血糖仪原理设计及仿制开发方案详解

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  •       本文主要探讨基于C8051F系列单片机的血糖仪电路原理设计与应用分析,并同时提供仿制开发、调试生产的完整解决方案。
      血糖测量通常采用电化学分析中的三电极体系。三电极体系是相对于传统的两电极体系而言,包括,工作电极(WE),参比电极(RE)和对电极 (CE)。参比电极用来定点位零点,电流流经工作电极和对电极工作电极和参比电极构成一个不通或基本少通电的体系,利用参比电极电位的稳定性来测量工作电极的电极电势。工作电极和辅助电极构成一个通电的体系,用来测量工作电极通过的电流。利用三电极测量体系,来同时研究工作电极的点位和电流的关系。如图1 所示。

      


      
      图1 三电极工作原理
      方案描述
      该血糖仪提供多种操作模式以适应不同场合的应用,另外提供了mmol/L,mg/dl,g/l三种常见测量单位的自由切换并自动转换。该三个单位之间的转换关系如下:
      1mmol/L=18 mg/dL   1mmol/L=0.18 g/L   1 mg/dL=0.01 g/L
      针对不同国家地区的不同要求,血糖仪可以采用以上任意一种单位来显示测量结果,转换的方式采取使用特殊的代码校正条来实现。
      (1)单片机及内部硬件资源的充分利用。Silicon labs C8051F410单片机内部集成了丰富的外围模拟设备,使用户可以充分利用其丰富的硬件资源。C8051F410单片机的逻辑功能图如图2所示。利用其中12位的A/D转换器用来做小信号测量,小信号电流经过电流采样电路最终转换为电压由该A/D采样,然后以既定的转换程序计算出浓度显示在液晶板上。利用12位的D/A转换器可以输出精确稳定的参比电压用于三电极电化学测量过程,由于D/A的输出可以由程序编程任意改变,因此可以很方便的通过改变D/A 值来改变参比电压与工作电压之间的压差,而且可以12位的精度保证了压差的稳定,有效提高测量精度。
      
      图2 C8051F410逻辑功能图
      温度传感器用于采集温度信号,做温度补偿[4]。因为血糖试剂在温度过高或过低的情况下都会出现测量偏差的问题,因此在测量过程中通过该温度传感器采集环境温度,在试剂要求的温度范围之外该参数就可以用来作为温度补偿。
      内部具有32/16kB的Flash存储器可用于存储测量数据。2kB的集成RAM作为测量数据的缓冲。血糖仪需要将每次测量数据及日期记录在非易失性存储介质中,通常采用Flash存储器,但Flash存储器普遍存在重写速度慢的问题,因此,利用这2kB的RAM做缓冲,在有电源的情况下用于记录数据,在每次血糖仪关机的时候再将数据写入Flash中,间接提高血糖仪测量效率。

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