【世說芯品】解析旺盛的健康管理產(chǎn)品需求，兆易創(chuàng)新GD32如何幫助客戶取勝？

在疫情防控政策優(yōu)化之后，將便攜式血氧儀、家用制氧機(jī)、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(jì)會(huì)長期持續(xù)地提振這些產(chǎn)品的需求空間。此外，疫情并非健康管理設(shè)備銷量上漲的唯一“催化劑”，人口老齡化、對健康監(jiān)護(hù)的需求更豐富更多元、以及產(chǎn)品智能化都將長期持續(xù)性地推動(dòng)市場需求的提升。

市場調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，2021全球脈搏血氧儀市場銷售額達(dá)到了21億美元，預(yù)計(jì)2028年將達(dá)到36億美元，年復(fù)合增長率為7.5%（2022-2028）。擴(kuò)展到整個(gè)細(xì)分領(lǐng)域，2022年我國家用醫(yī)療器械零售市場總體規(guī)模達(dá)327億元，較疫情前整體規(guī)模上漲接近50%。后疫情時(shí)代，家用醫(yī)療器械季度銷售規(guī)模在80億元上下波動(dòng)。

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(yáng)的趨勢，這也將為MCU市場帶來長期的增長點(diǎn)。分析機(jī)構(gòu)對未來幾年MCU在該細(xì)分領(lǐng)域的持續(xù)看好也印證了上述分析。在Omdia最新的行業(yè)分析報(bào)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(jì)將以7.5%的復(fù)合年增長率增長，到2026年將達(dá)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。

▲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(yán)重、監(jiān)測精度達(dá)醫(yī)療級(jí)的產(chǎn)品較少、性價(jià)比不高等問題，亟需尋找破局之路。適用性、監(jiān)測精度、運(yùn)動(dòng)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(biāo)。

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(kuò)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(jī)器人、個(gè)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(shí)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(dòng)下，健康管理產(chǎn)業(yè)鏈尋找性價(jià)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(qiáng)有力的保障，具備了較高的市占率。GD32E230系列超值型MCU累計(jì)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(jī)、呼吸機(jī)等，深受行業(yè)認(rèn)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(jiǎng)”等多項(xiàng)業(yè)界大獎(jiǎng)。

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(dòng)后的指氧飽和度等”；多名專家在進(jìn)行疾病科普時(shí)也都提出：“氧飽和度低于93%比較危險(xiǎn)”，缺氧可導(dǎo)致機(jī)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(biāo)成為了重點(diǎn)。而且家用血氧儀，尤其是指夾式血氧儀，因?yàn)楸銛y、方便且價(jià)格實(shí)惠，成為了人們關(guān)注的重點(diǎn)。

目前流行的指夾式光電傳感器測量血氧的方法，測量時(shí)，只需將傳感器套在人手指上，然后將采集的信號(hào)處理后傳到顯示屏上位機(jī)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(dú)特的吸收峰；在血液循環(huán)中，動(dòng)脈中的血液含量會(huì)隨著脈搏的跳動(dòng)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(dòng)脈血對光的吸收量會(huì)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(hào)強(qiáng)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(jià)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(qiáng)連接性。

整個(gè)血氧儀通過2節(jié)AAA電池供電，內(nèi)部ADC可以實(shí)時(shí)監(jiān)測電池電量，開機(jī)和設(shè)置參數(shù)均通過一個(gè)按鍵完成，蜂鳴器用于開機(jī)提示和報(bào)警提示。發(fā)射管通過PWM驅(qū)動(dòng)，接收管的信號(hào)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(diǎn)

顯示：采用雙色OLED，支持四向切換顯示

報(bào)警：聲光報(bào)警、上下限可調(diào)

電池：2節(jié)AAA電池

自動(dòng)關(guān)機(jī)：8秒無操作自動(dòng)關(guān)機(jī)

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(jī)需求

如果說居家必備的血氧儀是預(yù)警，那么制氧機(jī)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(jìn)行緩解，此時(shí)制氧機(jī)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(jī)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(jī)。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(jī)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(yùn)動(dòng)員、重體力勞動(dòng)者和腦力消耗者。如果去高原旅游，便攜式的制氧機(jī)還可以緩解高反帶來的不適。

基于GD32的家用制氧機(jī)方案

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

分子篩制氧機(jī)的工作原理是變壓吸附(PSA)技術(shù)和解吸技術(shù)。在工作時(shí)，會(huì)吸附空氣中的氮?dú)獠⑶沂占諝庵惺Ｓ嗟难鯕?，?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(gè)過程是周期性地動(dòng)態(tài)循環(huán)的，分子篩并不會(huì)消耗。

MCU在制氧機(jī)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(chǔ)，多路高級(jí)定時(shí)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(jī)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(jī)產(chǎn)品，推薦使用GD32F4系列高性能MCU，具備高達(dá)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(qiáng)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(jì)，是針對量測人體額溫基準(zhǔn)設(shè)計(jì)。操作簡單高效便捷，無鐳射點(diǎn)，不會(huì)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(shí)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(jìn)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(huì)配有聲音、燈光報(bào)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(jì)對準(zhǔn)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(shí)，按下電源/測量鍵，并保持若干秒，則紅外額溫計(jì)內(nèi)部的紅外傳感器模塊就會(huì)進(jìn)行溫度采集，并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，隨之將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，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(hào)進(jìn)行相應(yīng)溫度補(bǔ)償處理，并把修正后的溫度作為當(dāng)前記錄編號(hào)存儲(chǔ)，從而進(jìn)行相應(yīng)的OLED或LCD屏幕顯示，若體溫異常同時(shí)還會(huì)進(jìn)行“嘀嘀嘀嘀嘀”報(bào)警，最后語音播報(bào)當(dāng)前溫度。

基于GD32的額溫槍設(shè)計(jì)方案

以非接觸式紅外額溫計(jì)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(jià)比高、存儲(chǔ)容量大、安全性高、功耗低、接口豐富等特點(diǎn)。市面上額溫槍產(chǎn)品普遍采用LCD段碼屏，通過GD32E230驅(qū)動(dòng)OLED屏，顯示效果更加細(xì)膩，關(guān)斷零功耗的設(shè)計(jì)更可延長電池的使用壽命，增強(qiáng)產(chǎn)品實(shí)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(jì)上具備了高品質(zhì)、高可靠、低成本和低功耗的優(yōu)勢特點(diǎn)，采用業(yè)界先進(jìn)的代工工藝制造，并采用多個(gè)認(rèn)證工廠及生產(chǎn)線同時(shí)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(shí)間降低成本投入，與合作伙伴同心協(xié)力為用戶提供支持。

原文轉(zhuǎn)自兆易創(chuàng)新GigaDevice