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  在Omdia最新的行業(yè)分析報告中，2022年中國醫(yī)療電子產(chǎn)業(yè)將為MCU廠商帶來1.56億美元的市場銷售額。展望未來，MCU的銷售額預(yù)計將以7.5%的復(fù)合年增長率增長，到2026年將達到2.04億美元，占到全球市場約27%的份額，并領(lǐng)跑于全球市場的增長速度。

  在疫情防控政策優(yōu)化之后，將便攜式血氧儀、家用制氧機、額溫槍等為代表的健康管理設(shè)備納入家庭醫(yī)藥箱，預(yù)計會長期持續(xù)地提振這些產(chǎn)品的需求空間。健康管理產(chǎn)品在未來多年的銷量都將呈現(xiàn)持續(xù)上揚的趨勢，這也將為MCU市場帶來長期的增長點。分析機構(gòu)對未來幾年MCU在該細分領(lǐng)域的持續(xù)看好也印證了上述分析。

  ▲ 中國vs全球醫(yī)療電子市場 - 年度MCU營收來源：Omdia

  以指夾式脈搏血氧儀為例，雖然其市場規(guī)模持續(xù)增長，但是其發(fā)展仍面臨諸多挑戰(zhàn)。目前國內(nèi)血氧儀市場面臨產(chǎn)品同質(zhì)化嚴重、監(jiān)測精度達醫(yī)療級的產(chǎn)品較少、性價比不高等問題，亟需尋找破局之路。適用性、監(jiān)測精度、運動性能、成本控制成為考察指夾血氧儀研發(fā)及生產(chǎn)企業(yè)的重要指標。

  放眼全球，人工智能(AI)技術(shù)與健康管理領(lǐng)域的融合不斷加深，應(yīng)用場景不斷擴大，如語音錄入病歷、醫(yī)療影像輔助診斷、藥物研發(fā)、手術(shù)機器人、個人健康大數(shù)據(jù)智能分析等，都是AI技術(shù)目前的熱門應(yīng)用領(lǐng)域。而隨著MCU的算力不斷提升，將人工智能集成在MCU上，只用一顆芯片實現(xiàn)端側(cè)部署，正在成為新的應(yīng)用趨勢。

  在長尾需求和持續(xù)創(chuàng)新的驅(qū)動下，健康管理產(chǎn)業(yè)鏈尋找性價比高、穩(wěn)定可靠、供貨保障的相關(guān)MCU供應(yīng)商成為重中之重。

  在過去幾年，兆易創(chuàng)新GD32系列MCU持續(xù)為健康管理產(chǎn)品終端客戶穩(wěn)定供貨，為抗擊疫情提供了強有力的保障，具備了較高的市占率。GD32E230系列超值型MCU累計出貨數(shù)據(jù)已超2億余顆，并廣泛應(yīng)用于血氧儀、額溫槍、病毒檢測儀、疫苗保溫箱等;GD32F450/470系列高性能MCU大量應(yīng)用于熱成像儀、制氧機、呼吸機等，深受行業(yè)認可并屢獲殊榮。囊括“中國芯優(yōu)秀支援抗疫產(chǎn)品”、“中國芯優(yōu)秀市場表現(xiàn)”、“全球電子成就獎”等多項業(yè)界大獎。

  血氧儀的工作原理

  血氧飽和度(SpO2)即血液中血氧的濃度，是呼吸循環(huán)的重要生理參數(shù)。在《新型冠狀病毒肺炎診療方案(試行第九版)》中，有關(guān)治療的措施提到，“密切監(jiān)測生命體征，特別是靜息和活動后的指氧飽和度等”;多名專家在進行疾病科普時也都提出：“氧飽和度低于93%比較危險”，缺氧可導(dǎo)致機體器官受損，特別需要警惕老年人“沉默性缺氧”。這意味著，是否需要去醫(yī)院就醫(yī)、是否發(fā)展為重癥，血氧指標成為了重點。而且家用血氧儀，尤其是指夾式血氧儀，因為便攜、方便且價格實惠，成為了人們關(guān)注的重點。

