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血糖仪原理设计及仿制开发方案详解本文主要探讨基于C8051F系列单片机的血糖仪电路原理设计与应用分析，并同时提供仿制开发、调试生产的完整解决方案。血糖测量通常采用电化学分析中的三电极体系。三电极体系是相对于传统的两电极体系而言，包括，工作电极(WE)，参比电极(RE)和对电极(CE)。参比电极用来定点位零点，电流流经工作电极和对电极工作电极和参比电极构成一个不通或基本少通电的体系，利用参比电极电位的稳定性来测量工作电极的电极电势。工作电极和辅助电极构成一个通电的体系，用来测量工作电极通过的电流。利用三电极测量体系，来同时研究工作电极的点位和电流的关系。如图1所示。图1三电极工作原理方案描述该血糖仪提供多种操作模式以适应不同场合的应用，另外提供了mmol/L，mg/dl，g/l三种常见测量单位的自由切换并自动转换。该三个单位之间的转换关系如下：1mmol/L=18mg/dL1mmol/L=0.18g/L1mg/dL=0.01g/Lmmol/L=毫(千分之一)穆尔/升mg/L=毫(千分之一)克/升针对不同国家地区的不同要求，血糖仪可以采用以上任意一种单位来显示测量结果，转换的方式采取使用特殊的代码校正条来实现。(1)单片机及内部硬件资源的充分利用。SiliconlabsC8051F410单片机内部集成了丰富的外围模拟设备，使使用者可以充分利用其丰富的硬件资源。C8051F410单片机的逻辑功能图如图2所示。利用其中12位的A/D转换器用来做小信号测量，小信号电流经过电流采样电路最终转换为电压由该A/D采样，然后以既定的转换程序计算出浓度显示在液晶板上。利用12位的D/A转换器可以输出精确稳定的参比电压用于三电极电化学测量过程，由于D/A的输出可以由程序程序设计任意改变，因此可以很方便的通过改变D/A值来改变参比电压与工作电压之间的压差，而且可以12位的精度保证了压差的稳定，有效提高测量精度。图2C8051F410逻辑功能图温度传感器用于采集温度信号，做温度补偿[4]。因为血糖试剂在温度过高或过低的情况下都会出现测量偏差的问题，因此在测量过程中通过该温度传感器采集环境温度，在试剂要求的温度范围之外该参数就可以用来作为温度补偿。内部具有32/16kB的Flash内存可用于存储测量数据。2kB的集成RAM作为测量数据的缓冲。血糖仪需要将每次测量数据及日期记录在非易失性存储介质中，通常采用Flash内存，但Flash内存普遍存在重写速度慢的问题，因此，利用这2kB的RAM做缓冲，在有电源的情况下用于记录数据，在每次血糖仪关机的时候再将资料写入Flash中，间接提高血糖仪测量效率。(2)电源设计采用两节普通碱性AAA电池，利用RT9701和RT9266组成高效升压电路升压到3.3V作为整个血糖仪的供电。在整个仪器的供电电路结构上，设计电源开关电路，当关机时除了MCU和实时时钟可以直接通过电池供电以外，其它电路的电源被全部切断，然后使MCU和实时时钟进入休眠或节电状态，可以大大节省待机的耗电，延长电池的使用时间。MCU的唤醒通过中断实现，当开关按键按下时产生一个按键中断，由此唤醒MCU并为其它电路接通电源，血糖仪重新进入工作状态。(3)实时时钟设计，采用s-3530A实时时钟芯片[5]。该实时时钟具有高精度低功耗的特点，工作晶振频率32K，并设有节电模式，可以在血糖仪不工作的时候使其进入节电模式，节省电池电量。采用I2C总线与单片机连接，有效节省单片机I/O口线。自动计算闰年，并且以BCD码格式表示年月日时间数据，为MCU的读写提供很大方便。(4)不同使用者模式设计。终端客户只需要进行血糖测试及测试的历史记录，而调试人员需要知道测量的电流值以检测该仪器的质量，因此，本方案特意设计两种操作模式分别提供给终端使用者及生产过程中的调试人员使用，只需要简单实用一根特殊的测试条就可以让该仪器计入超级使用者模式，该模式提供了测试电流的显示接口，在该接口下，调试人员可以以标准电阻代替试剂来测试仪器的性能。