適合于國內血糖儀的微處理器全方面解析方案

引言

當前市場上血糖儀種類繁多，外形結構千奇百態(tài)，而價格和精度卻大相徑庭;且價格和精度難以兼得。原因在于沒有找到一款合適的微處理器。另外，出于屏幕尺寸的限制，界面普遍采用英文字符顯示，這給中國病人上帶來一定的困惑。

隨著電子技術的發(fā)展，微處理器功能日益增強，價格日趨降低。有必要選出一款功能強大而價格便宜的微處理器來重新設計血糖儀。本系統(tǒng)選用的MSP430系列微處理器使上述設想成為可能。

原理

血糖儀是根據(jù)電生物化學原理——施加一定電壓于經(jīng)酶反應后的血液產(chǎn)生的電流會隨著血液中的血糖濃度的增加而增加——設計的。通過精確測量出這些微弱電流，并根據(jù)電流值和血糖濃度的關系，反算出相應的濃度。所以，確定這個關系是問題的核心。但其關系復雜，受多方面因素影響。電壓強度、所使用的試條以及檢測的血液量都會對其產(chǎn)生影響。理論上需要在所有濃度點上大量實驗才能確定最終的關系。在實際操作中，只需在選擇若干重要濃度點做大量實驗，并確定其與電流值之間的關系。而相鄰濃度點之間用簡單的線性關系取代。圖1是本設計總結出一定量電壓下的關系曲線。

系統(tǒng)硬件設計

根據(jù)血糖儀功能的實際需求，結合MSP430系列單片機特點，采用型號為MSP430F435的單片機作為控制核心，其它模塊還有電流檢測、按鍵輸入和電源、顯示、揚聲器及串口通信等。如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成

MSP430F435單片機

本系統(tǒng)選用的單片機MSP430F435具有16Kb Flash存儲器、512B RAM、多達160段LCD驅動器、8通道/12位ADC及大量的I/O端口等，完全滿足本血糖儀的各項功能需求。

圖2 微處理器的端口設置

主要端口設置如圖2所示。其中COM0~COM3、S16~S39、R03~R33用于實現(xiàn)LCD顯示; Port74和Port75用于串行通信;Port79~Port81為按鍵的輸入端;Port76和Port77分別為運算放大器和RS-232芯片提供供電電壓。Port78連接蜂鳴器;Port2和Port3為ADC輸入;Port7參考電壓輸出;XOUT和XIN連接32KHz的晶振，這是系統(tǒng)的時鐘源。

LCD顯示

MSP430F435具有液晶驅動功能，最大能支持160段LCD，并且具有功耗低等特點。本系統(tǒng)采用中文界面的LCD顯示，這也是本款血糖儀的一大特點。此LCD有96碼段，內容豐富、功能強大。極大地方便了國內病人的使用。

血糖檢測

從原理中已經(jīng)知道，測量血糖時需要在相應的電極上施加一定的電壓，而電壓的穩(wěn)定性將直接影響測量結果，因此，考慮從相對穩(wěn)定的參考電壓得到，而不是直接從供電電源中得到。

MSP430單片機A/D采樣的是電壓值，而被檢測的是微量的電流值;因而也需要將電流值放大并轉換成相應的電壓值。采用如圖3所示的電路就能實現(xiàn)這一要求。其中，電阻R用于放大。此外，過少的血液量也將造成結果偏差;所以有必要設計一個用于檢測血液是否足量的簡單電路。而此電路完全可以用與圖3相同的電路來代替。因此采用兩個這樣的電路就可以實現(xiàn)血糖測量。

圖3 放大電路

其它模塊

本系統(tǒng)的供電電壓為3V，采用兩塊電池。其中一塊是主供電源;另一塊為備用，以便設備在換電池時仍能正常工作。

按鍵采用三個，分別是左鍵、右鍵和OK鍵;OK鍵主要用于開、關機和確認等，左鍵用于數(shù)字減或選項左移等，而右鍵則與左鍵相反。

由于血糖儀中存有大量的測量結果，因此有必要增加串口通信功能，將這些結果上傳到PC作進一步處理。而單片機本身就具有串行通信接口，只需將TTL電平轉化為RS-232電平即可;這里采用SP3232芯片來實現(xiàn)這一功能。SP3232芯片所需的供電電壓低，適合便攜式設備應用。其外圍電路的連接簡單，僅需幾個0.1uF的電容即可。