  目前流行的指夾式光電傳感器測量血氧的方法，測量時，只需將傳感器套在人手指上，然后將采集的信號處理后傳到顯示屏上位機即可觀察到人體血氧飽和度的情況。

  血液中氧的含量可以用生理參數(shù)血氧飽和度(SpO2)來表示。血氧飽和度(SpO2)是血液中氧合血紅蛋白(HbO2)的容量占所有可結(jié)合的血紅蛋白(HbO2+Hb)即氧合血紅蛋白和還原血紅蛋白容量的百分比，即

  對同一種波長的光或者不同波長的光，氧合血紅蛋白(HbO2)和還原血紅蛋白(Hb)對光的吸收存在很大的差別，而且在近紅外區(qū)域內(nèi)，他們對光的吸收存在獨特的吸收峰;在血液循環(huán)中，動脈中的血液含量會隨著脈搏的跳動而產(chǎn)生變化，即說明光透射過血液的光程也產(chǎn)生了變化，而動脈血對光的吸收量會隨著光程的改變而改變，由此能夠推導(dǎo)出血氧探頭輸出的信號強度隨脈搏波的變化而變化，然后根據(jù)朗伯-比爾定律推導(dǎo)出脈搏血氧飽和度。

  基于GD32的指夾式血氧儀方案

  使用GD32E230C8T6作為主控MCU，是中國首款基于全新Arm® Cortex®-M23內(nèi)核的通用微控制器產(chǎn)品，取代及提升傳統(tǒng)的8位和16位MCU，并替代Cortex-M0/M0+產(chǎn)品，帶來更具性價比的解決方案。該系列MCU不僅擁有超值的高速處理能力，還提供了豐富的接口資源來增強連接性。

  整個血氧儀通過2節(jié)AAA電池供電，內(nèi)部ADC可以實時監(jiān)測電池電量，開機和設(shè)置參數(shù)均通過一個按鍵完成，蜂鳴器用于開機提示和報警提示。發(fā)射管通過PWM驅(qū)動，接收管的信號通過ADC采樣。OLED通過SPI接口與主控相連接，用于顯示各種參數(shù)和波形信息。

  方案特點

  顯示：采用雙色OLED，支持四向切換顯示

  報警：聲光報警、上下限可調(diào)

  電池：2節(jié)AAA電池

  自動關(guān)機：8秒無操作自動關(guān)機

  體積小、重量輕、攜帶方便

  產(chǎn)品規(guī)格

  血氧飽和度測量范圍：70%-99%

  血氧飽和度測量精度：80%-99%，范圍±2%，≤70%，精度無定義

  血氧飽和度分辨率：血氧飽和度±1%

  脈率測量范圍：30-240BPM

  脈率測量精度：±1%或±1BPM

  功耗：小于30mA

  防疫放開后的制氧機需求

  如果說居家必備的血氧儀是預(yù)警，那么制氧機則已經(jīng)邁入輔助治療的行列。如果出現(xiàn)呼吸困難、低氧血癥等不適癥狀，可以通過吸氧來進行緩解，此時制氧機對有吸氧需求的患者，如有基礎(chǔ)病的老人有一定的幫助。

  相關(guān)信息顯示，制氧機的使用人群為中老年人、孕婦、特殊患者等，容量在1L-3L、5L-10L不等。不同程度缺氧的人群，都可以在征詢醫(yī)生意見后嘗試使用制氧機。1-3L這類小容量屬于保健型(家用型)，通過給氧改善身體供氧狀況，消除疲勞，恢復(fù)身體機能，適用于部分出現(xiàn)缺氧癥狀的中老年人和孕期婦女、體質(zhì)較差者、運動員、重體力勞動者和腦力消耗者。如果去高原旅游，便攜式的制氧機還可以緩解高反帶來的不適。

