提高血糖儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)效率

血糖儀是一種用于測(cè)量血液中葡萄糖濃度的醫(yī)療設(shè)備，根據(jù)具體的血糖濃度，可能還需要提供低血糖藥物管理功能。血糖儀要使用測(cè)試條以便與病人的血滴發(fā)生作用。在經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)后，就能從血糖儀上讀出用mg/dl或mmol/l單位表示的血糖值。血糖儀應(yīng)具有便攜、低功耗、易用和增強(qiáng)體驗(yàn)等特性，這些要求將直接影響血糖儀產(chǎn)品的技術(shù)和利基市場(chǎng)。

　　傳感器和電流分析法

　　測(cè)量血糖的第一步是將血糖濃度轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號(hào)，使用專門(mén)的傳感器測(cè)試條進(jìn)行電流分析可以實(shí)現(xiàn)這一步。傳感器使用鉑銀電極組成過(guò)氧化氫被電解電路的一部分。過(guò)氧化氫是葡萄糖在葡萄糖氧化膜上氧化的產(chǎn)物。流經(jīng)電路的電流可以用來(lái)度量過(guò)氧化氫的濃度，進(jìn)而得出血糖濃度。 需要指出的是，公式（圖1）中的表達(dá)式是線性的。這與實(shí)際情況有些不同，因?yàn)槠渌镔|(zhì)可能也會(huì)有反應(yīng)。

圖1：電極反應(yīng)。

　　血糖儀中的傳感器采用葡萄糖氧化酶電極，葡萄糖氧化酶在鍍鉑的活性碳電極中是穩(wěn)定的。通過(guò)對(duì)酶化過(guò)氧化氫的電化學(xué)檢測(cè)，酶電極可以用于電流分析判斷。傳感器由各種電極組成：葡萄糖氧化膜層、能被葡萄糖滲透的聚亞安酯薄膜、氧和過(guò)氧化氫。

　　電流分析法測(cè)量驅(qū)動(dòng)電解反應(yīng)的一對(duì)電極之間的電流。氧通過(guò)薄膜擴(kuò)散，并將電壓施加到鉑電極，將O2變?yōu)镠2。這些起反應(yīng)的電極是使用三電極設(shè)計(jì)的電流類(lèi)傳感器。在使用電流測(cè)量傳感器時(shí)這種方法很有用，因?yàn)樵谙嗤瘜W(xué)反應(yīng)中測(cè)量電壓和電流很可靠。

　　三電極模型使用一個(gè)工作電極（WE）、一個(gè)參考電極（RE）和一個(gè)反電極（CE）。產(chǎn)生的電流必須轉(zhuǎn)換為電壓才能供微控制器（MCU）處理。這個(gè)工作由跨導(dǎo)放大器完成。最后，MCU利用ADC模塊檢測(cè)和處理這個(gè)信號(hào)。

　　舉例來(lái)說(shuō)，下面就是可以用來(lái)解釋電流分析的一個(gè)實(shí)用方法。在WE和RE電極上施加一個(gè)范圍從－200mV至8V的電壓，這個(gè)電壓定義了傳感器能夠以最大電流工作的電壓。當(dāng)電流為18mA時(shí)，這個(gè)電壓值在4V左右。在選擇4V作為工作電壓后，我們可以獲得2至4秒的穩(wěn)定時(shí)間。這意味著這次可以獲得可靠的測(cè)量，因?yàn)檫_(dá)到了最大電流值。

　　設(shè)計(jì)目標(biāo)

　　系統(tǒng)特性。從系統(tǒng)角度看，血糖儀由多個(gè)單元組成，這些單元通過(guò)互相作用來(lái)提供必要的功能。微控制器要求作為系統(tǒng)的主要協(xié)調(diào)者。根據(jù)應(yīng)用范圍的不同可以選用內(nèi)部或外部閃存或SRAM。存儲(chǔ)器很重要，因?yàn)闇y(cè)量值必須存儲(chǔ)起來(lái)，以便提供數(shù)據(jù)管理和測(cè)量值平均等基本功能。