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教你用8位单片机设计一款灵活的低成本血糖

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来源: 作者: 2018-10-26 13:35:52

教你用8位单片机设计一款灵活的低成本血糖仪

导读:

糖尿病的死亡病例从 2000 年的 100 万增至 2011 年的 140 万。控制糖尿病的一种主要方法是使血糖尽可能地保持正常水平。这导致对血糖仪的需求日益增加。

世界上的糖尿病患者约占人口总数的 8.5%,现已成为第八大主要致死原因。据世界卫生组织估算,糖尿病将在 2030 年升至第七位。这种增长趋势可从近年来的统计数据看出:糖尿病的死亡病例从 2000 年的 100 万增至 2011 年的 140 万。控制糖尿病的一种主要方法是使血糖尽可能地保持正常水平。这导致对血糖仪的需求日益增加。  血糖仪是一种用于确定溶液中葡萄糖浓度的医疗设备。葡萄糖浓度的单位是毫克每分升(mg/dl)或毫摩尔每升(mmol/l)。血糖仪已成为糖尿病患者使用的家用血糖监测设备的重要组成部分。一天内可进行多次测量。大多数血糖仪基于电化学技术。这些血糖仪采用电化学试纸进行测量。将一小滴待测溶液置于一次性试纸上,血糖仪将利用该试纸来测量葡萄糖。在葡萄糖的电化学测量中,最常用的两种方法是比色法和电流法。在比色法中,LED或光传感器等构成模拟接口。跨阻放大器用于测量葡萄糖浓度。利用颜色反射率原理,根据光度测定法来确定试纸反应层的色彩强度。血糖仪生成葡萄糖浓度的测量值。  在电流法中,使用毛细管吸取试纸一端的溶液。此试纸还包含一个酶电极,其中含有葡萄糖氧化酶等试剂。葡萄糖在酶的作用下发生化学反应并在化学反应期间生成电子。随后测量流经电极的电荷,电荷量与溶液中的葡萄糖浓度成正比。此外,还会测量环境温度以补偿温度对反应速率的影响。大多数血糖仪采用此方法。图1给出了试纸的工作原理。    图1:血糖仪试纸工作原理  试纸构成主生化传感器(溶液试样置于其中),它具有三个电极。化学反应期间,工作电极中会产生电子。此电极与电流到电压放大器相连。参考电极的电压相对于工作电极保持恒定,以便推动所需的化学反应。第三个电极是计数器电极,作用是为工作电极提供电流。大多数血糖仪设计仅采用参考电极和工作电极。应向参考电极施加精确的参考电压(VREF),向运放施加精确的偏置电压(VBIAS)。  通过这种方法,工作电极和参考电极之间将保持精确的电位差。此电压是用于驱动试纸输出电流的激励,其幅值随后用于计算产生的电子数量。  将溶液试样置于试纸上,葡萄糖在酶的作用下发生化学反应。化学反应期间会产生电子。电子的流动对应于流经工作电极和参考电极的电流。此电流将随葡萄糖浓度的变化而变化。电流可通过跨阻放大器(电流到电压转换器)和模数转换器(ADC)进行测量。跨阻放大器的输出电压将随溶液中葡萄糖浓度的变化而变化。

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