便携式血氧仪（脉搏血氧监测）：Arduino Nano + MAX30100 + OLED，COVID-19 应急开源方案

项目背景与免责声明

⚠️ 重要提示：本设备非医疗器械，传感器未经校准与医疗认证，仅供应急筛查/科研学习参考，不可替代专业医疗设备。任何超出应急范围的使用风险自负。代码遵循 GPLv3 开源协议。

疫情早期血氧仪极度短缺，本项目提供完整开源方案：硬件清单、3D 打印外壳/指夹、原理图、Arduino 固件，支持快速复制部署。

硬件清单（极简 BOM）

电路连接（I2C 总线挂载两设备）

Nano A4 (SDA) ──────┬── MAX30100 SDA
                    ├── OLED SDA
Nano A5 (SCL) ──────┼── MAX30100 SCL
                    ├── OLED SCL
3.3V ───────────────┼── MAX30100 VDD
                    └── OLED VCC
GND ────────────────┴── 所有 GND

固件核心逻辑

库依赖

• Wire.h（内置）
• MAX30100_PulseOximeter.h + MAX30100.h（oxullo/Arduino-MAX30100）
• U8g2lib.h（olikraus/u8g2，驱动 SSD1306）

关键参数配置

#define REPORTING_PERIOD_MS 1000   // 刷新周期 1s
#define PULSE_WIDTH MAX30100_SPC_PW_1600US_16BITS  // 脉宽 1600us，16-bit 分辨率
#define IR_LED_CURRENT MAX30100_LED_CURR_40MA      // IR LED 40mA
#define LED_CURRENT MAX30100_LED_CURR_20_8MA       // 红光 LED 20.8mA
#define SAMPLING_RATE MAX30100_SAMPRATE_100HZ      // 采样率 100Hz

主循环流程

1. `pox.update()` 持续运行 FIFO 读取与心率/血氧算法（内部状态机）。
2. 心跳检测回调 `onBeatDetected()` → OLED 右上角显示跳动图标（`^`/`_` 交替）。
3. 每 `REPORTING_PERIOD_MS` 读取 `getHeartRate()` 与 `getSpO2()`，范围校验（HR 30~220, SpO2 30~100）后刷屏显示。
4. 启动阶段显示 “CEREBRUM.it Initializing...” 与 “Wear the Sensor...” 引导用户佩戴。

3D 打印件

• 主外壳：容纳 Nano、万用板、OLED，顶部留窗口显示屏幕。
• 指夹：Thingiverse #33021，两半对称扣合，传感器嵌入上半壳凹槽，手指放入下半壳，弹簧/橡皮筋提供接触压力。
• 建议打印参数：PLA，0.2mm 层高，30% 填充，支撑仅指夹铰链处。

组装步骤概要

1. 在万用板上焊接 Nano 排针、MAX30100 排针、OLED 排针，按 I2C 总线并联布线。
2. 将万用板固定在外壳底部卡槽，OLED 穿过窗口贴合面板。
3. MAX30100 模块嵌入指夹上半壳传感器槽，排线穿过导向孔接回主板。
4. 合上外壳盖板，指夹两半扣合，穿入弹性绳/弹簧。
5. USB 供电或接 3.7V 锂电池+TP4056 充电板（需自行扩展），上电观察 OLED 启动画面。

使用与校准建议

• 手指平稳放入指夹，指甲朝上，避免用力按压或晃动。
• 首次佩戴约 10~20 秒稳定读数，观察心率波形图标规律闪烁。
• 若读数异常（HR=0 或 SpO2=0），检查 I2C 接触、传感器贴合度、供电稳定性。
• 对比医用指夹式血氧仪标定偏移量，可在代码中对 `HRclean` 与 `SpO2` 做线性修正。

资源下载

• 完整固件 CE_Pulse-Oxi_dev2.4.ino、原理图（Fritzing）、组装说明 PDF：见原文 Code/CAD/Schematics 区
• GitHub 同步仓库（含 PCB 版本规划）：cerebrum-srl/CE_PulseOxi（示例链接）