工业控制 | 能源技术 | 汽车电子 | 通信网络 | 安防监控 | 智能电网 | 移动手持 | 无线技术 | 家用电器 | 数字广播 | 消费电子 | 应用软件 | 其他方案

电路设计->医疗保健电路图->医疗电子电路图->如何开发手持式血糖仪控制器

如何开发手持式血糖仪控制器

作者:不爱吃窝瓜时间:2015-09-27

本文介绍了一种以合泰HT46R54为控制器核心,采用丝网印刷酶电极试纸作为测试生物传感器,快速精确完成血糖浓度测定的检测系统。开发制成的手持式血糖仪,操作简单、用户界面方便、友好,采血量少(低于3μl),测试时间短(整个测试过程仅需5s),十分适合糖尿病人在家中实施血糖测试。

一、前言

我国的糖尿病人总数已突破4000万,糖尿病已是继肿瘤、心、脑血管疾病后位居第四的重大慢性病。据医学资料统计分析,糖尿病患者54.5%死于失血性心脏病,11.1%死于脑血管病变,7.2%死于肾衰竭,其他则造成失明,截肢等并发症,严重威胁病人健康生活。随着近年糖尿病知识的普及,病人对生活质量要求的提高,对手持式家用血糖仪等产品的需求正逐年增加。但由于进口产品的高昂价格,使我国目前每年的自我血糖诊断测试市场用品消耗不到10亿元人民币。医保和社会福利支出正承受着大量糖尿病人因长期不进行血糖监控导致并发症产生,而必须进行重症医治和手术的巨大负担。手持式家用血糖仪的开发和普及使用,将在很大程度上减缓病人的并发症发病进程,进而达到糖尿病的控制、治疗甚至康复的目的。

二、血糖测试原理

本文所实施血糖浓度测定,是通过丝网印刷方法制得酶电极试纸,采集约3μl指血,指血中的葡萄糖与电极表面的氧化酶快速反应产生氧化电流,在单片机的控制下检测血样响应电流的大小,从而计算得出准确的血糖浓度值。

血糖测试仪所使用的丝网印刷酶电极试纸如图l所示。酶电极试纸的工作原理如下:检测仪在插入仪器的丝印电极两端施加一定的恒定电压如300mV,当被测血样(3μl)吸入电极工作区后,工作区内的葡萄糖氧化酶与血样中的葡萄糖发生氧化还原反应。经过快速的生化反应(约5s)后,酶电极试纸的响应电流在0.6~10μA之间,与被测血样中葡萄糖浓度呈线性关系。

 


三、系统结构组成

本家用血糖仪的硬件电路主要由合泰HT46R54单片机和一些外围电路模块组成,外围模块主要包括恒电位激励、按键检测、低功耗电源、电源电压检测模块、液晶显示驱动、时钟和等。

1、HT46R54单片机

合泰HT46R54单片机是目前市场上较常用、集成度相对比较高的8位高性能精简指令集单片机,具备低功耗的全静态CMOS设计,本身自带8通道12位A/D转换器,I/O使用灵活,计数器、振荡类型可选择,具脉宽调制功能、暂停和唤醒功能、看门狗定时器、蜂鸣器输出等,实现了体积小、功能全、使用方便等特点,适合于需要A/D转换的产品,例如传感器信号输入、充电器、电机控制、工业控制、消费类产品、子系统控制器、手持式家用医疗电子产品等应用中。HT46R54单片机管脚排列见图2,引脚功能见表1。由引脚排列可看出HT46R54是一种功能齐全的紧凑型单片机,包含8路12位A/D转换器,免除了某些单片机因A/D转换精度不够需外置A/D转换芯片的麻烦,同时,还具备了大部分测控模块,减少了外围电路的设置,保证了仪器使用的高可靠性。

 


HT46R54单片机的主要性能参数如下:

(1)工作电压:2V~5.5V,工作频率:DC~8MHz;

(2)程序存储器:4K×15位一次性编程ROM;

(3)数据存储器:280×8RAM;

(4)A/D转换器:12位×8通道;

(5)具有外部的A/D转换器的参考电压输入引脚;

(6)22个双向输入/输出口;

(7)1个与输入/输出口共用引脚的外部中断输入;

(8)8位可编程定时/计数器,具有溢出中断和7级预分频器;

(9)内置晶体和RC振荡电路;

(10)6层硬件堆栈;

(11)看门狗定时器;

(12)低电压复位功能;

(13)HALT和唤醒功能可降低功耗;

(14)在VDD=5V,系统频率为8MHz时,指令周期为0.5μs;

(15)8位PWM输出,与输入/输出口共用引脚;

(16)PFD蜂鸣器功能;

(17)63条指令指令执行时间为1或2个指令周期。

表1 HT46R54的引脚功能

 


2、恒电位激励模块设计

图3所示为恒电位激励模块原理图。由图可见,基准电压源LM336提供的2.5V恒定电压经电阻分压后在电位器W1和W2的连续输出可调端分别得到2.18V和0.3V二个不同的稳定电压。0.3V用作运算放大器直接施加到酶电极两端作为恒电位激励。图中Rx代表酶电极。由运算放大器的理想工作特性知道Ic≈0,即流向运算放大器反向端的电流几乎为零,故酶电极在恒电位激励下电极酶反应的响应电流Ix≈Io,该电流信号经过采样电阻R9转换为电压信号直接输入到单片机的串行A/D转换脚PB0/AN0端,经单片机计算直接在液晶屏上显示结果。

 


3、省电低功耗设计

HT46R54单片机带有HALT暂停模式,在暂停模式时系统振荡器停振,所有输出/输入口保持原有状态,RAM和寄存器保持不变。通过单片机PA端口8个引脚,根据输入电平变化产生中断可消除上述暂停模式,达到系统暂时关闭和启动而降低整机功耗的目的。根据单片机的这一功能特点,经设计的血糖仪在待机时处于低功耗休眠状态,测试时单片机被按键输入唤醒中断进入工作状态,测试完成后再次进入休眠,以此节省功耗,达到采用纽扣电池进行供电。

4、存储记忆模块

图4是存储记忆模块模块的原理图。AT24C02采用标准的I2C总线接口,只需要SCL时钟线和SDA数据线,大大简化了硬件设计,同时降低了成本。由于单片机本身具备I2C接口,所以可直接连到单片机接口,减少了外围辅助电路降低了血糖仪体积。



评论

技术专区