便携式血糖仪的设计ppt课件 .ppt

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1、LogoLogoAdd Your Company Slogan便携式血糖仪的设计工设1103 U201110891 王倩龙Logo 绪论目目录1血糖血糖仪的整体的整体设计2 系系统硬件硬件电路路设计3 系系统软件件设计4 血糖血糖仪的的调适适与与仿仿真真567 造型造型设计方案方案 PCB板制作板制作 总结8绪论选题背景及研究意背景及研究意义糖尿病糖尿病(DM，Diabetes Mellitus)是一是一种常种常见的慢性非的慢性非传染性疾病，是由染性疾病，是由遗传和和环境因素相互作用而引起的境因素相互作用而引起的临床床综合征合征(慢性、慢性、全身性、代全身性、代谢性疾病性疾病)，是，是终生性疾

2、病。由生性疾病。由人体内胰腺分泌胰人体内胰腺分泌胰岛素缺乏，或因胰素缺乏，或因胰岛素功素功能失能失调所至。所至。这种功能失种功能失调导致血中葡萄糖致血中葡萄糖浓度增高，从而危及体内度增高，从而危及体内诸多系多系统，特，特别对血管系血管系统和神和神经系系统影响最大。影响最大。Logo中国心血管中国心血管报告公布的数据告公布的数据显示，近示，近20年年来，中国糖尿病患病率成倍增来，中国糖尿病患病率成倍增长，目前中国，目前中国约有有2000多万糖尿病患者，耐糖量低减者多万糖尿病患者，耐糖量低减者2000万，中国已万，中国已经成成为全球糖尿病患者人全球糖尿病患者人数第二大国，数第二大国，仅次于印度。据

3、世界次于印度。据世界卫生生组织预计，到，到2025年年,全球成人糖尿病患者人数全球成人糖尿病患者人数将增至将增至3亿，而中国糖尿病人数已居世界第，而中国糖尿病人数已居世界第3位，未来位，未来50年内糖尿病仍年内糖尿病仍是中国一个是中国一个严重重的公共的公共卫生疾病生疾病问题。Logo分析分析发现，在人，在人类基因和不良基因和不良饮食食习惯的影的影响下，年响下，年龄、肥胖症、糖尿病家族史、高血、肥胖症、糖尿病家族史、高血压、高血脂症、低收入、日常体育、高血脂症、低收入、日常体育锻炼不足不足已是糖尿病及代已是糖尿病及代谢综合征主要危合征主要危险因素，在因素，在加加强健康普及教育的同健康普及教育的同

4、时，系，系统地开地开发抗糖抗糖尿病新尿病新药和新和新剂型型,积极研极研发更先更先进的医的医疗器械来器械来预防、控制和治防、控制和治疗糖尿病及其并糖尿病及其并发症症具有具有积极的意极的意义。Logo血糖血糖浓度是反映病情状况的一个重要指度是反映病情状况的一个重要指标，经常性地常性地进行血糖行血糖测量可及量可及时把握病情把握病情变化化并及早采取治并及早采取治疗措施。措施。严格控制血糖到接近正常水平，比一般的控格控制血糖到接近正常水平，比一般的控制血糖，可使慢性并制血糖，可使慢性并发症减少症减少约2/3。因此，。因此，血糖血糖监测对于糖尿病患者是非常重要的。于糖尿病患者是非常重要的。使用便携式血糖使

5、用便携式血糖仪进行行测定并定并记录结果，可果，可了解一日内血糖的波了解一日内血糖的波动幅度和平均幅度和平均值，及，及时发现和和处理异常情况，并可作理异常情况，并可作为调整整药物治物治疗的依据的依据Logo随着疾病随着疾病谱、医学模式和医、医学模式和医疗方式的改方式的改变，一些适用于社区、面向家庭的便携式一些适用于社区、面向家庭的便携式监测和和治治疗装置将成装置将成为市市场需求最多的医需求最多的医疗器械器械产品。品。目前我国医目前我国医疗方式已方式已经开始从开始从单纯对疾病的疾病的院内治院内治疗，逐步，逐步转向院前向院前预防、急救，院内防、急救，院内诊断、治断、治疗，院外，院外监测、康复以及日常

6、家庭、康复以及日常家庭医医疗保健等多元化、多保健等多元化、多层次的次的现代化医代化医疗保保障体系。因此，适于基障体系。因此，适于基层社区医生社区医生应用的，用的，可以面向可以面向家庭家庭的的便携式便携式监测和治和治疗装置，将装置，将成成为市市场需求最多的医需求最多的医疗器械器械产品品Logo选题背景及研究意背景及研究意义小小结未来医学模式将由未来医学模式将由单纯的治的治疗型逐型逐渐向治向治疗与与预防保健相防保健相结合的模式合的模式转变，特，特别是随着是随着个人健康意个人健康意识增增强，性能良好、使用方便的，性能良好、使用方便的用于家庭的用于家庭的预防治防治疗设备、健康、健康自我自我检测设备将成

