国产便携式血糖仪功能改进和低功耗设计.docx

国产便携式血糖仪功能改进和低功耗设计 摘要便携式血糖仪在糖尿病诊治中的应用范围 越来越广，用户对其功能要求也越来越高。本文在某使用广 泛的国产便携式血糖仪系统基础上，改进其设计，实现大容 量血糖数据长期存储功能、血糖值曲线直观显示功能以及与 PC机便捷连接、进行数据传输存储、维护管理功能，并对系 统软硬件进行优化，降低功耗，使现有便携式血糖仪产品具 有长期和离线工作能力，满足患者及医务人员的需求。 关键词糖尿病血糖仪低功耗数据存储血糖曲线 糖尿病是常见慢性病，2008年调查显示，我国20岁以 上人群总体患病率已达9.7%[1],糖尿病防治具有极其重要 意义。在糖尿病防治中，血糖监测可以为患者提供预警信号, 指导临床诊治。监测血糖有2种方法：一种是在医院抽取静 脉血，测得血糖，此方法费时费力，无法即时获得结果；另 一种是利用快速血糖仪测血糖，获得结果迅速，便于及时调 整治疗[2?5]。 糖尿病患者需要终身监测血糖，而且需要在空腹和餐后 等不同时间进行监测，会产生大量监测数据。现有便携式血 糖仪仅部分高档产品带有记忆功能，可存储10?256组数据, 且价格昂贵。国产产品所带分段式液晶显示功能，能显示单 次血糖值、温度、时间等特定几个数值，而没有用来直观显 示血糖变化曲线的功能。绝大部分产品也无法直接与家用计 算机连接，进行数据传输及维护管理。 本研究在使用广泛的某国产血糖仪基础上进行改进设 计，实现大容量血糖数据存储功能、血糖值曲线直观显示功 能、与PC机便捷连接，进行数据传输存储、维护管理功能。 通过设计及软件优化，降低功耗，使现有便携式血糖仪具有 长期和离线工作能力，满足患者及医务人员需求。 1血糖检测原理 血糖检测方法有多种。通常是采用一次性葡萄糖氧化酶 印刷电极（试纸）作为传感器[6, 7]o 被测血样滴在试条上后，电极上所覆的氧化酶促使血样 中的葡萄糖与溶液中的氧发生氧化还原反应。 反应所产生的电子经由导电介质转移给酶电极，电极在 恒定电压作用下产生电流。经一段反应时间后，酶电极的电 流值大小与血样中葡萄糖浓度呈线性关系。通过检测电路测 量这些微弱电流的大小，即可计算出血糖浓度值。 2改进方案设计思路 据实际需要，在国内现有便携式血糖仪系统上实现以下 功能：在线血糖曲线显示功能、微机接口以及PC端的血糖 数据分析和管理。结合现有系统硬件功能和特点，新设计的 扩展功能部分应选用与之相兼容的接口，如LCD控制接口、 大容量存储器接口。在器件选择上应选用成熟产品以保证系 统可靠性和稳定性（见图1）。 3软硬件选择及系统设计 3.1低功耗微控制器 模拟模块实现对血糖信号采集、放大、AD转换以及DA 转换，数字模块以微处理器为核心，对采集到的数据进行存 储、液晶显示、通讯等功能。整个系统外围器件较多，为降 低功耗必须选择低功耗、集成度高的微处理器和其他元器 件，并对系统整体功耗进行有效管理。 对比几种广泛应用的低功耗单片机，结合本系统需求， 采用Silabs的C8051F040作为微处理器。C8051F040采用流 水线处理构架，髙集成度和多中断源使其在低功耗系统设计 中有很大优势[8],集成12位ADC和DAC模块、芯片温度传 感器、3个史密斯比较器模块、 感器、3个史密斯比较器模块、1个SPI串行外 设备接口 控制器、1个SMBUS总线控制器（与I2C完全兼容）、64KFlash Rom、256BYTE片内存储器和4K BYTE外部存储器、2个外部 事件中断（中断源可高达20个）、5个定时器。 3.2数据存储 为方便医生观察，必须记录每次测量数据（测定血糖频 率以每日4次为宜），便携式血糖仪记录条数多已成为一大 卖点。目前市场上的血糖仪主要使用EEPROM和Flosh大容 量存储器，数据结果记录包含日期和时间，多的只能记录 300?500组数据。采用I2C或SPI串行通信技术。 FRAM属于新一代非挥发性存储器，由于FRAM在存储单 元上采用铁电薄膜，具有高速、高频度重写、低功耗以及非 挥发性等优点°FRAM通过外部电场控制铁电电容器的自发性 极化，与通过热电子注入或隧道效应而完成写入动作的 EEPR0M以及Flash相比，FRAM写入速度快1000倍以上；FRAM 擦写时不需要高压，写入功耗为EEPROM、Flash的10-3? 10-5,尤其适用于低功耗的应用场合。另外，FRAM不需要使 用隧道氧化膜，数据重写次数达到flash memory和EEPR0M 的1012以上⑼。 血糖仪所记录的单条数据包括日期、时间和血糖值，其 中血糖值一般在3?30mmol/L,通常保留1位小数。据此考 虑2种数据存储方案：方案1是按字节直接存储，每一个时 间单位均用1字节、血糖值整数部分和小数部分各占1字节, 一共是7字节；方案2是按