采用MSP430單片機的可穿戴式血糖儀電路設計

　　介紹了一種便攜式血糖儀的設計。該設計主要從低功耗及精確性的角度出發(fā)，以MSP430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，所設計的血糖儀還具有儲存功能，有助于用戶(hù)查看血糖濃度歷史值和變化趨勢。

　　血糖測試電路：在酶電極兩端滴入血液后，會(huì )產(chǎn)生自由電子。由于電極兩端存在激勵電壓，就會(huì )有定向電流流過(guò)電極。該激勵電壓是由ADC模塊提供的1.5V穩壓通過(guò)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(yíng)/D轉換模塊測量的是電壓，所以需要將該定向電流轉換成電壓，并且進(jìn)行一定的放大。本系統采用圖2所示的電路來(lái)實(shí)現電流到電壓的轉換和放大。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(shí)，該電極與地之間為等效電阻Rx，流過(guò)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的穩壓通過(guò)R2 和R3分壓，產(chǎn)生300mV的激勵電壓，該電壓通過(guò)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(yíng)/D模塊的轉換范圍內。在PCB板布線(xiàn)時(shí)，由于運放輸出和MSP430的ADC模塊輸入I/O口之間的走線(xiàn)比較長(cháng)，為了確保測量值的準確，需要對測試電壓進(jìn)行濾波，C21就是用來(lái)起濾波作用的，以減少走線(xiàn)過(guò)長(cháng)所引入的外來(lái)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(huì )有電流流過(guò)，這樣電阻兩端就有壓降存在，電壓信號會(huì )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(guò)大。跟據經(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(xué)反應，而影響該反應的重要因素是溫度。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。所以需要根據溫度進(jìn)行補償以獲得正確的血糖濃度值。當溫度過(guò)高或過(guò)低時(shí)，葡萄糖氧化酶就會(huì )完全失去活性，此時(shí)血糖儀需要給出報警，提示用戶(hù)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轉換模塊輸出的1.5V穩壓，由 于該1.5V穩壓也是 A/D轉換模塊的參考電壓，因此這種接法能夠消除A/D參考電壓抖動(dòng)所引起的轉換誤差。血糖儀正常工作時(shí)，通過(guò)測得P6.1端口的電壓，計算出熱敏電阻R9的大小，然后根據ET833的特型曲線(xiàn)，推算出溫度值，以進(jìn)行溫度補償。

　　數據存儲電路：為了方便用戶(hù)能隨時(shí)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(hù)不僅能查詢(xún)每次測量的歷史值，還能夠查詢(xún)最近28d內的血糖值的變化趨勢，根據血糖變化趨勢，制定正確的用藥方式，達到控制血糖濃度的目的。

　　本系統最多能夠存儲1000個(gè)歷史數據，每個(gè)歷史數據需要8B來(lái)保存，數據包含血糖值濃度及測試日期這兩個(gè)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(xiàn)方式如圖所示，P4.0～P4.3都是MSP430的數字I/O口。P4.1是寫(xiě)保護引腳，用來(lái)避免由于外部干擾或者程序出錯對EPROM的誤寫(xiě)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運行時(shí)的整體功耗，此外，還節省了電子開(kāi)關(guān)，降低了成本，有利于布線(xiàn)。