7、将成为家庭中新的家庭中新的“家家电”。Logo绪论便携式血糖便携式血糖仪概述概述便携式便携式血糖血糖仪至今，一共至今，一共经历了了五个五个发展展阶段段第一个第一个阶段是水洗式血糖段是水洗式血糖仪，它的操作，它的操作过程比程比较复复杂，检测前首先前首先要在要在试纸上滴入血上滴入血样，一分，一分钟后把后把试纸放入水中冲洗，去除血放入水中冲洗，去除血样中中的的红细胞，然后再把胞，然后再把试纸放入放入仪器中器中测试并得出并得出测试结果果第二个第二个阶段是擦血式血糖段是擦血式血糖仪，它不需要用水冲洗，它不需要用水冲洗试纸，当血，当血样滴入滴入试纸，产生反生反应后将后将试纸上的血上的血细胞擦去即可胞擦去即

8、可进行行测试第三个第三个阶段是比色法血糖段是比色法血糖仪，常用的比色法有两种，即目，常用的比色法有两种，即目视比色法比色法和光和光电比色法比色法，它的它的优点是操作点是操作简单，测量量结果准确果准确第四个第四个阶段是段是电化学法血糖化学法血糖仪，包括葡萄糖氧化，包括葡萄糖氧化酶电极极测量法和葡量法和葡萄糖脱萄糖脱氢酶电极极测量法，它量法，它们的共同特点都是将血的共同特点都是将血样中的葡萄糖同中的葡萄糖同试纸中的中的酶进行行电化学反化学反应，它的它的测量量时间大大大大缩短，而且短，而且测量精量精度高，目前市度高，目前市场上的血糖上的血糖仪多采用此种方法多采用此种方法。第五个第五个阶段是微采血量、

9、多部位采血血糖段是微采血量、多部位采血血糖仪，此种血糖，此种血糖仪颠覆了覆了传统的的仅能手指采血的缺点，它可以在四肢，手掌等多部位能手指采血的缺点，它可以在四肢，手掌等多部位进行采血，行采血，采血量降低到了采血量降低到了0.3微升，微升，这种几乎不会感种几乎不会感觉到疼痛的血糖到疼痛的血糖仪必将在必将在未来成未来成为血糖血糖仪市市场上的主流上的主流产品。品。Logo血糖血糖仪的的发展展纵观血糖血糖仪历史的五个史的五个阶段可以段可以发现，血糖，血糖仪正朝着体正朝着体积越来越小，操作越来越越来越小，操作越来越简单，越来越方便患者，精度越来越高，采血量越越来越方便患者，精度越来越高，采血量越来越少方

10、向来越少方向发展。展。据了解美国雅培公司最新首据了解美国雅培公司最新首创了目前世界上了目前世界上最先最先进的血糖的血糖检测技技术生物生物电感感应技技术，新一代的血糖新一代的血糖仪已已经进入了多功能入了多功能时代，未代，未来的血糖来的血糖仪将不将不仅仅可以可以测量人体血糖，它量人体血糖，它还将可以将可以测量人体血量人体血酮、血、血压、尿酸等。、尿酸等。Logo血糖血糖仪发展小展小结绪论便携式血糖便携式血糖仪的分的分类一、按工作原理分一、按工作原理分类从工作原理上便携式血糖从工作原理上便携式血糖仪分分为两种，一种两种，一种是光是光电型，一种是型，一种是电极型。极型。光光电血糖血糖仪有一个光有一个光

11、电头，但探，但探测头暴露在暴露在空气里，很容易受到空气里，很容易受到污染，影响染，影响测试结果，果，使用寿命比使用寿命比较短，一般在两年之内是比短，一般在两年之内是比较准准确的，两年后需要定期做校准；确的，两年后需要定期做校准；电极型的极型的测试原理比原理比较科学，科学，电极口内藏，极口内藏，可以避免可以避免污染，并且染，并且测试的精的精读比比较高，正高，正常使用的情况下，不需要校准，寿命常使用的情况下，不需要校准，寿命长。Logo二、按二、按测糖方式分糖方式分类目前市目前市场上常上常见的血糖的血糖仪按照按照测糖技糖技术可以可以分分为电化学法化学法测试和光反射技和光反射技术测试两大两大类。前者

12、是前者是酶与葡萄糖反与葡萄糖反应产生的生的电子再运用子再运用电流流记数数设施，施，读取取电子的数量，再子的数量，再转化成葡化成葡萄糖萄糖浓度度读数。数。后者是通后者是通过酶与葡萄糖的反与葡萄糖的反应产生的中生的中间（带颜色物色物质），运用），运用检测器器检测试纸反射反射面的反射光的面的反射光的强度，将度，将这些反射光的些反射光的强度度转化成葡萄糖化成葡萄糖浓度。度。Logo三、按采血方式分三、按采血方式分类现在多数血糖在多数血糖仪都是破都是破损型的，就是需要采型的，就是需要采血来血来测定血糖定血糖值。采血型的便携式血糖。采血型的便携式血糖仪从从采血方式上有两种，一种是滴血式（也叫抹采血方式上有

