PIC24单片机在血糖仪上的应用

  糖尿病是一种常见严重危害人类健康的慢性疾病,近年来的发病人数逐年上升,患者必须定时进行血糖监测,才能控制病情并有针对性的治疗。血糖仪已经成为一种常见的家庭医疗器械,市面上大多数的血糖仪价格和精度难以兼得。随着电子技术的发展,一款功能强大而价格便宜的血糖仪应运而生,本文将介绍一款采用Microchip PIC24”GC”系列MCU,利用CTMU功能测定血糖浓度的新方法。

  血糖仪测试原理

  血糖值的检测方法采用的是生物电化学方法,其原理:血糖测试条插入血糖仪后,在测试条的顶端滴入血样,血液中的葡萄糖与血糖测试条上的酶发生化学反应,产生电子或微电流,

  电子数量或者微电流的强弱随着血液中血糖浓度的增加而增加。

  普通血糖仪的测试方法

  通过精确测量微弱电流的大小,并根据电流值和血糖浓度的关系,反算出相应的浓度。为了测量精确的电流值,往往需要强大的模拟信号调理电路。如图1:

  PIC24单片机在血糖仪上的应用

  由图1看出,普通血糖仪的模拟电路要求:1.至少2个以上低偏移、低温度系数、低偏置电流的运算放大器。2.至少1路12bit以上的ADC,最好是16bit,满足这2个条件是普通血糖仪的基本要求,但这样的方案的成本非常高。

  PIC24 CTMU血糖仪方案描述

  PIC24 CTMU血糖测试方法

  模拟信号调理电路无需外加,只需MCU内部集成的CTMU单元和高精度来ADC完成。如下图2:

  PIC24单片机在血糖仪上的应用

  该方案也是基于血糖测量的电化学原理,但其实现方法颠覆了以往血糖的测试方法。本设计介绍了的是一款单芯片设计方案,以Microchip最新的 PIC24F”GC”系列MCU为核心,外围电路设计简单,测试条直接与MCU I/O口连接完成一个快速、高精度、低成本、低功耗的血糖测试。如下图3是血糖仪的硬件框图:

  PIC24单片机在血糖仪上的应用

  具体原理:当测试条上滴入血样,血液中的葡萄糖与测试条上的酶发生反应产生电荷Q,而电荷与血糖浓度呈线性关系,所以,只需测出纸条上的电荷量就可以知道血糖的浓度。这里与大多数血糖测试方法稍有不同的是测量电荷量,而不是电流值。测量电荷Q用到模拟装置,完全由MCU内部提供,主要包括:高精度模数转换器(ADC)、可编程的恒流源、数字处理器和存储器、高精度定时器、参考电压源等。如下图4是测量电荷MCU内部逻辑图:

  PIC24单片机在血糖仪上的应用

  图 3可以看出,外围电路很简单,只需一个血糖测试座和一个显示屏。该设计中,主控XIN芯片选用了Microchip的新推出的PIC24FJ”GC”系列 MCU,该系列芯片具有强大的高级模拟特性和超低功耗特性。高级模拟资源有16bit Σ-ΔADC、12bit SAR ADC、10bit DAC、充电时间单元(CTMU)、2个运算放大器、比较器、片上Vref等。同时具有超低功耗特性,多种功耗管理模式,深度睡眠3.3V时典型电流40nA,RTCC开启32kHz,3.3V时典型电流 400nA。另外该芯片还集成LCD驱动、支持USB OTG、RTCC等模块,Flash从64kb-128kb,RAM 8kb,采用改进型哈佛架构,最高运行速度可达16MIPS(32MHz时),集成17位x17位单周期硬件乘法器等等。这些资源完全满足一个高精度低功耗低成本的血糖仪设计需求。

技术专区

  • Alexa语音服务软件扩展STM32Cube
  • 结合DNN API驱动未来神经网络应用的解决方案
  • 针对于高端移动通信和汽车市场的四集群设计
  • 一款基于帧捕捉的开源图形调试器应用设计
  • 即将成为标准配置的最新安全技术:后视摄像系统
  • PIC24单片机在血糖仪上的应用已关闭评论
    A+
发布日期:2019年07月14日  所属分类:物联网