【世说芯品】解析旺盛的健康管理产品需求，兆易创新GD32如何帮助客户取胜？

市场调研数据显示，2021全球脉搏血氧仪市场销售额达到了21亿美元，预计2028年将达到36亿美元，年复合增长率为7.5%（2022-2028）。扩展到整个细分领域，2022年我国家用医疗器械零售市场总体规模达327亿元，较疫情前整体规模上涨接近50%。后疫情时代，家用医疗器械季度销售规模在80亿元上下波动。

健康管理产品在未来多年的销量都将呈现持续上扬的趋势，这也将为MCU市场带来长期的增长点。分析机构对未来几年MCU在该细分领域的持续看好也印证了上述分析。在Omdia最新的行业分析报告中，2022年中国医疗电子产业将为MCU厂商带来1.56亿美元的市场销售额。展望未来，MCU的销售额预计将以7.5%的复合年增长率增长，到2026年将达到2.04亿美元，占到全球市场约27%的份额，并领跑于全球市场的增长速度。

▲ 中国vs全球医疗电子市场 - 年度MCU营收

来源：Omdia

以指夹式脉搏血氧仪为例，虽然其市场规模持续增长，但是其发展仍面临诸多挑战。目前国内血氧仪市场面临产品同质化严重、监测精度达医疗级的产品较少、性价比不高等问题，亟需寻找破局之路。适用性、监测精度、运动性能、成本控制成为考察指夹血氧仪研发及生产企业的重要指标。

放眼全球，人工智能(AI)技术与健康管理领域的融合不断加深，应用场景不断扩大，如语音录入病历、医疗影像辅助诊断、药物研发、手术机器人、个人健康大数据智能分析等，都是AI技术目前的热门应用领域。而随着MCU的算力不断提升，将人工智能集成在MCU上，只用一颗芯片实现端侧部署，正在成为新的应用趋势。

在长尾需求和持续创新的驱动下，健康管理产业链寻找性价比高、稳定可靠、供货保障的相关MCU供应商成为重中之重。

在过去几年，兆易创新GD32系列MCU持续为健康管理产品终端客户稳定供货，为抗击疫情提供了强有力的保障，具备了较高的市占率。GD32E230系列超值型MCU累计出货数据已超2亿余颗，并广泛应用于血氧仪、额温枪、病毒检测仪、疫苗保温箱等；GD32F450/470系列高性能MCU大量应用于热成像仪、制氧机、呼吸机等，深受行业认可并屡获殊荣。囊括“中国芯优秀支援抗疫产品”、“中国芯优秀市场表现”、“全球电子成就奖”等多项业界大奖。

血氧饱和度(SpO₂)即血液中血氧的浓度，是呼吸循环的重要生理参数。在《新型冠状病毒肺炎诊疗方案（试行第九版）》中，有关治疗的措施提到，“密切监测生命体征，特别是静息和活动后的指氧饱和度等”；多名专家在进行疾病科普时也都提出：“氧饱和度低于93%比较危险”，缺氧可导致机体器官受损，特别需要警惕老年人“沉默性缺氧”。这意味着，是否需要去医院就医、是否发展为重症，血氧指标成为了重点。而且家用血氧仪，尤其是指夹式血氧仪，因为便携、方便且价格实惠，成为了人们关注的重点。

目前流行的指夹式光电传感器测量血氧的方法，测量时，只需将传感器套在人手指上，然后将采集的信号处理后传到显示屏上位机即可观察到人体血氧饱和度的情况。

血液中氧的含量可以用生理参数血氧饱和度(SpO₂)来表示。血氧饱和度(SpO₂)是血液中氧合血红蛋白(HbO₂)的容量占所有可结合的血红蛋白(HbO₂+Hb)即氧合血红蛋白和还原血红蛋白容量的百分比，即

对同一种波长的光或者不同波长的光，氧合血红蛋白(HbO₂)和还原血红蛋白(Hb)对光的吸收存在很大的差别，而且在近红外区域内，他们对光的吸收存在独特的吸收峰；在血液循环中，动脉中的血液含量会随着脉搏的跳动而产生变化，即说明光透射过血液的光程也产生了变化，而动脉血对光的吸收量会随着光程的改变而改变，由此能够推导出血氧探头输出的信号强度随脉搏波的变化而变化，然后根据朗伯-比尔定律推导出脉搏血氧饱和度。