13、两种，一种是滴血式（也叫抹血式），一种是吸血血式），一种是吸血试。滴血式的血糖滴血式的血糖仪一般采血量比一般采血量比较大，疼痛感大，疼痛感很很强，患者比，患者比较痛苦。痛苦。这一一类型的血糖型的血糖仪采采血量要掌握好，如果采血偏多，会影响血量要掌握好，如果采血偏多，会影响测试结果，如果采血量不果，如果采血量不够，操作失，操作失败则会浪会浪费试纸，这种血糖种血糖仪多多为光光电式的。式的。Logo绪论血糖血糖检测技技术血糖血糖检测仪自自1968年由国外研究人年由国外研究人员Tom Clemens发明至今，已明至今，已经历了了有有创、无、无创、连续动态检测的的阶段，并向段，并向检测治治疗一体化的方向

14、一体化的方向发展。展。随着血糖随着血糖检测仪性能的不断改性能的不断改进，其准确性大大提，其准确性大大提高，其中高，其中连续动态血糖血糖检测仪可以更好地指可以更好地指导临床床用用药，必将大幅提高糖尿病的治，必将大幅提高糖尿病的治疗效果。效果。血糖血糖传统检测方法是从体内抽取血液方法是从体内抽取血液进行生化分析，行生化分析，这属于有属于有创检测，不，不仅给病人病人带来痛苦，而且容易来痛苦，而且容易造成各种造成各种体液体液传染性疾病染性疾病传播。近年来出播。近年来出现的无的无创检测技技术及及连续监测技技术进行血糖行血糖浓度度检测的新技的新技术，这种方法改种方法改变了了传统检测方法的弊端，使用方方法的

15、弊端，使用方便。便。Logo血糖微血糖微创检测血糖血糖检测从有从有创到微到微创的的发展展过程，也是血程，也是血浆糖糖测定到毛定到毛细血管全血糖血管全血糖测定的定的发展，目展，目前大多使用葡萄糖生物前大多使用葡萄糖生物传感器来感器来检测血糖血糖浓度，按工作原理可分度，按工作原理可分为电化学型、化学型、压电型、型、热电型、光学型等，其中型、光学型等，其中电化学型化学型是血糖是血糖检测的主流。的主流。Logo1962年，年，Clark就提出了葡萄糖生物就提出了葡萄糖生物传感感器的原理，他器的原理，他们预示用一薄示用一薄层葡萄糖氧化葡萄糖氧化酶(GOD)覆盖在氧覆盖在氧电极表面，通极表面，通过氧氧电极

16、极检测溶液中溶解氧的消耗量可以溶液中溶解氧的消耗量可以间接接测定葡萄定葡萄糖的含量。糖的含量。1968年年Updike和和Hikcs根据此原理成功根据此原理成功地制成了第一支葡萄糖生物地制成了第一支葡萄糖生物传感器。从此以感器。从此以后，基于后，基于酶电极的极的电流型生物流型生物传感器得到了感器得到了迅速的迅速的发展。展。Logo电化化学学型型检测原理原理根据生物根据生物电化学原理化学原理设计的便携式血糖的便携式血糖仪是是采用一次性使用的葡萄糖氧化采用一次性使用的葡萄糖氧化酶印刷印刷电极极(即血糖即血糖试条条)作作为传感器，将被感器，将被测血血样滴在滴在试条上，条上，电极上的氧化极上的氧化酶促

17、使血促使血样中的葡萄中的葡萄糖与氧糖与氧发生氧化生氧化还原反原反应，相关化学反，相关化学反应式式为：葡萄糖葡萄糖+O2+H2O=葡萄糖酸葡萄糖酸+H2O2 Logo该反反应所所产生的生的电子被子被导电介介质转移移给电极，极，电极在恒定的工作极在恒定的工作电压(05V)作用下便作用下便产生生电流。流。经过一段一段时间后，后，酶电极的极的电流流值的大小与血的大小与血样中葡萄糖中葡萄糖浓度呈一定的度呈一定的线性性关系，通关系，通过检测电流流变化与葡萄糖化与葡萄糖浓度的度的这个个线性关系达到性关系达到检测血糖血糖浓度的目的度的目的。简单地地说就是就是“施加一定施加一定电压于于经酶反反应后后的血液的血液

18、产生的生的电流会随着血液中的血糖流会随着血液中的血糖浓度度的增加而增加的增加而增加。通。通过精确精确测量出量出这些微弱些微弱电流，并根据流，并根据电流流值和血糖和血糖浓度的关系，反度的关系，反算出相算出相应的的浓度。度。Logo值得注意的是：即使是某一得注意的是：即使是某一浓度的血糖在度的血糖在试条条产生的生的电流也会随着流也会随着时间的的变化而化而变化，化，一般会随着一般会随着时间的增加而增加并逐的增加而增加并逐渐趋向向稳定；而定；而对于不同的于不同的浓度的血糖来度的血糖来说，在同一，在同一个个时间点上，点上，电流也随着流也随着浓度的增加而增加。度的增加而增加。所以，在所以，在权衡衡时间和和

