作者：北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院 蔣開偉 張慧 李興華 馮玉珉

    摘要：本文詳細(xì)介紹了采用msp430系列單片機(jī)設(shè)計的多功能血糖儀。此款血糖儀不僅能精確測量血糖、實(shí)時時鐘，還具有溫度顯示和鬧鈴提示等功能。文章介紹了設(shè)計的原理和軟硬件的設(shè)計，最后給出本設(shè)計最為核心和關(guān)鍵的計算公式。

    關(guān)鍵詞：msp430；中文lcd顯示；低功耗； rs232；計算公式

    引言

    當(dāng)前市場上血糖儀種類繁多，外形結(jié)構(gòu)千奇百態(tài)，而價格和精度卻大相徑庭；且價格和精度難以兼得。原因在于沒有找到一款合適的微處理器。另外，出于屏幕尺寸的限制，界面普遍采用英文字符顯示，這給中國病人上帶來一定的困惑。

    隨著電子技術(shù)的發(fā)展，微處理器功能日益增強(qiáng)，價格日趨降低。有必要選出一款功能強(qiáng)大而價格便宜的微處理器來重新設(shè)計血糖儀。本系統(tǒng)選用的msp430系列微處理器使上述設(shè)想成為可能。

    原理

    血糖儀是根據(jù)電生物化學(xué)原理——施加一定電壓于經(jīng)酶反應(yīng)后的血液產(chǎn)生的電流會隨著血液中的血糖濃度的增加而增加——設(shè)計的。通過精確測量出這些微弱電流，并根據(jù)電流值和血糖濃度的關(guān)系，反算出相應(yīng)的濃度。所以，確定這個關(guān)系是問題的核心。但其關(guān)系復(fù)雜，受多方面因素影響。電壓強(qiáng)度、所使用的試條以及檢測的血液量都會對其產(chǎn)生影響。理論上需要在所有濃度點(diǎn)上大量實(shí)驗(yàn)才能確定最終的關(guān)系。在實(shí)際操作中，只需在選擇若干重要濃度點(diǎn)做大量實(shí)驗(yàn)，并確定其與電流值之間的關(guān)系。而相鄰濃度點(diǎn)之間用簡單的線性關(guān)系取代。圖1是本設(shè)計總結(jié)出一定量電壓下的關(guān)系曲線。

    系統(tǒng)硬件設(shè)計

    根據(jù)血糖儀功能的實(shí)際需求，結(jié)合msp430系列單片機(jī)特點(diǎn)，采用型號為msp430f435的單片機(jī)作為控制核心，其它模塊還有電流檢測、按鍵輸入和電源、顯示、揚(yáng)聲器及串口通信等。如圖1所示。

    圖1 系統(tǒng)組成

    msp430f435單片機(jī)

    本系統(tǒng)選用的單片機(jī)msp430f435具有16kb flash存儲器、512b ram、多達(dá)160段lcd驅(qū)動器、8通道/12位adc及大量的i/o端口等，完全滿足本血糖儀的各項(xiàng)功能需求。

    圖2 微處理器的端口設(shè)置

    主要端口設(shè)置如圖2所示。其中com0~com3、s16~s39、r03~r33用于實(shí)現(xiàn)lcd顯示； port74和port75用于串行通信；port79~port81為按鍵的輸入端；port76和port77分別為運(yùn)算放大器和rs-232芯片提供供電電壓。port78連接蜂鳴器；port2和port3為adc輸入；port7參考電壓輸出；xout和xin連接32khz的晶振，這是系統(tǒng)的時鐘源。

    lcd顯示

    msp430f435具有液晶驅(qū)動功能，最大能支持160段lcd，并且具有功耗低等特點(diǎn)。本系統(tǒng)采用中文界面的lcd顯示，這也是本款血糖儀的一大特點(diǎn)。此lcd有96碼段，內(nèi)容豐富、功能強(qiáng)大。極大地方便了國內(nèi)病人的使用。

    血糖檢測

    從原理中已經(jīng)知道，測量血糖時需要在相應(yīng)的電極上施加一定的電壓，而電壓的穩(wěn)定性將直接影響測量結(jié)果，因此，考慮從相對穩(wěn)定的參考電壓得到，而不是直接從供電電源中得到。

    msp430單片機(jī)a/d采樣的是電壓值，而被檢測的是微量的電流值；因而也需要將電流值放大并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓值。采用如圖3所示的電路就能實(shí)現(xiàn)這一要求。其中，電阻r用于放大。此外，過少的血液量也將造成結(jié)果偏差；所以有必要設(shè)計一個用于檢測血液是否足量的簡單電路。而此電路完全可以用與圖3相同的電路來代替。因此采用兩個這樣的電路就可以實(shí)現(xiàn)