CN218852702U

CN218852702U - 指夹式血氧仪

Info

Publication number: CN218852702U
Application number: CN202223181065.XU
Authority: CN
Inventors: 毛增闯; 张浩然
Original assignee: Suzhou Kunyuan Microelectronics Co ltd
Current assignee: Suzhou Kunyuan Microelectronics Co ltd
Priority date: 2022-11-29
Filing date: 2022-11-29
Publication date: 2023-04-14
Anticipated expiration: 2032-11-29

Abstract

本实用新型提供了一种指夹式血氧仪，包括MCU和TS9517芯片；所述MCU和所述TS9517芯片通信连接；所述MCU用于控制所述TS9517芯片的参考电压，以调节发光二极管的发光强度。本实用新型的指夹式血氧仪通过数字调光功能解决不同粗细及颜色手指测量结果差异的问题和低弱灌注时数据不稳定的问题；通过硬件去环境光功能降低光照强度对测量结果的影响。实现了在测量过程中根据手指粗细或颜色不同设置不同的发光电流强度；利用硬件去环境光功能代替软件消除环境光，降低了算法难度；利用集成LED驱动电路和恒流源电路提高了系统集成度减小了设备体积，降低设计难度，使用更少的器件可降低成本。

Description

指夹式血氧仪

技术领域

本实用新型涉及血氧仪技术领域，尤其涉及一种指夹式血氧仪。

背景技术

作为一款便携式的医疗器具，用户可以使用指夹式血氧仪随时随地检测自身的健康状况，包括心率和血氧。指夹式血氧仪的测量方式有两种：反射式和透射式。其测量原理如下：

透射式：手指一侧是发光LED，另一侧是光电二极管(用于检测光强，将光转换成电流，光越强，电流越大)。人的手指(包括皮肤、骨骼、血液)会吸收光，其中血液比其他组织吸收更多的光，血液在流动的过程中，由于心脏的周期性搏动作用，血液呈现脉动的形式即脉搏。这样就会导致吸收的光不一样，反馈到光电二极管上就会呈现变化的光电流。采样频率足够高时，就会呈现出完整连续的脉搏波形。心率是通过统计连续的脉搏波形的个数，计算出每分钟的波形数即心跳次数。通过呼吸吸入的氧气会和血液中的血红蛋白结合，形成氧合血红蛋白。血红蛋白对红光的吸收系数更高，氧合血红蛋白对红外光的吸收系数更高；利用红光和红外光分别检测氧合血红蛋白和血红蛋白可计算出血氧结果。反射式：计算心率时采用的发光LED和透射式不同，光电二极管和发光二极管放在手指的同一侧，其他同透射式。

目前主流的血氧测试方案有模拟方案和数字方案。模拟方案由MCU、运放、LED驱动组成。数字方案由MCU和血氧模拟前端芯片组成。血氧模拟前端芯片集成了光电流采样、光电流转换为频率输出的功能，集成度高于模拟方案。指夹式血氧仪在使用过程中存在因人手指粗细、皮肤颜色、光照强度的影响，导致出现指夹式血氧仪的适用范围窄，抗环境光干扰能力弱的问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中的上述缺陷，提供一种指夹式血氧仪。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本实用新型提供了一种指夹式血氧仪，包括MCU和TS9517芯片；所述MCU和所述TS9517芯片通信连接；所述MCU用于控制所述TS9517芯片的参考电压，以调节发光二极管的发光强度。

