通流量传感器等，要在有限空间内完成数据采集与存储。　　工业物联网传感器：用于监测生产设备运行状态、车间环境参数等，需适应工业环境并高效存储数据。　　分布式传感节点：亩均部署成本<10美金的农田监测系统　　设备预测性维护：支持边缘计算的振动传感器(生命周期成本降低60%)　　智能物流传感器：在物流仓储中监测货物状态、仓库环境等，实现数据本地存储与智能分析。　　3.消费电子产品　　如智能家居、无线麦克风、对讲机、电子笔等，对产品小型化和智能化有较高要求。　　智能家居控制中心：如智能音箱、智能中控屏等，需整合多种连接协议，实现设备互联互通与本地数据存储。　　无线麦克风：在小巧机身中实现音频信号处理与存储，满足直播、录音等场景需求。　　对讲机：除了语音通信功能，还需支持文字消息存储、通话记录保存等。　　电子笔：具备手写笔迹存储、文档批注记录功能，同时支持与电脑等设备的数据同步。　　智能手表：融合时间显示、健康监测、移动支付等功能，需在手腕上实现数据处理与存储。　　4.智能交通　　智能公交系统设备：如电子站牌、公交调度终端等，需在设备中存储公交线路信息、到站数据。　　智能共享单车锁：在小巧锁体中集成定位数据存储、开锁记录保存功能。　　汽车胎压监测系统(TPMS)：在传感器中存储胎压历史数据，为车辆安全行驶提供依据。　　智能交通摄像头：在摄像头设备中实现视频数据本地存储、智能分析算法运行，减少数据传输带宽占用。　　5.智能安防　　智能摄像头：在本地存储视频数据，实现智能侦测、报警功能。　　门禁系统读卡器：存储员工权限信息、进出记录，与后台系统协同工作。　　防盗报警器：记录报警事件、触发条件，实现安防数据本地备份。　　智能安全手环：在可穿戴设备中存储用户位置信息、紧急联系人，保障个人安全。　　当全球还在为1.38平方毫米的32位MCU惊叹时，中国芯片已悄然突破物理极限——航顺HK32F005以1平方毫米的方寸之地，承载64KB计算宇宙，用0.05美金以下的极致性价比，航顺以十年磨一剑的硬核实力向世界证明：微型芯片的终极战场，必须由中国技术定义!
2025-03-21 16:53 阅读量：347
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