19、稳定性后，确定某个定性后，确定某个时间点上的点上的电流流值和血糖和血糖浓度之度之间的关系是的关系是问题的核心。的核心。Logo血糖是通血糖是通过试条上的条上的酶转换为能能导电的物的物质并在其并在其上施加一定的上施加一定的电压来来产生相生相应的的电流，然后流，然后设备检测出出这个个电流流值，再通，再通过相相应的的计算公式反算成血算公式反算成血糖糖值。电流流值与血糖与血糖浓度并非成度并非成简单的的线性关系，而是受性关系，而是受多方面因素影响的复多方面因素影响的复杂关系。关系。电流流值检测的精确与的精确与否直接影响否直接影响测量量结果，所加的用于果，所加的用于产生生电流的流的电压大小、所使用的大小、

20、所使用的试纸条及用于条及用于检测的血液量的多寡的血液量的多寡都会都会对其其产生影响，生影响，过多和多和过少的血量都会影响少的血量都会影响检测结果。因此，需要果。因此，需要在在大量的大量的实验下，才能得出比下，才能得出比较准确的关系。准确的关系。Logo血糖无血糖无创检测无无创血糖血糖检测技技术是在不是在不损伤皮肤的条件下皮肤的条件下测量出人体血液中血糖量出人体血液中血糖浓度的新方法。度的新方法。它能解除糖尿病患者它能解除糖尿病患者经常化常化验所需要的所需要的针刺刺取血的痛苦，避免病毒通取血的痛苦，避免病毒通过血液血液传染的危染的危险。同同时它能有效地提高它能有效地提高对血糖血糖监测的水平，降的

21、水平，降低患者的危低患者的危险。Logo一、采用光学方法一、采用光学方法测量血糖，量血糖，这是近年国是近年国际上上热门的研究的研究课题，目的是，目的是为糖尿病患者研糖尿病患者研制出无制出无创、方便、方便、连续实时监测血糖血糖浓度的度的便携式便携式监测仪。但到目前但到目前为止，止，还没有正式没有正式用于用于临床的无床的无创血糖血糖检测仪。Logo无无创检测分分类二、采用唾液二、采用唾液测量法量法测量血糖。量血糖。经医医务专家家们通通过大量的大量的实验研究，研究，证明血糖明血糖浓度与唾度与唾液中所含的淀粉液中所含的淀粉酶成正比，所以，可以通成正比，所以，可以通过测量人体口腔中量人体口腔中唾液含淀粉

22、唾液含淀粉酶的多寡的多寡间接地接地知道血糖的高低。知道血糖的高低。此种方法，可以避免病人因消毒不此种方法，可以避免病人因消毒不严而引起而引起的的细菌感染；另一方面，由于是无菌感染；另一方面，由于是无创探探测，无痛苦，可以无痛苦，可以让所有病人都能接受。所有病人都能接受。这种探种探测方法的成功，除了要求研究高灵敏度、高方法的成功，除了要求研究高灵敏度、高特异性的特异性的试纸外，外，还应该研究高灵敏度、和研究高灵敏度、和高高线性度的性度的检测装置。装置。Logo现有有处于于试验阶段段的便携式血糖的便携式血糖仪，它通，它通过发光二光二极管极管发出一定波出一定波长的光，照射在用唾液特殊的光，照射在用唾

23、液特殊处理的理的试纸上，再上，再经线性度和性度和稳定度很好的光敏二极管接定度很好的光敏二极管接收收试纸反射的光，然后反射的光，然后经一系列一系列处理后，送入理后，送入显示示器器显示血糖示血糖浓度的相度的相对高低。高低。此此仪器目前存在的器目前存在的问题是用唾液是用唾液检测人体血糖人体血糖浓度度的相的相对变化荃本呈化荃本呈线性，性，稳定度和灵敏度定度和灵敏度较高，操高，操作使用方便。但是从作使用方便。但是从试验数据看出数据看出结果有一定的果有一定的离离散性散性，这可能是主要由于某些元件造成的，可能是主要由于某些元件造成的，仪器要器要用于用于临床床还需要需要进一步的改一步的改进。这方面的工作仍在方

24、面的工作仍在继续。Logo血糖血糖动态监测由于生化分析法和快速血糖由于生化分析法和快速血糖仪这种有种有创或微或微创技技术不能不能连续动态检测患者的血糖而得不患者的血糖而得不到更接近真到更接近真实情况。因此，情况。因此，动态血糖血糖监测系系统(CGMS)应运而生。运而生。动态光光谱法可法可消除消除个体差异和个体差异和测量条件量条件对光光谱检测的影响。的影响。Logo有研究有研究认为，由于，由于动脉的脉脉的脉动现象，血管中象，血管中血流量呈周期性血流量呈周期性变化，血液是不透明液体，化，血液是不透明液体，光在血液中的穿透性要比在光在血液中的穿透性要比在组织穿透小几十穿透小几十倍，因此脉搏的倍，因此