较佳地，所述MCU还用于通过所述TS9517芯片控制红光和/或红外光的开关状态。

较佳地，所述MCU还用于控制所述TS9517芯片的去环境光功能的开关状态。

较佳地，所述指夹式血氧仪还包括开关机电路；所述MCU还用于控制所述开关机电路，以设置所述指夹式血氧仪的开关机状态。

较佳地，所述指夹式血氧仪还包括显示屏；所述显示屏和所述MCU电连接；所述MCU还用于控制所述显示屏切换界面。

较佳地，所述显示屏用于显示心率参数、血氧参数、脉搏波形参数、心跳参数、电量参数中的至少四个。

较佳地，所述MCU包括第一引脚、第二引脚、第三引脚、第四引脚、第五引脚、第六引脚、第七引脚、第八引脚；

所述MCU用于通过所述第一引脚、所述第二引脚、所述第三引脚控制所述TS9517芯片的参考电压，以调节发光二极管的发光强度；

所述MCU还用于通过所述第四引脚、所述第五引脚控制所述TS9517芯片内部的驱动电路以控制红光和/或红外光的开关状态；

所述MCU还用于通过所述第六引脚控制所述TS9517芯片的去环境光功能的开关状态；

所述MCU还用于通过所述第八引脚控制所述开关机电路，以设置所述指夹式血氧仪的开关机状态；

所述MCU还用于通过所述第七引脚控制所述显示屏切换界面。

较佳地，所述MCU还包括第九引脚和第十引脚；所述MCU用于通过所述第九引脚和所述第十引脚模拟IIC总线和所述显示屏通讯。

较佳地，所述MCU还包括定时器捕获引脚；所述定时器捕获引脚与所述TS9517芯片的输出引脚连接，用于测量脉冲信号的频率。

较佳地，所述MCU采用STM32F030K6T6单片机。

本实用新型的积极进步效果在于：本实用新型通过提供一种指夹式血氧仪，利用MCU对于前端TS9517芯片进行合理控制，利用TS9517芯片内部的LED调光功能实现了在测量过程中根据手指粗细或颜色不同设置不同的发光电流强度；利用对去环境光功能的控制代替软件消除环境光，降低了算法难度；利用集成LED驱动电路和恒流源电路提高了系统集成度减小了设备体积，降低设计难度，使用更少的器件可降低生产成本。指夹式血氧仪通过数字调光功能解决不同粗细及颜色手指测量结果差异的问题和低弱灌注时数据不稳定的问题；通过硬件去环境光功能降低光照强度对测量结果的影响。

附图说明

图1为TS9517芯片的发光控制及恒流调光电路结构示意图。

图2为本实用新型实施例的指夹式血氧仪的电路结构示意图。

图3为本实用新型实施例的指夹式血氧仪使用数字调光时的程序控制流程示意图。

图4为本实用新型实施例的指夹式血氧仪的一种产品界面示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本说明书实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本说明书应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

实施例

TS9517芯片内部集成了H桥驱动电路，可以控制两路LED，如图1中上半部分所示。该驱动电路避免了死区时间，结合内部集成的容错机制，保证H桥的两个驱动端同时为高电平或者同时为低电平时LED都没有电流通过，控制逻辑如表1所示，其中RED_CS和IR_CS是H桥的两个驱动端。

表1

本实用新型提供了一种指夹式血氧仪，包括MCU和TS9517芯片；MCU和TS9517芯片通信连接；MCU用于控制TS9517芯片的参考电压，以调节发光二极管的发光强度。

作为较佳的实施方式，MCU还用于通过TS9517芯片控制红光和/或红外光的开关状态。作为较佳的实施方式，MCU还用于控制TS9517芯片的去环境光功能的开关状态。作为较佳的实施方式，指夹式血氧仪还包括开关机电路；MCU还用于控制开关机电路，以设置指夹式血氧仪的开关机状态。作为较佳的实施方式，指夹式血氧仪还包括显示屏；显示屏和MCU电连接；MCU还用于控制显示屏切换界面。作为较佳的实施方式，显示屏用于显示心率参数、血氧参数、脉搏波形参数、心跳参数、电量参数中的至少四个。

作为较佳的实施方式，MCU包括第一引脚、第二引脚、第三引脚、第四引脚、第五引脚、第六引脚、第七引脚、第八引脚；MCU用于通过第一引脚、第二引脚、第三引脚控制TS9517芯片的参考电压，以调节发光二极管的发光强度；MCU还用于通过第四引脚、第五引脚控制TS9517芯片内部的驱动电路以控制红光和/或红外光的开关状态；MCU还用于通过第六引脚控制TS9517芯片的去环境光功能的开关状态；MCU还用于通过第八引脚控制开关机电路，以设置指夹式血氧仪的开关机状态；MCU还用于通过第七引脚控制显示屏切换界面。作为较佳的实施方式，MCU还包括第九引脚和第十引脚；MCU用于通过第九引脚和第十引脚模拟IIC总线和显示屏通讯。作为较佳的实施方式，MCU还包括定时器捕获引脚；定时器捕获引脚与TS9517芯片的输出引脚连接，用于测量脉冲信号的频率。

作为较佳的实施方式，MCU采用STM32F030K6T6单片机。

TS9517芯片内部集成恒流源驱动电路，由运放、MOS管和R_PROG电阻构成。SPI数据接口和DAC用于设置基准电压V_REF，流过LED的电流I_LED＝V_REF/R_PRO。MCU通过SPI接口设置不同的V_REF，便可以改变LED的电流，即实现了LED亮度的调节。TS9517芯片内部集成硬件去环境光功能，当红光和红外光LED都不亮时，外界光照强度产生的光电流被储存在芯片内部；当红光LED或红外光LED亮时，产生的光电流会自动减掉储存的环境光电流。消除了环境光的影响，避免了程序中环境光的采集、处理过程。

参见图2，示出了一种基于TS9517芯片实现的指夹式血氧仪电路示意图，方案采用MCU+TS9517的架构，TS9517芯片的外围器件只有一个光电二极管、一个发光二极管(集成红光和红外光发光二极管)、一个电流采样电阻和三个电容C1、C2和C3；H桥驱动电路、恒流源驱动电路、调光功能、硬件去环境光功能都集成在TS9517内部，所以外围器件少，集成度高。

