基于MSP430微处理器和GSM移动通信的血糖监护系统设计

文章摘要：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

基于MSP430微处理器和GSM移动通信的血糖监护系统设计,标签：电路设计,http://www.88dzw.com
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） 　　2.3 通信软件设计

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