工程师详解:PIC24单片机在血糖仪上的应用.pdf

糖尿病是一种常见严重危害人类健康的慢性疾病，近年来的发病人数逐年上升，患者必须定时进行血糖监测，才能控制病情并有针对性的的恒流源、数宁处珪器和存储器、高精度定时器、参考电压源等。如下图4是测量电荷MCU内部逻辑图:Display( Blood Glucose Level)Constant CurrentSoureeDigitalProcessorTimerand MemoryADC orgrammableComparatorVoltage Ref.Blood Sample Test Strip(charge generator)图图3可以看出,外用电路很简单,只需一个血糖测试座和一个显示屏。该设计中主控XIN心片选用了 Microchip的新推出的PC24FJGC"系列WCU,该系列心片具有强大的高级馍拟特性和超低功耗特性。高级馍拟资源有16bitΣ-^ADC、12 bitsarado、10 batAc、充电时问单元(CTⅦ)、2个运算放大器、比较器、片上vref等。同时具有超低功耙特性,多种功耗管理模式,深度睡眠3.3V时典犁申流nA,RICC开启32klz:3.3吋典型电流400nA。另外该芯片还集成LOD驱动、支持 USBOTG、RTC等模块,F1ash从64kb-128kb,RAN8kb,采用改进犁哈佛架构,最高运行速度可达161MIPS(2MHz时),集成17位x17位单周期使件乘法器等等。这些资源完全满足一个高精度低功耗低成本的血糖仪设计需求。PTc24cTMU测血糖方法及流程如图3,恒流源由WU内部的CTⅦ提供,测试条与恒流源通过开关连接,开关由MCU内部控制,正棠情况下开关处于闭合状态。当血糖测试条上未滴入血样时,测试条呈现很高的电阻,测试条相当于·个尢穷大的电阻与·个电压源并联。当测试条上滴入血样,血样与化学酶发生反应,这时通过ADC检测测试条2端的电压,当电压产牛由高到低的突变时,MC内部断廾电流源与测试条的连接廾关,等待一段时间(浸泡时间),等待血样与酶充分反应达到电荷稳定,浸泡时间到了,启动定时器计时,同时恢复恒流源与测试条的连接,继续监视血液测试条的电,当检测到电压有明显增加时,停止定时器计时,测量的时间即为电荷移除需要的时间,血样中总的电荷量根据公式Q=「*(其中「是恒流源的设定值,T是定时器测得的时间),冉经处珪器MC计算出电荷量Q值。具休流程请参考图5:连接恒流源显示血糖浓度到测试条(BGL)监视测试条2端的电压确定电荷Q(Q=|T)并转换成BGL电压值是否有明显下降停止计时并确定时间T1断开恒流源与测试条的连接电压值是否有明显增加等待一段时间〔浸泡时间〕监视测试条2端的电压启动 Itimer恢复恒流源开始计时与测试条连接图5流程图中,电荷总量Q已经得到,冉根掂电荷量换算出实际的血糖浓度。理论血糖浓度与电荷量成线性关系,实际需在选择岩干重要浓度点做人量实验来确定,然后采用曲线拟合或插值等数据处理方式来确定其与电荷量之间的关系,最终再根据这种关系把电荷量计算成血糖浓度RG。下图6是血糖浓度是50ng/d的血样,在浸泡时间为1s时,检测测试条2端电压( Volts)与时间T的曲线图。Low test solution approximatingA BGL of 50 mg/dL1S SoakE× cess chargremovedInnIe图6血糖仪通过LCD显小当前的血糖浓度信息,每次测量的血糖浓度数据同时存放在片内 Flash存储器巾,具有掉电保护功能,无需外部 EEPROM。同时片上集成ISB,可以与上位札PC逊行通信,将采集的血糖浓度信息传输给PC,使于管理病人的健康状况。对亍便携式血糖仪,·般采用中池供屯,电池的寿命至关重要,所以对血糖仪的整体功耗要求更为严格。本设计采用的PIC21"GC"系列MU,拥有世界纳瓦技术的超低功耗工艺,可以大大降低产品的功耗.同时片上集成的 LCDDriver可以直接驱动LCD屏,也可以帮客户大大节省成本。结束语本设计采用 Microchip公司新摧出的PC24"GC"系列产品,利用片上强人的晑精度模拟电路来测量血糖,尢需外置高精度ADC和运放,使得产品电路大大简化,性能吏加稳定,外形更加小巧。另外,也充分利用到MCU的超低功耗特性,降低了产品功耗。总的来说,该设计用较少的外围器件完成了精准的血糖测量,降低了客户成本,同时延长了产品寿命。因此,该方案是小伓积、低功耗、应用灵活、可靠性高、便携武高精度血糖仪的最佳选择