适合于国内血糖仪的微处理器全方面解析方案

适合于国内血糖仪的微处理器全方面解析方案

　　其它模块

　　本系统的供电电压为3V，采用两块电池。其中一块是主供电源;另一块为备用，以便设备在换电池时仍能正常工作。

　　按键采用三个，分别是左键、右键和OK键;OK键主要用于开、关机和确认等，左键用于数字减或选项左移等，而右键则与左键相反。

　　由于血糖仪中存有大量的测量结果，因此有必要增加串口通信功能，将这些结果上传到PC作进一步处理。而单片机本身就具有串行通信接口，只需将TTL电平转化为RS-232电平即可;这里采用SP3232芯片来实现这一功能。SP3232芯片所需的供电电压低，适合便携式设备应用。其外围电路的连接简单，仅需几个0.1uF的电容即可。

　　系统软件设计

　　系统软件采用C语言编写。其主程序框架如图4所示。

　　图4 主程序框图

　　对于便携式设备，电池寿命至关重要;设计时应尽量降低功耗，使系统尽可能长时间停留在低功耗状态。因此，考虑设备在适当的时候自动关机。这里采用了一个定时器。当定时器大于0时，系统处于开机状态;当定时器倒数到0时，系统自动关机。这个定时器是由单片机中的Basic Timer实现的。通过软件对Basic Timer控制寄存器进行设置，将信号源设为辅助时钟，大小为32KHz，并进行256分频，再对中断定时间隔控制位进行设置，使得中断每秒进行一次，并且每次到来时都对定时器减1，这样就实现了定时器每秒减1的功能。具体操作是这样：开机时，对定时器初始化一个大于0的值，比如30，并且在每按一次有效键时，系统重新初始化这个值。因此，当没有按任何有效键时，30秒后就会自动关机，从而实现省电目的。

　　系统也具有实时时钟功能，它的实现方式与上述的定时器类似。只是将“每秒减1”改为“每秒加1”;具体操作：每次中断时都对秒变量进行加1，当秒变量的值变为60时，就对分钟变量加1，而秒变量又重新从0开始计数;同样，当分钟变量累加到60时，就对小时变量加一，而自身又从0开始计数。依次类推，就可以实现实时时钟和日期功能。

　　为满足个性化需要，还增加了时钟和单位设置、平均值和温度显示等功能。这里就不再赘述了。下面主要介绍一下测量模块。首先，初始化各个端口以及ADC寄存器;然后等待滴血。当检测到足量血时，断电并等待若干秒，使之与试条上的酶充分反应。随后加电并在一秒后迅速读取。图5是与本血糖仪配套使用的试条在不同浓度的血糖与酶反应若干秒后再加电产生的电流的变化曲线。由图不难看出，加电后一秒曲线就较为平稳，这也是本设计采用“加电一秒”后即可读取的原因。

　　计算公式

　　这部分无疑是本设计的关键。表1是使用本设计的样机测得的部分数据。由表中的数据不难看出，血糖仪和血糖试条的测量重复性较好——CV<3%，远远高于国家标准<7.5%的要求。

　　表1 部分实验数据

　　浓度(mg/dl)

　　电流(uA) 50 100 200 300 400

　　1 3.003 6.752 13.101 16.861 19.836

　　2 3.028 6.678 12.368 17.130 19.621

　　3 2.918 6.800 13.272 16.764 20.366

　　4 2.893 6.910 13.028 17.179 20.622

　　5 3.064 7.081 13.614 17.574 20.341

　　6 2.881 7.106 13.211 17.264 20.268

　　7 3.075 6.703 12.905 17.628 19.645

　　8 2.905 6.849 13.150 17.029 20.158

　　9 2.991 7.130 13.233 17.081 20.024

　　10 2.901 7.240 12.964 16.838 20.952

　　均值 2.9659 6.9249 13.0846 17.1348 20.1833

　　均方差 0.0746 0.2001 0.3200 0.2924 0.4218

　　CV(%) 2.5153 2.8896 2.4456 1.7065 2.0898

　　通过对数据进行三次曲线拟合，就可以得到血糖值和电流值之间的关系曲线图。图6是原始数据分段曲线和拟合曲线的对比图。容易看出两条曲线很吻合;因此在实际操作中可以用一个公式代替分段函数。这里的曲线公式为：

　　其中，X是电流值，单位uA，Y是对应的血糖值，单位为mg/dl。在实际验证过程中，上述公式具有良好的精度。

　　图5 数据分段曲线和拟合曲线的对比图

　　结语

　　此款血糖仪采用MSP430F435作为其核心控制单元，它具有12位A/D转换;采样精度达到1/4096。除了基本功能外，系统还增加了闹铃提示和串口通信功能，使用户不仅可以定时测量，而且还可以通过串口将测量结果保存到PC，再通过相应的软件，对数据作进一步处理。本文总结的公式经临床证明具有良好的精度。此外，中文字符界面也极大地方便了用户使用。