【正文】 可以滿足血糖儀存儲 100 條測量結果的要求，存儲容量足夠用。 25 存儲電路 本儀表需要對最近的 100 次測量結果進行保存，每條測量結果中包含：時間、溫度及血糖濃度。上電運行時，在 Vcc之前， RST 必須保持低電平。首先， RST 接通控制邏輯，允許地址 /命令序列送入 移位寄存器 。 DS1302 芯片的 CE、 I/O 和 SCLK 引腳主要與單片機的一般 I/O 口進行連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，從而 使單片機能夠對 DS1302 進行讀 /寫操作。 時鐘及存儲控制電路 時鐘電路 系統(tǒng)的時鐘模塊采用的芯片是 DS1302，可以對年、月、日、周、時、分、秒進行設置。電容與電源相連接，此電容為電路的去耦電容，去耦電容應盡量靠近IC 的 VCC 和 GND 引腳 ,應選高頻特性好的獨石或陶瓷電容，可以更好的去除電路中不必要的外界干擾。在本設計中使用 DS18B20 溫度傳感器來對溫度進行監(jiān)測，溫度傳感器提供 9 到 12 位溫度讀數(shù)，可實現(xiàn) 55℃到 +125℃范圍內的溫度測量。 溫度傳感器接口電路 血糖儀使用的是生物酶傳感器，溫度是影響葡萄糖氧化酶催化反應的一個重要因素，當溫度升高時，葡萄糖氧化酶的活力會得到提升，加快了催化反應的進行。通過這五個按鍵可以對血糖儀進行基本的操作。具體的與單片機的連接方式如圖 33 所示。 D1 用于反向電壓保護。在正常情況下 ,系統(tǒng)由外置電池 BT2 供電，此時二極管 D2 反向 。考慮到每次換電池時 ,系統(tǒng)自動復位 ,時間日期和編碼等需 要重新設置 ,給用戶帶來不便。 ADC 可以識別并進行模擬量與數(shù)字量之間的轉換。也就是需要將弱電流放大 165000 倍。由運算放 大器的理想工作特性知道 Ic≈ 0，即流向運算放大器反向端的電流趨近于零，故酶電極在恒電位激勵下的響應電流 Ix， Ix 直接輸入到低功耗運算放大器 OPA333 作放大處理，再經過采樣電阻 R22 轉換為 20 電壓信號后通過雙差動輸入、低功耗運算放大器 LM258，最后輸入單片機的串行 A/D 轉換端，經單片機計算直接在液晶屏上顯示結果。 如圖 34 所示，酶電極的插頭為圖中的 PLUG。由集成運放的虛短 /虛斷原理，可得輸入與輸出的關系為： )(32121 RRRRRIsVo ???? （ 37） 19 血糖傳感器接口電路設計 血糖檢測接口電路要實現(xiàn)小電流信號的放大和濾波等功能，具體電路如圖 34 所示。 RfRRaIs32674U8GND GND GNDIoVo 圖 32 弱電流檢測電路 在圖 32 中，理想狀態(tài)下電路中的電壓輸入與電流的輸入成比例關系： fso RIV *?? （ 33） 當 Ra 固定時則有： aoo RIV *? （ 34） 18 根據(jù) 31 和 32 得： fsao RIRI ** ?? （ 35） 所以： afso RRII /*?? （ 36） 因此，從上式可以得知若想將微安級的電流放大到伏級，要求 Rf達到千兆歐級，這樣大的精密電阻難以做到，如果采用 T 型反饋網絡取代 Rf，則可以大大降低反饋電阻的阻值，有效提高電路的精度和靈敏度。 IsRf），且運放的輸入偏置電流 Ib 也要求足夠小（ Ib171。由于所要采樣的信號太微弱，一方面，直接用 MCU 采樣的不 可能實現(xiàn)，令一方面，要是采用單獨的 AD 轉換芯片會大大的增加成本，因此本文采取放大微弱電流信號的方法解決這個矛盾。 經過查閱資料以及計算得到單片機最小系統(tǒng)的工作和待機時的功耗。 MSP430F169 芯片中的 A3 和 A4 是采樣信號的輸入口； VREF+是內部參考電壓輸出口，用于給測量電極提供電壓； VeREF+和 VREF/VeREF接地表明 A/D 采樣的范圍是 0VREF+。且 MCU 外接兩個晶振，其一為低速晶體振蕩器，滿足了低功耗及 32768Hz 晶體運行的要求。 具體電路設計將在下面進行詳細的介紹。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)端。 