而一般的终端使用者则只能在正常使用者模式下使用，这样仪器的生产测试和最终的销售可以使用同一个程序，为生产带来很大的方便，也为该产品的维修带来方便。(5)血糖仪的代码校正。血糖仪没更换一批试剂就需要进行代码校正，所谓代码校正实际上就是向血糖仪输入新的一组拟合曲线的参数，该参数会被事先烧写在代码校正条上，校正代码条如图3。其中特征代码实际就是拟合曲线的参数的整合成一个特殊的代码形式。图4是试剂条，由专业生物医学机构调配，因为每批试剂条的调配不可能一致，因此每次的拟合曲线参数也不一样，该参数由该机构提供，并烧写相应的校正代码条随试剂交付终端使用者使用。用户每次购买一批新试剂的时候必须先通过代码校正条修改血糖仪的参数。代码校正条的设计采用和试剂条同样的界面，因此只需要像使用试剂条一样直接插入血糖仪的检测埠，就可以方便地将新参数输入到血糖仪。图3校正代码条图4试剂(6)基于上一点的要求，血糖仪的埠既要可以正确读取试剂条，又要可以读取校正代码条，因此该端口是两个功能的复合端口。因此电路上设计了巧妙的电路转换结构用以在根据插入的介质自动判断是试剂条还是代码校正条并正确读取。(7)特殊代码校正条的设计。由于本方案设计了单位自动转换，一般使用者模式和超级使用者模式等功能，这些功能的实现都依靠特殊代码校正条来实现，原理就是选取几个特殊代码，烧写在代码校正条中，利用血糖仪可以自动读取代码校正条来设置参数的功能，当读到代码时先判断是否特殊代码，如果是就进行相应的操作，否则就进入新参数设置，如图7。特殊代码包括如下内容，转换单位的代码，切换工作模式的代码，清除内存的代码等。电路实现及人机界面血糖仪电路结构如图5。血糖仪采用一块PDM1621-893的定制液晶模块作为人机界面，该模块可以实现诸如实时时钟，电池电量，测量单位，报警信号，代码提示等多种显示，另外结合对三位七段数码显示的程序设计可以在多个工作模式下提供尽可能丰富的提示信息。液晶面板结构如图6。整个血糖仪的操作流程如图7。图5电路结构图6液晶面板结构图图7程序流程血糖仪作为临床医学中常用的医疗电子仪器，主要通过测量血液中的血糖浓度进行临床诊断。世纪芯在各类医疗电子仪器及高档昂贵医疗设备的仿制开发和维护维修领域拥有多年服务经验，可长期提供医疗设备电路板替换维修、故障排除、电路板复制、样机克隆、调试生产等全套技术服务，同时还可根据客户需求提供血糖仪等众多医疗电子设备全套技术数据的提取与转让，协助产品开发应用者进行维修维护和改进升级，或者协助工程师进行产品的参考设计。如果您有相关医疗电子设备仿制克隆、维修应用、参考设计等需求，欢迎与世纪芯商务中心联系糖尿病卫教糖尿病是甚么？食物在胃肠道被消化分解后产生葡萄糖，经血液运送至胰脏，刺激胰岛素分泌，以帮助葡萄糖进入各组织细胞中，或转变成能量，或贮存在肝、肌肉及脂肪细胞中。如果胰岛素不足或身体组织对胰岛素反应不好时，葡萄糖则不能被利用，血糖含量便上升。当血糖浓度超过180mg/dl，葡萄糖便会从尿液中排出。尿糖的出现使得尿液渗透压升高，导致大量水分和电解质的流失，使身体脱水。但也有一半病人(血糖多为180mg/dl以下)没有任何症状。这并不表示他们没有糖尿病，因为临床上观察发现当血液中葡萄糖含量超过正常标准的上限一段时间后，临床上较易引起血管病变如视网膜病变、肾脏病变、神经病变、脑血管障碍、截肢、及冠状动脉疾病等，因此目前诊断糖尿病以检测其血糖为标准。况且有时尿中有糖也不一定是糖尿病（例如一些肾脏病），而轻度之糖尿病(126mg/dl以上、180mg/dl以下)也不一定出现尿糖，因此现在最好改称为『高血糖症』。糖尿病之诊断高血糖症之诊断，常用者有三种（以下任一点均可）。出现典型的糖尿病症状如多尿、多渴、多吃、不明原因的体重减轻，而其任意血浆葡萄糖浓度有二次≧2OOmg/dl。