25、脉搏的变化可以引起近化可以引起近红外光外光谱吸吸光度的光度的变化，所以通化，所以通过动态光光谱记录动脉充脉充盈至最大与盈至最大与动脉收脉收缩至最小至最小时的吸光度的吸光度值，可以消除个体差异和可以消除个体差异和测量条件量条件对光光谱测量的量的影响，校正模型影响，校正模型预测能力，提高光能力，提高光谱检测的的精度精度Logo优势所在所在动态血糖血糖检测系系统是由医是由医疗人人员操作，可以操作，可以监测患者患者3天的血糖天的血糖变化，使医生全面了解化，使医生全面了解患者血糖波患者血糖波动类型和走型和走势的装置。一般的的装置。一般的动态血糖血糖检测系系统包括探包括探头、信息、信息记录器、信器、信息提

26、取器和息提取器和软件系件系统。但是，目前，。但是，目前，这种血种血糖糖检测仪在技在技术上上还不成熟不成熟，仍需利用静脉，仍需利用静脉抽血式血糖抽血式血糖仪加以校正。加以校正。Logo缺点所在缺点所在便携式血糖便携式血糖仪概述概述小小结有有创技技术和无和无创技技术各有各有优劣，在一个劣，在一个较长的的阶段，段，两种技两种技术将取将取长补短，共同短，共同发展，但糖尿病的确展，但糖尿病的确诊必必须以静脉血以静脉血样分析得出的血糖分析得出的血糖值作作为标准，无准，无创和和连续动态式血糖式血糖检测仪的的准确性准确性必必须定期定期检测校校正。正。有有创或微或微创血糖血糖检测技技术发展比展比较成熟，尽管近年

27、成熟，尽管近年来无来无创和和连续动态式血糖式血糖检测技技术发展很快，但仍展很快，但仍有待有待继续研究提高。研究提高。采用无采用无线电波和微波技波和微波技术测量葡萄糖含量也在量葡萄糖含量也在进行行研究。相信随着科学技研究。相信随着科学技术的的飞速速发展，血糖展，血糖检测技技术将向快速、准确、将向快速、准确、简便方向提高。便方向提高。Logo绪论传感器感器类型型1967 年年Updik 和和Hicks 首次研制出以首次研制出以铂电极极为基体的葡萄糖氧化基体的葡萄糖氧化酶(GOD)电极，用于定量极，用于定量检测血清中的葡萄糖含量。血清中的葡萄糖含量。该方法中葡萄糖氧化方法中葡萄糖氧化酶固定固定在透析

28、膜和氧穿透膜中在透析膜和氧穿透膜中间，形成一个，形成一个“三明治三明治”的的结构，再将此构，再将此结构附着在构附着在铂电极的表面。在施加一定极的表面。在施加一定电位的条件下，通位的条件下，通过检测氧气的减少量来确定葡萄氧气的减少量来确定葡萄糖的含量。由于大气中氧气分糖的含量。由于大气中氧气分压的的变化，会化，会导致溶致溶液中溶解氧液中溶解氧浓度的度的变化，从而影响化，从而影响测定的准确性。定的准确性。采用采用过氧化氧化氢电极作极作为基基础电极，其极，其优点是葡萄糖点是葡萄糖浓度与度与产生的生的H2O2 有当量关系，不受血液中氧有当量关系，不受血液中氧浓度度变化的影响。化的影响。Logo经典葡萄

29、糖酶典葡萄糖酶电极极在葡萄糖氧化在葡萄糖氧化酶电极中引入化学介体极中引入化学介体(chemical mediator)取代取代O2PH2O2，作用是把葡萄糖氧化，作用是把葡萄糖氧化酶氧化，使之再生后氧化，使之再生后循循环使用，而使用，而电子子传递介体本身被介体本身被还原，又原，又在在电极上被氧化。利用极上被氧化。利用电子子传递介体后，既介体后，既不涉及不涉及O2也不涉及也不涉及H2O2，而是利用具有，而是利用具有较低氧化低氧化电位的位的传递介体在介体在电极上极上产生的氧生的氧化化电流，在流，在测定葡萄糖定葡萄糖时，可以避免其他，可以避免其他电活性物活性物质的干的干扰，提高了，提高了测定的灵敏度

30、和准定的灵敏度和准确性。确性。Logo介体葡萄糖酶介体葡萄糖酶电极极第三代生物第三代生物传感器就是在无媒介体存在下，感器就是在无媒介体存在下，利用利用酶与与电极极间的直接的直接电子子传递设计制作葡制作葡萄糖萄糖传感器。与感器。与经典典酶电极和介体极和介体酶电极相极相比，既不需要氧分子，也不需要化学介体分比，既不需要氧分子，也不需要化学介体分子作子作为电机受体，通常也不需要固定化机受体，通常也不需要固定化载体，体，而是将而是将酶共价共价键合到化学修合到化学修饰电极上，或将极上，或将酶固定到多孔固定到多孔电聚合物修聚合物修饰电极上，使极上，使酶氧氧化化还原活性中心与原活性中心与电极接近，直接极接近