MCU可以采用32位单片机，需要具备至少10个普通IO引脚、1个定时器捕获引脚、1个ADC引脚，可使用STM32F030K6T6单片机。MCU和显示屏(以OLED屏为例)以及TS9517芯片的PV_DD引脚共用一路电源，TS9517芯片的V_DD引脚单独使用一路电源。MCU的第一引脚IO1～第三引脚IO3模拟SPI总线和TS9517芯片通讯，用于设置不同的发光电流强度。MCU的第四引脚IO4和第五引脚IO5用于控制红光和红外光的开启或关闭，控制逻辑如表1所示。MCU的第六引脚IO6用于控制硬件去环境光功能的开启或关闭，IO6为高电平时开启去环境光功能，IO6为低电平时关闭去环境光功能。第七引脚IO7用于按键检测，通过按键控制OLED屏显界面的切换。第八引脚IO8用于开关机的控制，IO8为高电平时开机，IO8为低电平时关机。第九引脚IO9和第十引脚IO10模拟IIC总线和OLED屏通讯，OLED屏用于显示测量参数，包括心率、血氧、脉搏波形、心跳柱状图、电量等。定时器捕获引脚TIM接TS9517的输出引脚OUT，负责测量脉冲的频率。

TS9517内部集成电流-频率(I-F)转换模块，可以将采集到的光电二极管的光电流转换成对应频率的脉冲输出，光电流越大则输出脉冲的频率越高，光电流和频率呈正比例关系。MCU只需要在OUT端测量脉冲的频率，即可以间接获取光电流的大小。图3示出了使用数字调光功能时的控制流程图。人手指较粗时，测量到的输出频率偏小；人手指皮肤较暗时，测量到的输出频率偏小；相反输出频率偏大。所以程序中需要匹配自适应算法，根据不同手指的粗细和皮肤颜色，自动调节发光电流大小，直到输出频率处于合适的阈值内。此时再进行正常的测量和数据处理，这样便能保证输出频率基本一致。使用该方法同样可以解决低弱灌注的问题，当弱灌注较低时，脉搏信号较弱，通过增强发光强度提高信号强度，如此可间接提高信号的弱灌注。

参见图4的产品示意图，显示屏中SPO2％表示血氧值，单位为百分比％；PRbpm表示心率，单位次数每分钟；白色按键既可以作为开机键，又可以用于切换屏显界面，共四个方向四种界面，图中只显示其中一种；电池在设备底部，电路板在屏幕下方，光电二极管在电路板上(处于手指的上方)，发光二极管在手指的下方，光电二极管和发光二极管点对点，实现透射测量方式。

本实用新型的指夹式血氧仪通过数字调光功能解决不同粗细及颜色手指测量结果差异的问题；通过数字调光功能解决低弱灌注时数据不稳定的问题；通过硬件去环境光功能降低光照强度对测量结果的影响。并且相较于现有产品降低了算法难度，提高了系统集成度，减小了设备体积，降低了生产成本。

Claims

1.一种指夹式血氧仪，其特征在于，包括MCU和TS9517芯片；所述MCU和所述TS9517芯片通信连接；所述MCU用于控制所述TS9517芯片的参考电压，以调节发光二极管的发光强度。

2.如权利要求1所述的指夹式血氧仪，其特征在于，所述MCU还用于通过所述TS9517芯片控制红光和/或红外光的开关状态。

3.如权利要求2所述的指夹式血氧仪，其特征在于，所述MCU还用于控制所述TS9517芯片的去环境光功能的开关状态。

4.如权利要求3所述的指夹式血氧仪，其特征在于，所述指夹式血氧仪还包括开关机电路；所述MCU还用于控制所述开关机电路，以设置所述指夹式血氧仪的开关机状态。

5.如权利要求4所述的指夹式血氧仪，其特征在于，所述指夹式血氧仪还包括显示屏；所述显示屏和所述MCU电连接；所述MCU还用于控制所述显示屏切换界面。

6.如权利要求5所述的指夹式血氧仪，其特征在于，所述显示屏用于显示心率参数、血氧参数、脉搏波形参数、心跳参数、电量参数中的至少四个。

7.如权利要求6所述的指夹式血氧仪，其特征在于，所述MCU包括第一引脚、第二引脚、第三引脚、第四引脚、第五引脚、第六引脚、第七引脚、第八引脚；

所述MCU还用于通过所述第七引脚控制所述显示屏切换界面。

8.如权利要求7所述的指夹式血氧仪，其特征在于，所述MCU还包括第九引脚和第十引脚；所述MCU用于通过所述第九引脚和所述第十引脚模拟IIC总线和所述显示屏通讯。

9.如权利要求8所述的指夹式血氧仪，其特征在于，所述MCU还包括定时器捕获引脚；所述定时器捕获引脚与所述TS9517芯片的输出引脚连接，用于测量脉冲信号的频率。

10.如权利要求1-9中任一项所述的指夹式血氧仪，其特征在于，所述MCU采用STM32F030K6T6单片机。