1602 采用標準的 16 腳接口，其中： 第 1 腳： VSS 為電源地 第 2 腳： VCC 接 5V電源正極 第 3 腳： V0 為 液晶顯示器 對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會 產生“鬼影”，使用時可以通過一個10K 的電位器調整對比度）。提供各種控制命令 ,如：清屏、字符閃爍、光標閃爍、顯示移位等多種功能。 MAX232 芯片是美信 (MAXIM)公司專為 RS232 標準串口設計的單電源電平轉換芯片，使用 +5V 單電源供電。具有較小的封裝，一般只有 8 個引腳 。采用普通 晶振。 13 時鐘芯片選型 現(xiàn)在流行的串行 時鐘電路 很多，如 DS130 DS130 PCF8485 等。 表 22 傳感器型號 傳感器型號 測溫范圍（ ℃ ） 供電電壓（ V） 精度(℃ ) 功耗 典型應用 AD590 55— +150 3— 30 177。 圖 21 葡萄糖氧化酶印刷電極 12 當被測血樣滴在測試區(qū)時，固定在電極板上的葡糖糖氧化酶會與被測血樣中的葡糖糖進行氧化還原反應，其化學反應式如式（ 21）及式（ 22）所示。由于血糖儀要檢測的是患者血液中的葡萄糖濃度，而血液中葡萄糖的檢測就可以通過與傳感器中的 分子識別元件（葡萄糖氧化酶）發(fā)生氧化還原反應，通過分子之間化學鍵的斷開與重組產生電子。 串行在線編程，無需外部編程電壓，可編程的保密熔絲代碼保護。 16 位定時器 Timer_B。 內置三通道 DMA。 超低功耗：活動模式 280μ A（ 1MHz， ），待機模式 A，掉電模式（ RAM 數(shù)據(jù)保持） A。并且在系統(tǒng)整合方面根據(jù)不同的需要，集成了多種功能模塊，包括定時器、模擬比較器、多功能串行接口（ SPI/IIC/UART）、 LCD 驅動器、 10/12/14/16 位模 /數(shù)轉換器以及豐富的中斷功能等。因此需要對單片機合理的選型，才能保證儀表設計目標的實現(xiàn)。在 A/D 轉換模塊中將采集放大后得到的電壓信號在單片機中轉換為數(shù)字信號，并通過單片機數(shù)據(jù)處理得到葡萄糖的濃度值，最后通過 LCD 顯示此結果。 測量時間： 20 秒。 主要技術指標 本文所設計的便攜式血糖檢測儀包含以下幾個技術指標： 供電電源：兩粒 5V電壓的紐扣電池。 通過兩種方案進行比較，發(fā)現(xiàn)方案二比方案一更具有實用性。 ,上傳給 PC 機，實現(xiàn)血糖濃度的定期監(jiān)測、自動分析和管理。面臨的關鍵技術有： 由于血液與血糖酶反應產生電流極其微弱，可檢測的電流在幾微安到幾十微安，本設計儀表要對檢測電路特殊處理，比如采用低噪聲差分檢測電路來實現(xiàn)。 吸血式的血糖儀，試紙自己會控制血量，不會出現(xiàn)采集血量多或少的情況，而且操作方便，用試紙采血的部位輕觸血滴的液面即可。 現(xiàn)在多數(shù)血糖儀都是破損型的，就是需要采血來測定血糖值。 光電血糖儀有一個光電頭，其光電探測頭很容易受到污染，因為探頭暴露在空氣里，進而會影響到血糖測試的結果，因此使用壽命比較短，一般在兩年之內是比較準確的，兩年后需要定期做校準；而電極型的測試原理比較科學，電極口內藏，可以避免污染，并且測試的精度比較高，因此在正常使用的情況下，不需要校準，壽命長。而便攜式血糖儀也憑著其小巧、攜帶方便、快速、需血量少、價格便宜、操作簡便等優(yōu)勢，成為自我檢測血糖儀的主流。這類血糖儀彌補了傳統(tǒng)的僅能手指采血的缺點，采血的部位可以在四肢、手掌等多部位進行采血，降低采血量至 微升，因此未來血糖儀的市場上，這種幾乎不會感覺到疼痛的血糖儀必將會成為主流產品。兩種電化學法為：葡萄糖氧化酶電極測量法和葡萄糖脫氫酶電極測量法，將血樣中的葡萄糖，同試紙中的酶進行電化學反應是它們的共同特點，在反應過程中產生電子，定向電流通過一定的激勵電壓產生，而測量血糖濃度則通過測定電流大小來測量。試紙不需要被放入水中浸泡及沖洗，當血樣滴入試紙，產生反應后將試紙上的血細胞擦去即可進行測試，擦血式血糖儀的體積比水洗式血糖儀要小，易于攜帶也更方便患者操作，但仍需要采集較多的血樣，同時需要等待 60 秒左右才能完成一次檢測是它的不足之處，因此產生了比色法血糖儀。 第三類是連續(xù)式血糖檢測儀，主要有美國雷蘭、Mini Med 公司的產品，手表式血糖儀。 