31、，直接电子子传递就能就能够相相对容易地容易地进行，从而使行，从而使电极的响极的响应速度更快、灵敏度更高，真正速度更快、灵敏度更高，真正实现酶的的专一一和高效催化和高效催化Logo直接葡萄糖酶直接葡萄糖酶电极极血糖血糖仪的整体的整体设计总体方案体方案本系本系统的的设计，采用，采用酶电极法极法对血糖血糖进行采行采集。在葡萄糖氧化集。在葡萄糖氧化酶电极两端加极两端加0.5V的的电压，这个个电压要保持恒定，不能随葡萄糖要保持恒定，不能随葡萄糖浓度的度的变化而化而变化。化。Logo当滴入血当滴入血样之后，血液中的葡萄糖在氧化之后，血液中的葡萄糖在氧化酶的作用下与氧反的作用下与氧反应产生微生微电流信号，由

32、于此流信号，由于此信号非常小，不便于信号非常小，不便于测量，所以通量，所以通过硬件硬件电路将其路将其转换为电压信号，信号，该电压信号通信号通过放放大器大器进行放大和硬件行放大和硬件滤波波处理，再通理，再通过AD转换器将器将模模拟信号信号转换为可以被可以被CPU处理理的的数字信号数字信号，输入入单片机并片机并对其其进行行软件件滤波，波，进而而对读取的数据取的数据进行行处理、理、转换，换算成血糖含量数据，算成血糖含量数据，结果通果通过LCD显示出来示出来Logo其中，其中，滤波的目的是去除干波的目的是去除干扰信号信号(主要是来自主要是来自电源和各种因素源和各种因素产生的系生的系统噪声噪声)，使得，

33、使得测试更加精更加精确。一般来确。一般来说，血糖，血糖测量至少有如量至少有如图所示的所示的这些些过程程组成。成。Logo血糖血糖仪的整体的整体设计主要器件介主要器件介绍设计中中实现信号的有效信号的有效传输和放大采用的是和放大采用的是低功耗低功耗,低功率的运算放大器低功率的运算放大器LM324。与。与单电源源应用用场合的合的标准运算放大器相比，它准运算放大器相比，它们有一些有一些显著著优点。点。该放大器可以工作在低到放大器可以工作在低到3.0伏或者高到伏或者高到32伏的伏的电源下，静源下，静态电流流为MC1741的静的静态电流的五分之一。共模流的五分之一。共模输入范入范围包括包括负电源，因而消除

34、了在源，因而消除了在许多多应用用场合中采用外部偏置元件的必要性。合中采用外部偏置元件的必要性。LogoLM324LM324设计中采用的中采用的核心器件核心器件是是AT89C51。它具。它具有有4k 字字节FLASH闪速存速存储器，器，128字字节内部内部RAM，32个个I/O口口线，2个个16位定位定时/计数器，一个数器，一个5向量两向量两级中断中断结构，一个构，一个全双工串行通信口，片内振全双工串行通信口，片内振荡器及器及时钟电路。路。LogoAT89C51AT89C51设计中中实现模数模数转换采用的是八位逐次逼近采用的是八位逐次逼近式式A/D转换器器ADC0808。它是一种。它是一种单片片

35、CMOS器件，包括器件，包括8位的模位的模/数数转换器、器、8通道多路通道多路转换器和与微器和与微处理器兼容的控制理器兼容的控制逻辑8通道多路通道多路转换器，能直接器，能直接连通通8个个单端端模模拟信号中任何一个。信号中任何一个。LogoADC0808ADC0808设计中系中系统的的输出模出模块采用的是液晶采用的是液晶显示器示器LM016L，它具有可以直接，它具有可以直接显示示图形、体形、体积小、重量小、重量轻、功耗低等特点，适用于便携、功耗低等特点，适用于便携式式仪器的器的设计。LogoLM016LLM016L系系统硬件硬件电路路设计信号前置通道信号前置通道设计所所谓微弱信号微弱信号(本本设

36、计中弱中弱电流范流范围020A)，不光指信号本身的幅，不光指信号本身的幅值很小，很小，更更强调信号被噪声所淹没。信号被噪声所淹没。血液与血糖血液与血糖酶反反应产生的生的电流流是是极其微弱极其微弱的，的，通常通常为几微安到几十微安。由于几微安到几十微安。由于MCU上上A/D转换的是的是电压信号，而我信号，而我们所要确定所要确定的是的是电流信号。因此在流信号。因此在放大放大电流信号流信号的同的同时，还需要将它需要将它转换为等效的等效的电压信号。信号。另外，另外，为了了节电以及配合以及配合实际的的试条的要求，条的要求，血糖血糖仪需要需要对检测电极加极加电与否与否进行控制。行控制。Logo弱弱电流信流

37、信号号的的检测设计AT89C51介介绍采用的采用的是是单片机芯片是片机芯片是AT89C51。AT89C51是一种是一种带4K字字节闪烁可可编程可程可擦除只擦除只读存存储器（器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低）的低电压，高性能，高性能CMOS8位微位微处理器，俗称理器，俗称单片机片机。Logo以以单片机片机AT89C51AT89C51为例例的控制的控制电路路设计Logo单片机基本系片机基本系统即即单片机正常工作不可缺少片机正常工作不可缺少的部分，的部分，进行行设计都要在此系都要在此系统基基础上上进行。行。它包括它

