基于MSP430单片机和移动通信的血糖监护系统设计

2010-04-08 20:29:25来源: 微计算机信息

1 血糖监护系统概述

  糖尿病是危害人类健康的四大主要疾病之一,目前没有根治的办法,只能通过血糖监测对糖尿病加以控制。血糖仪的出现,大大方便了糖尿病患者自行监测血糖。为了能更好地利用无线网络资源,方便用户随时随地的测量,开发了一种基于移动通信的血糖监护系统。

  基于移动通信的血糖监护系统由两大部分组成:手机血糖仪与糖尿病监护中心。工作模式如图1所示。糖尿病患者利用随身携带的手机血糖仪可随时监测血糖,监护中心通过GSM网络接收患者的血糖值,并反馈适当的诊断结论。

图1 系统工作模式

  手机使用MotorolA388c,血糖仪是吉林大学仪器学院自主开发的以MSP430单片机与酶电极传感器等为主的血糖测试仪,通过串口连接手机,利用手机的键盘和液晶屏控制显示血糖测试结果。即,手机血糖仪是在保留手机原有各项功能的基础上,增加了血糖测试功能。

  糖尿病监护中心硬件由一台服务器通过串口连接一个MC35无线通信模块构成,软件系统主要负责完成控制MC35接收短信以及患者信息管理及维护。

2 手机血糖仪的设计

  2.1 系统硬件设计

  基于MSP430单片机的血糖测试仪主要由酶电极传感器、信号处理、单片机数据采集处理以及单片机与手机的串行通讯几部分组成,如图2所示。酶电极传感器采用三电极系统,分为参比电极、对极和工作电极。

图2 手机血糖仪系统框图

  前置信号处理采用模拟开关对电极接入电路情况进行控制,从而为系统提供不同的工作状态,信号处理采用放大器和低通滤波,将传感器的电流信号转换放大滤去高频干扰,为后续电路的数据采集提供质量较高的信号,血糖浓度的数据采集处理和串口数据通讯,采用TI公司的MSP430系列单片机为主控单元完成。另外,系统具有温度补偿功能,能补偿环境温度对系统测试结果的误差,提高测试结果的精度。血糖测试模块体积为3cm*1cm,这样可以放在手机壳里,做到血糖测试仪和手机融为一体,方便了用户的携带与检测。

  2.2血糖浓度测量原理

  血糖浓度值的测定通过生物酶电极传感器,当血液滴入,在葡萄糖酶的催化作用下,传输电子物质在碳电极表面被强制性氧化,其氧化还原反应过程中形成的氧化电流跟葡萄糖浓度成线性关系,通过测定氧化电流的强度计算血糖浓度值[1]。

  在电极上加0.4V的恒定工作电压, 当被测血样滴在电极的测试区后,电极上固定的葡萄糖氧化酶与血样中的葡萄糖发生化学反应。经过一定的滞后期,酶电极的响应电流将与被测血样中葡萄糖浓度呈线性关系,如图3所示。

图3 酶电极电流变化曲线

  对应于2.2- 27.8mmol/L的血糖浓度,酶电极的响应电流约为3—50μA。血糖仪就是通过这一对应关系来计算显示血样葡萄糖浓度值的。根据曲线可知酶电极上的反应电流在11s左右出现峰值,因此系统设定前11s为酶电极的反应时间,后5.3s为酶电极的采集时间。对5.3s的电流面积积分,得到电量Q,再根据已知的血糖的浓度C0可以由公式求出标准系数K:

  Q =∫I(t)dt = K C0

  K = Q/ C0

  从而求出所测试的血糖浓度:

  Cx = Q/K

  温度是影响酶的活性及酶催化反应速度的重要因素之一[2]。因此要保证测量的精度,必须进行温度补偿。经系统测试及相关的结果分析得到温度补偿公式如下:

  Kt = 0.0133t + 0.067

  考虑到温度补偿,因此,血糖浓度计算公式如下:

  Cx = Q/(K ×Kt)

  

[1] [2] [3]

关键字:血糖监护系统  移动通信  MSP430单片机  手机血糖仪

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/2010/0408/article_1099.html
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