  基于GD32的家用制氧機方案

  目前市面上的家用制氧機多為分子篩制氧機，特點是成本便宜、使用方便、移動靈活、攜帶安全等。

  分子篩制氧機的工作原理是變壓吸附(PSA)技術(shù)和解吸技術(shù)。在工作時，會吸附空氣中的氮氣并且收集空氣中剩余的氧氣，經(jīng)過凈化處理后變?yōu)楦邼舛鹊难鯕?，隨后用吸氧管將氧氣供給患者使用。整個過程是周期性地動態(tài)循環(huán)的，分子篩并不會消耗。

  MCU在制氧機中主要起到控制和顯示作用。GD32F303系列主流型MCU提供最高120MHz主頻，大容量存儲，多路高級定時器和高精度的ADC，液晶屏接口以及豐富的通訊接口，可滿足主流制氧機的控制、數(shù)據(jù)采集和通信、顯示功能需求。對于性能要求更高的制氧機產(chǎn)品，推薦使用GD32F4系列高性能MCU，具備高達240MHz的工作主頻，并集成了TFT LCD控制器和硬件圖形加速器IPA，在提供更強勁處理效率之余，亦可滿足高分辨率的HMI顯示功能。

  工作生活必備的紅外額溫槍

  額溫槍是一種紅外線測溫儀。不同于傳統(tǒng)的口腔腋下等接觸式體溫計，是針對量測人體額溫基準設(shè)計。操作簡單高效便捷，無鐳射點，不會對眼睛造成潛在傷害;不需要接觸人體皮膚，能夠避免交叉感染;能實現(xiàn)1鍵測溫，1秒測溫。

  額溫槍一般配有顯示屏，用于顯示溫度，以及過往測試記錄等信息。通過按鍵可以進行模式的設(shè)置、溫度的采集、記錄的查詢等等。另外有些還會配有聲音、燈光報警提示功能。額溫槍上最關(guān)鍵的器件主要有主控MCU和測溫Sensor。

  當(dāng)紅外額溫計對準并靠近被測對象至數(shù)字接近式傳感器檢測的有效距離時，按下電源/測量鍵，并保持若干秒，則紅外額溫計內(nèi)部的紅外傳感器模塊就會進行溫度采集，并轉(zhuǎn)化為電信號，隨之將電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，而后通過通信接口傳輸?shù)組CU。

  MCU通過數(shù)字溫度傳感器采集當(dāng)前環(huán)境溫度對傳輸?shù)臏囟葦?shù)字信號進行相應(yīng)溫度補償處理，并把修正后的溫度作為當(dāng)前記錄編號存儲，從而進行相應(yīng)的OLED或LCD屏幕顯示，若體溫異常同時還會進行“嘀嘀嘀嘀嘀”報警，最后語音播報當(dāng)前溫度。

  基于GD32的額溫槍設(shè)計方案

  以非接觸式紅外額溫計為例，通常由低功耗、高安全性的GD32E230系列MCU、電源模塊、按鍵模塊、紅外傳感器模塊、OLED或LCD顯示模塊、語音模塊或者喇叭組成。

  基于GD32E230K8U6作為主控MCU，具有性價比高、存儲容量大、安全性高、功耗低、接口豐富等特點。市面上額溫槍產(chǎn)品普遍采用LCD段碼屏，通過GD32E230驅(qū)動OLED屏，顯示效果更加細膩，關(guān)斷零功耗的設(shè)計更可延長電池的使用壽命，增強產(chǎn)品實用性。

  兆易創(chuàng)新GD32作為全球32位微控制器的領(lǐng)先品牌，在產(chǎn)品設(shè)計上具備了高品質(zhì)、高可靠、低成本和低功耗的優(yōu)勢特點，采用業(yè)界先進的代工工藝制造，并采用多個認證工廠及生產(chǎn)線同時供貨，在保證產(chǎn)品一致性和可靠性的前提下，GD32具備了靈活彈性的充足產(chǎn)能與穩(wěn)定供貨保障，更提供了“主控芯片+算法+解決方案”的一站式量產(chǎn)服務(wù)，節(jié)省開發(fā)時間降低成本投入，與合作伙伴同心協(xié)力為用戶提供支持。