基于STC单片机的便携式快速血糖仪的设计与实现

　　0　引　言

　　近年来,糖尿病的发病人数呈逐年上升的趋势,糖尿病患者需长期应用降糖药物,其疗效和病情的观察主要依靠血糖监测。便携式快速血糖测试仪(简称血糖仪)作为一种新型的血糖浓度检测仪器,由于其操作简单、方便快捷等优点己很快进入了许多患者的家庭,从而做到及时测量和及时有针对性地治疗,解决了原来需专业人员测试,费时费钱的缺点。本文介绍的便携式智能血糖检测仪将生物传感器技术、数据采集与处理技术、微机控制技术以及电源管理技术相结合,可完成血糖浓度快速简便的检测,而且,用血量极少,有利于病人进行自我病情监控,提高病人的生活质量。

　　1　检测原理

　　目前,用于糖尿病检测的主要是酶电极生物传感器(简称酶电极)[1],如图1所示。二电极结构体系的酶电极由绝缘基片、参考电极、工作电极以及与工作电极相连的葡萄糖氧化酶反应区和连接参考电极的导电介质组成。当酶电极测试条接触被测血液时,被测血液通过毛细虹吸扩散到葡萄糖氧化酶反应区,血样中的葡萄糖与葡萄糖氧化酶反应产生葡萄糖酸和过氧化氢,同时产生电子,所产生的电子被导电介质转移给电极,通过在工作电极上施加一定的驱动电压(一般在0. 5V左右),从而在两电极回路上产生电流信号,且电流强度与被测血液中的葡萄糖浓度成正比关系,通过检测电流信号得出相应的待测物质的浓度[2]。实验表明:在0. 5V的工作电压下,对应于2~25mmol/L的血糖浓度,酶电极的电流响应约3~50μA.

　　2　硬件设计

　　便携式智能血糖仪的硬件电路以单片机STC12C5410AD为核心,其外围电路模块包括恒电位激励模块、放大器、电源管理模块、液晶显示驱动模块、时钟模块、温度检测模块等,如图2所示。

　　本血糖仪选用的单片机STC12C5410AD具有10 kBFlash存储器, 512B RAM, 8通道10位ADC及大量的I/O端口等,完全满足仪器的各项功能需求[3]。

　　2)基准电压源和恒电位激励及放大电路

　　基准电压源选用美国ADI公司的XFET式基准电压源芯片ADR291,该芯片具有高精度、低噪声、微功耗和低温漂的特点[4]。ADR291提供的2. 5V恒定电压经电阻分压后得到0. 5V工作电压,由运放对酶电极施加恒电位激励,Rm代表酶电极,由运算放大器的理想工作特性知道, Ic≈0,以,酶电极在恒电位激励下电极酶反应的响应电流Im=Is,该电流信号经过采样电阻Rs转换为电压信号输入到单片机的任意一个内部A/D腿上(P1. 0~P1. 7)。

　　放大器采用低功耗、低噪声、低漂移、高输入阻抗、高带宽的双运算放大器TL062。