使用GD32E230C8T6作为主控MCU，是中国首款基于全新Arm® Cortex®-M23内核的通用微控制器产品，取代及提升传统的8位和16位MCU，并替代Cortex-M0/M0+产品，带来更具性价比的解决方案。该系列MCU不仅拥有超值的高速处理能力，还提供了丰富的接口资源来增强连接性。

整个血氧仪通过2节AAA电池供电，内部ADC可以实时监测电池电量，开机和设置参数均通过一个按键完成，蜂鸣器用于开机提示和报警提示。发射管通过PWM驱动，接收管的信号通过ADC采样。OLED通过SPI接口与主控相连接，用于显示各种参数和波形信息。

如果说居家必备的血氧仪是预警，那么制氧机则已经迈入辅助治疗的行列。如果出现呼吸困难、低氧血症等不适症状，可以通过吸氧来进行缓解，此时制氧机对有吸氧需求的患者，如有基础病的老人有一定的帮助。

相关信息显示，制氧机的使用人群为中老年人、孕妇、特殊患者等，容量在1L-3L、5L-10L不等。不同程度缺氧的人群，都可以在征询医生意见后尝试使用制氧机。1-3L这类小容量属于保健型（家用型），通过给氧改善身体供氧状况，消除疲劳，恢复身体机能，适用于部分出现缺氧症状的中老年人和孕期妇女、体质较差者、运动员、重体力劳动者和脑力消耗者。如果去高原旅游，便携式的制氧机还可以缓解高反带来的不适。

目前市面上的家用制氧机多为分子筛制氧机，特点是成本便宜、使用方便、移动灵活、携带安全等。

分子筛制氧机的工作原理是变压吸附(PSA)技术和解吸技术。在工作时，会吸附空气中的氮气并且收集空气中剩余的氧气，经过净化处理后变为高浓度的氧气，随后用吸氧管将氧气供给患者使用。整个过程是周期性地动态循环的，分子筛并不会消耗。

MCU在制氧机中主要起到控制和显示作用。GD32F303系列主流型MCU提供最高120MHz主频，大容量存储，多路高级定时器和高精度的ADC，液晶屏接口以及丰富的通讯接口，可满足主流制氧机的控制、数据采集和通信、显示功能需求。对于性能要求更高的制氧机产品，推荐使用GD32F4系列高性能MCU，具备高达240MHz的工作主频，并集成了TFT LCD控制器和硬件图形加速器IPA，在提供更强劲处理效率之余，亦可满足高分辨率的HMI显示功能。

额温枪是一种红外线测温仪。不同于传统的口腔腋下等接触式体温计，是针对量测人体额温基准设计。操作简单高效便捷，无镭射点，不会对眼睛造成潜在伤害；不需要接触人体皮肤，能够避免交叉感染；能实现1键测温，1秒测温。

额温枪一般配有显示屏，用于显示温度，以及过往测试记录等信息。通过按键可以进行模式的设置、温度的采集、记录的查询等等。另外有些还会配有声音、灯光报警提示功能。额温枪上最关键的器件主要有主控MCU和测温Sensor。

当红外额温计对准并靠近被测对象至数字接近式传感器检测的有效距离时，按下电源/测量键，并保持若干秒，则红外额温计内部的红外传感器模块就会进行温度采集，并转化为电信号，随之将电信号转换为数字信号，而后通过通信接口传输到MCU。

MCU通过数字温度传感器采集当前环境温度对传输的温度数字信号进行相应温度补偿处理，并把修正后的温度作为当前记录编号存储，从而进行相应的OLED或LCD屏幕显示，若体温异常同时还会进行“嘀嘀嘀嘀嘀”报警，最后语音播报当前温度。

以非接触式红外额温计为例，通常由低功耗、高安全性的GD32E230系列MCU、电源模块、按键模块、红外传感器模块、OLED或LCD显示模块、语音模块或者喇叭组成。

基于GD32E230K8U6作为主控MCU，具有性价比高、存储容量大、安全性高、功耗低、接口丰富等特点。市面上额温枪产品普遍采用LCD段码屏，通过GD32E230驱动OLED屏，显示效果更加细腻，关断零功耗的设计更可延长电池的使用寿命，增强产品实用性。

兆易创新GD32作为全球32位微控制器的领先品牌，在产品设计上具备了高品质、高可靠、低成本和低功耗的优势特点，采用业界先进的代工工艺制造，并采用多个认证工厂及生产线同时供货，在保证产品一致性和可靠性的前提下，GD32具备了灵活弹性的充足产能与稳定供货保障，更提供了“主控芯片+算法+解决方案”的一站式量产服务，节省开发时间降低成本投入，与合作伙伴同心协力为用户提供支持。