38、包括振振荡电路路，复位复位电路路和和电源源。Logo关关于于单片机最小片机最小应用系用系统TAL1，XTAL2为外接晶振的两个引脚。外接晶振的两个引脚。接入晶振接入晶振时，还要接人两个瓷片要接人两个瓷片电容容C1，C2，晶振，晶振频率率12 MHz。Logo外接晶振外接晶振上上电复位正常后，复位正常后，PC值才才为0000H，即指向，即指向R0M 的的0000H单元。此外，元。此外，专用寄存器用寄存器SFR中中的的SP为O7H，即指向片内数据存，即指向片内数据存储器器(片内片内RAM)07H单元，元，P0P3值为0FFH，其余的，其余的专用寄存器用寄存器值大多大多为00H。复位复位电路有开机自

39、路有开机自动复位和手复位和手动复位。复位。Logo复复位位与复与复位位电路路ADC0808介介绍ADC0808是采是采样分辨率分辨率为8位的、以逐次位的、以逐次逼近原理逼近原理进行模行模/数数转换的器件。其内部有的器件。其内部有一个一个8通道多路开关，它可以根据地址通道多路开关，它可以根据地址码锁存存译码后的信号，只后的信号，只选通通8路模路模拟输入信号入信号中的一个中的一个进行行A/D转换。Logo LCD液晶液晶显示示简介介Logo一、引脚功能一、引脚功能说明明LCD采用采用标准的准的14脚（无背光）或脚（无背光）或16脚（脚（带背光）接口，各引脚接口背光）接口，各引脚接口说明明如下如下:

40、第第1脚：脚：VSS为地地电源。源。第第2脚：脚：VDD接接5V正正电源。源。第第3脚：脚：VL为液晶液晶显示器示器对比度比度调整端，接正整端，接正电源源时对比度最弱，接地比度最弱，接地时对比度最高，比度最高，对比度比度过高高时会会产生生“鬼影鬼影”，使用，使用时可以通可以通过一个一个10K的的电位器位器调整整对比度。比度。第第4脚：脚：RS为寄存器寄存器选择，高，高电平平时选择数据寄存器、低数据寄存器、低电平平时选择指令寄指令寄存器。存器。第第5脚：脚：R/W为读写信号写信号线，高，高电平平时进行行读操作，低操作，低电平平时进行写操作。行写操作。当当RS和和R/W共同共同为低低电平平时可以写

41、入指令或者可以写入指令或者显示地址，当示地址，当RS为低低电平平R/W为高高电平平时可以可以读忙信号，当忙信号，当RS为高高电平平R/W为低低电平平时可以写入数可以写入数据。据。第第6脚：脚：E端端为使能端，当使能端，当E端由高端由高电平跳平跳变成低成低电平平时，液晶模，液晶模块执行命令。行命令。第第714脚：脚：D0D7为8位双向数据位双向数据线。第第15脚：背光源正极。脚：背光源正极。第第16脚：背光源脚：背光源负极。极。Logo二、液晶二、液晶显示器的示器的显示原理示原理:点点阵图形式液晶由形式液晶由MN个个显示示单元元组成，假成，假设LCD显示屏有示屏有64行，每行有行，每行有128列

42、，每列，每8列列对应1字字节的的8位，即每行由位，即每行由16字字节，共，共168=128个点个点组成，屏上成，屏上6416个个显示示单元与元与显示示RAM区区1024字字节相相对应，每一字，每一字节的内容和的内容和显示示屏上相屏上相应位置的亮暗位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由。例如屏的第一行的亮暗由RAM区区的的000H00FH的的16字字节的内容决定，当的内容决定，当（000H）=FFH时，则屏幕的左上角屏幕的左上角显示一条短亮示一条短亮线，长度度为8个点；当（个点；当（3FFH）=FFH时，则屏幕的右下角屏幕的右下角显示一示一条短亮条短亮线；当（；当（000H）=FFH，（，（00

43、1H）=00H，（002H）=00H，（00EH）=00H，（00FH）=00H时，则在屏幕的在屏幕的顶部部显示一条由示一条由8段亮段亮线和和8条暗条暗线组成的虚成的虚线。这就是就是LCD显示的基本原理。示的基本原理。Logo软件件总体体设计软件部分是根据硬件件部分是根据硬件电路的功能模路的功能模块而而实现的，的，设计了主程序和几个子程序模了主程序和几个子程序模块。测试流程主要由采流程主要由采样、清屏、写代、清屏、写代码、写地址、写地址、写数据、写数据、读数据、数据、满屏屏显示、数据示、数据显示、延示、延时、数据存、数据存储等等过程程组成，整个系成，整个系统程序都程序都是采用是采用结构化方式构

44、化方式进行行设计的。的。血糖血糖仪的相关子程序包括：的相关子程序包括：AD转换子程子程序、血糖序、血糖值显示子程序、液晶示子程序、液晶显示子程序等。示子程序等。这种通种通过软件方法来件方法来优化系化系统的的设计思想不思想不仅简化了化了仪器硬件器硬件结构，而且降低了构，而且降低了仪器功器功耗、成本和体耗、成本和体积。LogoLogoLogo软件件设计血糖血糖值显示及示及报警程序警程序设计血糖血糖仪的的调试与仿真与仿真问题及解决及解决办法法在硬件在硬件设计和和调试过程中，有些器件的程中，有些器件的选择很盲目，例如最初在很盲目，例如最初在选择电阻阻时由于由于PROTEUS中中电阻阻类型很多，随意的型