空腹八小时以上，其血浆葡萄糖浓度有二次≧126mg/dl（正常人少于100mg/dl，以往定为110mg/dl，但2003年12月最新修正为100mg/dl），如大于100但小于126mg/dl则称为空腹葡萄糖障碍（ImpairedFastingGlucose,IFG）。口服葡萄糖耐量试验，其二小时血浆葡萄糖浓度≧200mg/dl（二次）即为糖尿病。(正常为14Omg/dl以下，如≧14Omg/dl但＜2OOmg/dl则称为「葡萄糖耐量异常（ImpairedGlucoseTolerance,IGT）」)。（目前IFG与IGT都被视为「葡萄糖调控障碍」，均算是「糖尿病前期」）糖尿病之症状当血糖超过肾脏再吸收糖的极限(一般为180mg/dl)时，糖分会从小便中排出，使得尿液渗透压升高，伴随大量水分和电解质的流失，使细胞脱水，故出现三多(多尿，多渴，多吃)，疲倦，体重减轻等典型症状。其它症状还包括手脚麻，视觉模糊，皮肤伤口不易愈合，女性会阴发痒等。但也有50%病人(血糖多为180mg/dl以下)没有任何症状。糖尿病之分类这次美国糖尿病学会专家委员会提出的糖尿病最新分类主要是以「致病原因」为分类的依据。(1)第1型糖尿病(又细分为「自体免疫性」及「原因不明性」二亚型)。仅占所有糖尿病少部份，约为5%，常发生在年轻人及小孩身上。主要因病人胰脏无法产生胰岛素而需终生接受胰岛素治疗。(2)第2型糖尿病。大多数糖尿病患皆属于此型，约占95%，常发生在40岁以上的病人，且很多是体重过重者。主要因病人外围组织对胰岛素产生抗阻现象，加上病人胰脏本身产生胰岛素不足。有些病人以前者为重，有些则以后者为主因。(3)其它已知特有病因型糖尿病。包括胰脏疾病，内分泌疾病，药剂或化学物质，胰岛素接受体之抗体，特殊遗传性症候群伴随之糖尿病等。(4)妊娠型糖尿病。怀孕中所发现之糖尿病。美国糖尿病学会建议，怀孕妇女在24-28周时，应做初步糖尿病筛检。检查时不必空腹，在喝过50公克葡萄糖水后一小时验血，如血浆糖超过140mg/dl，就应进一步做100公克葡萄糖耐量试验。根据1964年O'Sullivan及Mahan所定标准，经修正后为：口服100公克葡萄糖溶液后，每小时抽血验血浆糖，共3小时。空腹值95mg/dl，一小时180mg/dl，二小时155mg/dl，3小时140mg/dl或以上。或口服75公克葡萄糖溶液后，每小时抽血验血浆糖，共3小时。空腹值95mg/dl，一小时180mg/dl，二小时155mg/dl或以上。以上４点有二点符合即可诊断为妊娠型糖尿病。此外，2004年美国糖尿病学会专家委员会建议符合以下情形者应接受糖尿病的筛检：(1)年龄在45岁以上(如果筛检正常应每三年再筛检一次)。(2)年龄在45岁以下但有下列情形者：〔一〕肥胖：体重≧120%理想体重或体质指数(BMI)≧25kg/㎡。〔二〕一等亲有糖尿病史（父母或兄弟姊妹）。〔三〕高危险种族，如西班牙裔、非裔美人、亚裔美人、或美洲土著。〔四〕有妊娠糖尿病史，或新生儿体重超过9磅的母亲。〔五〕高血压(成人血压≧140/90㎜Hg)。〔六〕高密度胆固醇浓度≦35mg/dl或三酸甘油脂≧250mg/dl。〔七〕有「空腹葡萄糖障碍」或「葡萄糖耐量异常」病史。〔八〕多发性卵巢囊肿病人。〔九〕没有运动习惯者。〔十〕有血管性疾病者。筛检方法可采用口服葡萄糖耐量试验或空腹血浆葡萄糖测定。如果空腹血浆糖≧100但126mg/dl者，应该接受口服葡萄糖试验以确定诊断。在口服葡萄糖试验后二小时如果血浆糖≧200mg/dl即为糖尿病，如≧14Omg/dl但＜2OOmg/dl则为「葡萄糖耐量异常」。糖尿病之病因虽然仍未十分明白，但原发性糖尿病与遗传因素脱不了关系。第1型糖尿病是由自体免疫性疾病(具备特殊遗传体质(如带有特定人类白血球抗原HLA-D3或/及DR4标记)的人在化学物质、或滤过性病毒的影响下，体内引发一连串的自体免疫反应，致使体内产生对抗胰岛贝他细胞(Bcell)自体抗体，(如isletcellautoantibody-ICA，或GAD(glutamicaciddecarboxyl