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采用MSP430單片機的可穿戴式血糖儀電路設(shè)計

作者: 時間:2017-10-31 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  介紹了一種便攜式血糖儀的設(shè)計。該設(shè)計主要從及精確性的角度出發(fā),以系列單片機為核心,葡萄糖氧化酶電極為測試傳感器,較快地測試出血糖濃度。此外,所設(shè)計的血糖儀還具有儲存功能,有助于用戶查看血糖濃度歷史值和變化趨勢。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201710/369621.htm

  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,并且進行一定的放大。本系統(tǒng)采用圖2所示的電路來實現(xiàn)電流到電壓的轉(zhuǎn)換和放大。運算放大器LM358的反相端連接血糖試紙上的 酶電極,當有血液滴入時,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。

  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,該電壓通過運放的正端加到電極兩端。R4起到反饋放大的作用,它將運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,由于運放輸出和的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確,需要對測試電壓進行濾波,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。而運放直接接電容負載容易引起輸出震蕩,R14的作用就是隔離運放和電容。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)驗值取50Ω。

  溫度檢測電路:由于血糖測試是利用生物電化學反應(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)溫度進行補償以獲得正確的血糖濃度值。當溫度過高或過低時,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行操作,避免得出錯誤的檢測值。溫度測試電路如圖3所示。

  圖中,R9是熱敏電阻ET833,該電阻具有負溫度特性。 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,以進行溫度補償。

  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。



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