45、很多，随意的选择并并不能不能实现所要达到的功能所要达到的功能,还由于没有考由于没有考虑到芯片的特性到芯片的特性,引脚布局和引脚布局和实际不符，模不符，模块的搭配不理想等，以至于在仿真的的搭配不理想等，以至于在仿真的过程中程中总是提示是提示错误不能运行，通不能运行，通过寻找合适的器件找合适的器件解决解决了了出出现的的问题。LogoPCB板制作板制作一去耦。每个功能型的重要部件的一去耦。每个功能型的重要部件的电源接源接入端跨接一个入端跨接一个100 F 的的电解解电容；每个集容；每个集成成电路芯片旁路芯片旁边放置一个放置一个0.01 pF 的的钽电容作容作为去耦去耦电容。容。ROM、RAM 存存储

46、器件器件的的电源源线和地和地线之之间直接接入去直接接入去祸电容。每容。每10片左右的集成片左右的集成电路要加一片充放路要加一片充放电电容容(钽电容容)，或称，或称为蓄放蓄放电容，可以有效地容，可以有效地抑制高抑制高频噪声。以上的元件引脚尽量短，去噪声。以上的元件引脚尽量短，去耦耦电容引脚尽量短。容引脚尽量短。Logo二正确接地。二正确接地。设想想的的电路是数字模路是数字模拟混合混合的的电路，存在着各种路，存在着各种“地地”。有生物。有生物电信号地、信号地、模模拟地、数字地、机壳地地、数字地、机壳地(屏蔽地屏蔽地)。模。模拟地部分采用串地部分采用串连并并联综合一点接地，数字地合一点接地，数字地采

47、用多点接地。数字地和模采用多点接地。数字地和模拟地在一点相接。地在一点相接。不同性不同性质的接地的接地线：低：低电平的模平的模拟地、数字地、数字地以及大功率地以及大功率驱动电路的地分开，在路的地分开，在电源接源接入入处一点相一点相连。Logo三正确三正确选用元件，主要是用元件，主要是选择了抗干了抗干扰能能力力强的和精度高的器件，采用能增的和精度高的器件，采用能增强抗干抗干扰能力的能力的电路和措施。路和措施。四加四加宽电源、地源、地线宽度。地度。地线比比电源源线宽，它它们的关系是：地的关系是：地线电源源线信号信号线，通，通常信号常信号线宽为：0.2 0.3 mm，最，最细宽度可达度可达 0.05

48、0.07 mm，电源源线为1.22.5 mm。对数字数字电路的路的PCB 可用可用宽的地的地导线组成一个回路，即构成一个地网成一个回路，即构成一个地网来使用。来使用。Logo五五时钟产生器尽量靠近到用生器尽量靠近到用该时钟的器件。的器件。石英晶体振石英晶体振荡器外壳要接，器外壳要接，时钟线尽量短。尽量短。时钟下使用大面下使用大面积覆覆铜。石英晶体下面以及。石英晶体下面以及对噪声敏感的器件下面不要走噪声敏感的器件下面不要走线。六用大面六用大面积铜层作地作地线用，在印制板上把用，在印制板上把没被用上的地方都与地相没被用上的地方都与地相连接作接作为地地线用。用。Logo七尽量七尽量缩短信号引短信号引

49、线的的长度，并尽量加粗度，并尽量加粗信号引信号引线的的长度，以减小信号的衰减。度，以减小信号的衰减。无无用端要接高，或接地，或定用端要接高，或接地，或定义成成输出端，集出端，集成成电路上路上该接接电源地的端都要接，不要源地的端都要接，不要悬空。空。以减少外界干以减少外界干扰和噪声和噪声对芯片的影响。芯片的影响。八印制板尽量使用八印制板尽量使用45折折线而不用而不用90折折线布布线以减小高以减小高频信号信号对外的外的发射与耦合。射与耦合。九印制板按九印制板按频率和率和电流开关特性分区，噪流开关特性分区，噪声元件与非噪声元件要距离再声元件与非噪声元件要距离再远些。弱信号些。弱信号电路，低路，低频电

50、路周路周围不要形成不要形成电流流环路。任路。任何信号都不要形成何信号都不要形成环路，如不可避免，路，如不可避免，让环路区尽量小。路区尽量小。Logo造型造型设计方案方案LogoLogoLogo设计中除了基本的中除了基本的测量血糖量血糖浓度的功能外，度的功能外，系系统还增加了增加了报警系警系统，使用，使用户不不仅可以定可以定时测量，而且量，而且还可以及可以及时的了解病情，采取的了解病情，采取相相应措施。措施。综上所述，上所述，设计的的仪器具有以下特点：携器具有以下特点：携带、使用方便：采用使用方便：采用酶电极法原理极法原理简化了血糖化了血糖检测的繁的繁琐程序；程序；报警系警系统的加入使得用的加入