以MSP430為核心的可穿戴血糖儀電路設(shè)計(jì)—電路精選（38）

MSP430系列單片機(jī)是美國德州儀器（TI）1996年開始推向市場的一種16位超低功耗、具有精簡指令集（RISC）的混合信號處理器。

本文介紹的是一種便攜式可穿戴血糖儀，主要基于MSP430單片機(jī)為核心，葡萄糖氧化酶電極為測試傳感器，以下給出了電路原理及電路圖設(shè)計(jì)。

電路原理

血糖測試電路：在酶電極兩端滴入血液后，會產(chǎn)生自由電子。由于電極兩端存在激勵電壓，就會有定向電流流過電極。該激勵電壓是由ADC模塊提供的1.5V穩(wěn)壓通過電阻分壓而產(chǎn)生的，大約在300mV左右，它能產(chǎn)生μA級別的定向電流。由于A/D轉(zhuǎn)換模塊測量的是電壓，所以需要將該定向電流轉(zhuǎn)換成電壓，并且進(jìn)行一定的放大。本系統(tǒng)采用圖2所示的電路來實(shí)現(xiàn)電流到電壓的轉(zhuǎn)換和放大。運(yùn)算放大器LM358的反相端連接血糖試紙上的酶電極，當(dāng)有血液滴入時，該電極與地之間為等效電阻Rx，流過該電阻的電流正比于血液中的血糖濃度值。

MSP430的A/D模塊輸出1.5V的穩(wěn)壓通過R2 和R3分壓，產(chǎn)生300mV的激勵電壓，該電壓通過運(yùn)放的正端加到電極兩端。R4起到反饋放大的作用，它將運(yùn)放的輸出范圍限定在A/D模塊的轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)。在PCB板布線時，由于運(yùn)放輸出和MSP430的ADC模塊輸入I/O口之間的走線比較長，為了確保測量值的準(zhǔn)確，需要對測試電壓進(jìn)行濾波，C21就是用來起濾波作用的，以減少走線過長所引入的外來干擾對血糖測試的影響。而運(yùn)放直接接電容負(fù)載容易引起輸出震蕩，R14的作用就是隔離運(yùn)放和電容。由于電阻R14上會有電流流過，這樣電阻兩端就有壓降存在，電壓信號會受此影響而變化，為了不影響血糖測試的精度，R14 的值不能取得過大。跟據(jù)經(jīng)驗(yàn)值取50Ω。

溫度檢測電路：由于血糖測試是利用生物電化學(xué)反應(yīng)，而影響該反應(yīng)的重要因素是溫度。在不同的溫度下，葡萄糖氧化酶的活性不同。即使是相同血糖濃度的血液，采用相同的激勵電壓，在不同溫度下，由葡萄糖氧化酶氧化產(chǎn)生的電流大小也不同。所以需要根據(jù)溫度進(jìn)行補(bǔ)償以獲得正確的血糖濃度值。當(dāng)溫度過高或過低時，葡萄糖氧化酶就會完全失去活性，此時血糖儀需要給出報警，提示用戶儀表不能在該溫度下進(jìn)行操作，避免得出錯誤的檢測值。溫度測試電路如圖所示。

圖中，R9是熱敏電阻ET833，該電阻具有負(fù)溫度特性。 R10是阻值為83k Ω的高精電阻。R9上端接的是由MSP430的A/D轉(zhuǎn)換模塊輸出的1.5V穩(wěn)壓，由 于該1.5V穩(wěn)壓也是 A/D轉(zhuǎn)換模塊的參考電壓，因此這種接法能夠消除A/D參考電壓抖動所引起的轉(zhuǎn)換誤差。血糖儀正常工作時，通過測得P6.1端口的電壓，計(jì)算出熱敏電阻R9的大小，然后根據(jù)ET833的特型曲線，推算出溫度值，以進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

數(shù)據(jù)存儲電路：為了方便用戶能隨時查看血糖的變化情況，本血糖儀具有存儲血糖值的功能。用戶不僅能查詢每次測量的歷史值，還能夠查詢最近28d內(nèi)的血糖值的變化趨勢，根據(jù)血糖變化趨勢，制定正確的用藥方式，達(dá)到控制血糖濃度的目的。

本系統(tǒng)最多能夠存儲1000個歷史數(shù)據(jù)，每個歷史數(shù)據(jù)需要8B來保存，數(shù)據(jù)包含血糖值濃度及測試日期這兩個信息，這樣就需要8000B的存儲空間。 24LC64是微芯公司出產(chǎn)的一片E2 PROM芯片，能夠存儲8KB，因此選取一塊24LC64芯片即足夠。

E2 PROM和單片機(jī)之間的具體接線方式如圖所示，P4.0～P4.3都是MSP430的數(shù)字I/O口。P4.1是寫保護(hù)引腳，用來避免由于外部干擾或者程序出錯對EPROM的誤寫操作。P4.2和P4.3是24LC64和MSP430進(jìn)行通信的連接口。P4.0用于對24LC64供電，利用I/O口對該芯片供電的目的是為了降低系統(tǒng)運(yùn)行時的整體功耗，此外，還節(jié)省了電子開關(guān)，降低了成本，有利于布線。

編者結(jié)語

此血糖儀方便攜帶，該設(shè)計(jì)主要從低功耗及精確性的角度出發(fā)，以MSP430系列單片機(jī)為核心，葡萄糖氧化酶電極為測試傳感器，較快地測試出血糖濃度，方便測量者較快讀數(shù)。