穿戴式血糖测试模块电路 - 可穿戴医疗设备电子电路图集锦TOP13

　　Top9  穿戴式血糖测试模块电路图

　　电路原理：为了检测葡萄糖氧化酶和葡萄糖反应所生成的自由电子数，需要在电极两端施加一固定偏压， 而后检测该偏压驱动自由电子产生的电流来计算血糖质量浓度值。根据测试片上所涂化学材质的不同，所需要的偏置电压也不相同，本设计中该偏置电压是由液晶驱 动模块的VLL1引脚输出的1V稳压通过电阻分压而得，偏置电压在273mV左右。正常人的血液与葡萄糖氧化酶反应后生成的电流大小为nA至μA级别，为 了能将该电流量转换成电压量并且准确测量出来，需要信号变换及电压放大电路。 图2所示是由比较器实现的放大电路，使用的是LL16芯片自身所带的比较器模块。比较器的正端接273mV的偏置电压，该偏置电压由LL16的LCD模块 提供的VLL1通过R6、R5和R4三个电阻分压而得，滤波电容C4是为了滤除VLL1自身带有的高频噪声，以保证偏置电压的稳定。比较器的负端连接试纸 的酶电极，即四号引脚，电极上的自由电子在偏置电压的驱动下定向流动，等效于一个电阻Rx，Rx阻值越小，血糖质量浓度越高，计算出该等效电阻阻值同样可 以计算出血糖质量浓度值。

　　数据深入分析：待测电阻Rx的阻值范围为18k Ω至300kΩ，3V电池供电最低电压为2.3V左右，为了保证比较器的最大输出不能超出最低供电电压，要求放大电路的放大倍数不能过大，所以取R3为 120k Ω，这样当待测电阻为18kΩ时，放大电路的输出电压为2.1V，小于电池供电最低电压。由于设计中放大电路的核心器件是比较器，此电路中比较器输出为方 波信号，比较器输出端的电阻R和电容C1就是一阶低通滤波电路，可以将高频方波中的谐波信号滤除，得到一个比较稳定的直流信号;同样为了避免比较器的输出 不超过正端极限，R1取值不能过大，同时为了达到比较好的滤波效果，其取值也不 能过小，所以取比较适中的15k Ω。为了尽可能的滤除高频信号，C1的容值不能过小，但是如果C1取值过大，那么比较器负端就会有幅度比较大的纹波。经过实际测试，C1取1 μF可以获得比较好的整体效果。尽管R1和C1组成的滤波电路已经对比较器的输出信号进行了一定程度的滤波，C1正端的信号仍有高频纹波，为了保证血糖质 量浓度测量值的准确度和一致性，R2和C2再一次对放大电路的输出信号进行滤波，由于是滤除高频谐波，考虑到电容的最佳滤波频率范围，C2取10 μF，而R2取值10kΩ。

　　Top10 采用MSP430单片机的可穿戴式血糖仪电路

　　血糖测试电路原理：在酶电极两端滴入血液后，会产生自由电子。由于电极两端存在激励电压，就会有定向电流流过电极。该激励电压是由ADC模块提供的1.5V稳压通过电阻分压而 产生的，大约在300mV左右，它能产生μA级别的定向电流。由于A/D转换模块测量的是电压，所以需要将该定向电流转换成电压，并且进行一定的放大。本 系统采用图2所示的电路来实现电流到电压的转换和放大。运算放大器LM358的反相端连接血糖试纸上的 酶电极，当有血液滴入时，该电极与地之间为等效电阻 Rx，流过该电阻的电流正比于血液中的血糖浓度值。

　　MSP430的A/D模块输出1.5V的稳压通过R2 和R3分压，产生300mV的激励电压，该电压通过运放的正端加到电极两端。R4起到反馈放大的作用，它将运放的输出范围限定在A/D模块的转换范围内。 在PCB板布线时，由于运放输出和MSP430的ADC模块输入I/O口之间的走线比较长，为了确保测量值的准确，需要对测试电压进行滤波，C21就是用 来起滤波作用的，以减少走线过长所引入的外来干扰对血糖测试的影响。而运放直接接电容负载容易引起输出震荡，R14的作用就是隔离运放和电容。由于电阻 R14上会有电流流过，这样电阻两端就有压降存在，电压信号会受此影响而变化，为了不影响血糖测试的精度，R14 的值不能取得过大。跟据经验值取50Ω。

　　温度检测电路：由于血糖测试是利用生物电化学反应，而影响 该反应的重要因素是温度。在不同的温度下，葡萄糖氧化酶的活性不同。即使是相同血糖浓度的血液，采用相同的激励电压，在不同温度下，由葡萄糖氧化酶氧化产 生的电流大小也不同。所以需要根据温度进行补偿以获得正确的血糖浓度值。当温度过高或过低时，葡萄糖氧化酶就会完全失去活性，此时血糖仪需要给出报警，提 示用户仪表不能在该温度下进行操作，避免得出错误的检测值。温度测试电路如图3所示。

　　图中，R9是热敏电阻ET833，该电阻具有负温度特性。 R10是阻值为83k Ω的高精电阻。R9上 端接的是由MSP430的A/D转换模块输出的 1.5V稳压，由 于该1.5V稳压也是 A/D转换模块的参考电压，因此这种接法能够消除A/D参考电压抖动所引起的转换误差。血糖仪正常工作时，通过测得P6.1端口的电压，计算出热敏电阻 R9的大小，然后根据ET833的特型曲线，推算出温度值，以进行温度补偿。

　　数据存储电路：为了方便用户能随时查看血糖的变化情况，本血糖仪具有存储血糖值的功能。用户不仅能查询每次测量的历史值，还能够查询最近28d内的血糖值的变化趋势，根据血糖变化趋势，制定正确的用药方式，达到控制血糖浓度的目的。

　　本系统最多能够存储1000个历史数据，每个历史数据需要8B来保存，数据包含血糖值浓度及测试日期这两个信息，这样就需要8000B的存储空间。 24LC64是微芯公司出产的一片E2 PROM芯片，能够存储8KB，因此选取一块24LC64芯片即足够。E2 PROM和单片机之间的具体接线方式如图所示，P4.0～P4.3都是MSP430的数字I/O口。P4.1是写保护引脚，用来避免由于外部干扰或者程序 出错对EPROM的误写操作。P4.2和P4.3是24LC64和MSP430进行通信的连接口。P4.0用于对24LC64供电，利用I/O口对该芯片 供电的目的是为了降低系统运行时的整体功耗，此外，还节省了电子开关，降低了成本，有利于布线。