保護家人健康，小學生也能自製簡易血氧機： 用 micro:bit 打造專屬血氧機

揭開健康的隱形危機：從「隱形缺氧」談起

在 COVID-19 疫情爆發期間，「隱形缺氧」（Silent Hypoxia）成為醫學界討論的熱點。這種現象中，患者送入急診室測量血氧濃度時已降至70 ~ 80%以下，但由於沒有明顯的症狀，如呼吸困難，他們未能及時意識到危險。看似正常的患者可能隨時面臨休克甚至猝死的風險。

「隱形缺氧」是甚麼?

「隱形缺氧」還有一個浪漫的名字——「快樂缺氧」（Happy Hypoxia)。這是一種特殊的現象，指患者的血氧濃度已經降至危險範圍（通常低於95%），但卻沒有出現明顯的症狀，如呼吸急促或胸悶。由於「快樂缺氧」的患者感覺不到異常，病情常常在未被察覺的情況下持續惡化，最終可能進展為急性呼吸衰竭或其他危及生命的情況。[註1] 

用 micro:bit 來製作血氧機

本專題將透過 micro:bit 結合心跳血氧感測器 MAX30102 模組，來實現對使用者心跳和血氧濃度的測量。MAX30102 是一款光學感測模組，利用紅光和紅外光來檢測血液中血紅蛋白的變化，從中計算出心跳速率和血氧飽和度（SpO₂）。這些數據不僅可以用於了解日常健康狀況，還能作為運動後的恢復指標，應用場景非常廣泛。

在程式設計方面，本專題採用了 micro:bit 的圖形化拼圖程式設計軟體。這種設計方法類似於拼拼圖，只需簡單地將功能積木拖放並組合，就可以實現功能的開發，無需學習複雜的程式語法。因此，這樣的專題對於初學者和小學生來說非常友好，進而降低了技術門檻。

心跳和血氧感測模組介紹

MAX30102 是一款能測量心跳和血氧的感測器模組，結合了紅光（Red Light, 波長660nm）與紅外光（Infrared Light，波長940nm）發光二極體測量，廣泛應用於健康監測科技中。基於光學測量，透過紅光與紅外光的發射與接收，記錄血液對光吸收的變化。當光穿透皮膚並接觸到血液時，含氧血紅蛋白吸收更多紅光，而不含氧的血紅蛋白則吸收更多紅外光。感測器通過比較這兩種光的吸收比例，計算出血氧飽和度，並根據血流波動分析心跳速率。

而 MAX30102晶片也應用於三星 Galaxy S5 ~ S7系列的手機，幫助用戶隨時追蹤心率和血氧數據，提供健康預警與管理功能。[註2]

硬體接線

以下是使用 micro:bit 接上心跳血氧感測器模組完整接線圖。

電腦連接micro:bit

1. 需拿訊號Micro USB線連接電腦，而非充電線
2. 電腦會將micro:bit 視為外接磁碟機MICROBIT
3. 到裝置管理員中確認COM Port 號碼

       3-1開始按右鍵 -> 選裝置管理員

       3-2 在序列埠(COM 和 LPT)中查詢

開啟序列埠(COM 和 LPT)中，會有USB 序列裝置(COM XX)，每台電腦的COM 號碼都會不一樣。

這個 COM 號後續會用來燒錄程式，要先記起來。

下載並開啟程式燒錄軟體

  1.圖形化程式燒錄軟體下載

程式撰寫軟體是使用BlocklyDuino F2，請找到BlocklyDuinoF2.zip 下載並解壓縮，下載軟體(連結請按我) [註3]

  2.開啟 BlocklyDuino

  3.選擇開發板種類和燒錄腳位(COM)

在右上角開發板要選BBC micro:bit V2 ， COM 則需要與裝置管理員的號碼相同。

另外在程式的初始化函數，也需要選開發板micro:bit 。

程式撰寫

筆者是參照吉哥的分享網站(連結請按我)的程式來撰寫，裡面有完整的積木程式碼，

但筆者不是使用ESP32 開發板，和 OLED 螢幕來顯示數值，所以程式有更動，將程式顯示在序列埠監控視窗中。[註4]

相關程式積木可以在吉哥積木 -> 模組 -> MAX30102血氧濃度 找到

程式撰寫如下

上傳程式

  1.按下播放器圖示

  2.按下載 按鈕

  3.燒錄成功

若燒錄程式成功，則在下載韌體的視窗中可以找到** Verified OK **的訊息

顯示心跳及血氧濃度數值

  1.按下左上方 + 符號

  2.按下開啟PUTTY

  3.顯示數值

將手輕觸在MAX30102 感測器上方即可。

由上到下數值分別會出現手指溫度、血氧濃度、每分鐘的心跳數平均值。

【注意】

• 手指輕觸感測器上方即可，無需重壓。
• 放置手指後，該手指不可再移動，以免影響心跳數。
• 身體需靜止，不可再做大幅度的移動，以免影響心跳數。
• 每分鐘的心跳數會進行計算後再取平均，所以要等20秒左右才會顯示數值。
• 在下載韌體視窗中看見Error、上傳草稿碼時發生問題 代表程式燒錄失敗，建議換一台電腦燒錄。

• 感測器數值僅供參考。若要精準測量，請以有醫療器材許可字號的血氧機為主。

〈保護家人健康，小學生也能自製簡易血氧機： 用 micro:bit 打造專屬血氧機〉這篇文章最早發佈於《CAVEDU教育團隊技術部落格》。