3 自第一代血糖儀發(fā)展以來，至今為止市場上的血糖儀的種類繁多，外形和結構也多種多樣，歸根結底可分為三大類：第一類為有創(chuàng)或微創(chuàng)血糖檢測儀，如針刺采血型血糖儀，國際上此類產品主要有美國強生公司的穩(wěn)豪型血糖儀、加拿大測利得的超值型血糖儀、羅氏樂康全血糖儀、歐姆龍血 糖儀、三諾安穩(wěn)血糖儀等。因此，血糖儀便在此背景下應運而生了。 國內外發(fā)展及現(xiàn)狀 糖尿病是一種內分泌疾病，而且一旦患有糖尿病，由于其是終生疾病，將會一直折磨著患者，目前在 全世界的發(fā)病率很高，被醫(yī)學界成為“不死的癌癥”。由單純的治療型慢慢向預 防保健與治療相結合的模式轉變 ， 將成為未來醫(yī)學發(fā)展的模式。因此，一個國家工業(yè)發(fā)展水平的標志，可以從單片機技術開發(fā)和應用水平中看出來，并已逐步成為標志之一。此外，還會增加心臟病的病發(fā)幾率；會出現(xiàn)中風及腿部血流不暢等風險。 IDF（ International Diabetes Federation，國際糖尿病聯(lián)盟）最新的數(shù)據(jù)顯示：死于糖尿病的 60 歲以下的成年人，在 2020 年人數(shù)超過全球糖尿病患者人口的 50%；且糖尿病的發(fā)病人群依然在逐年 增多 。 關鍵詞 單片機 血糖檢測 酶電極 便攜式 低功耗 II Abstract Portable blood glucose meter based on single chip microputer is developed for patients to measure blood sugar at home a household medical products. Based on single chip microputer as the core, the design of a portable blood glucose concentration detection instrument. Due to blood sugar concentration detection when the electric current is extremely weak, are also analyzed in this paper, the weak current signal detection method. And to achieve low power design on hardware, extend the instrument work time and service life of the battery case. According to the specific needs in the hardware design for the hardware selection and circuit design, including MCU module, low current detection module, A/D conversion module, display module, etc. To achieve the function of the glucose meter, the system software design: data acquisition and processing, storage, subroutine subroutine, A/D conversion subroutine, etc. Design of the instrument has the characteristics of simple operation, measurement is accurate, convenient, is an ideal instrument to diabetics themselves blood sugar test. Key words MCU Blood glucose testing Enzyme electrode portable Low power consumption III 目 錄 摘 要 .......................................................