以MSP430为核心的可穿戴血糖仪电路设计

MSP430系列单片机是美国德州仪器（TI）1996年开始推向市场的一种16位超低功耗、具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器。

本文介绍的是一种便携式可穿戴血糖仪，主要基于MSP430单片机为核心，葡萄糖氧化酶电极为测试传感器，以下给出了电路原理及电路图设计。

电路原理

血糖测试电路：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。

编者结语

此血糖仪方便携带，该设计主要从低功耗及精确性的角度出发，以MSP430系列单片机为核心，葡萄糖氧化酶电极为测试传感器，较快地测试出血糖浓度，方便测量者较快读数。