毛坤劍，許新建，李達義，尤若寧，謝少玲

中國人民解放軍第174醫(yī)院廈門大學附屬成功醫(yī)院 醫(yī)學工程科，福建 廈門 361003

一種基于Wi-Fi傳輸?shù)男滦脱莾x的電路設計

毛坤劍，許新建，李達義，尤若寧，謝少玲

中國人民解放軍第174醫(yī)院廈門大學附屬成功醫(yī)院 醫(yī)學工程科，福建 廈門 361003

目的設計一種基于Wi-Fi新型血糖儀的電路。方法采用STP-30的血糖試紙采集患者微量指尖全血，以電化學方法實現(xiàn)血糖濃度的檢測。本系統(tǒng)以HT45F67為主控芯片，電路部分包括Wi-Fi傳輸電路、語音提示電路、血糖濃度檢測電路、環(huán)境溫度檢測電路、LCD顯示電路、按鍵電路等。結果經過臨床測試，本次設計的電路能夠實現(xiàn)新型血糖儀的濃度檢測，并可實現(xiàn)Wi-Fi傳輸和語音提示等功能。結論本次設計的電路非常適合新型血糖儀的運用。

電化學方法；血糖儀；Wi-Fi傳輸；糖尿?。谎潜O(jiān)測

引言

血糖監(jiān)測對糖尿病患者了解病情、指導治療、判定療效等起到重要作用[1]。實時監(jiān)測血糖能夠更好的了解糖尿病患者的血糖變化，對其生活規(guī)律和合理用藥都具有重要的指導意義[2]?，F(xiàn)階段我國糖尿病患者大多為老年人，其有些部分視力不好或者聽力不好，對血糖數(shù)據理解程度有限，而現(xiàn)有的血糖儀大部分都不具備Wi-Fi傳輸和語音提示功能，無法讓糖尿病患者完全自主使用或者讓監(jiān)護人及時了解情況[3-4]。

基于上述情況，設計一種基于Wi-Fi新型血糖儀的電路，實現(xiàn)Wi-Fi傳輸和語音提示功能。本系統(tǒng)采用HT45F67為主控芯片，以STP-30的血糖試紙采集患者微量指尖全血，通過血氧濃度監(jiān)測電路監(jiān)測血氧，一方面將監(jiān)測數(shù)據顯示在LCD上，另一方面通過Wi-Fi模塊發(fā)送到用戶的APP軟件上[5]。本系統(tǒng)采用兩節(jié)7號電池供電，工作電壓范圍為2.4～5.5 V，內建LVD功能來監(jiān)測電池電壓；通過按鍵掃描方式設置系統(tǒng)是否自動休眠喚醒，實現(xiàn)超低功耗；通過環(huán)境監(jiān)測電路，提高測量精度；通過LCD顯示電路提示醫(yī)務人員電池電量使用情況、是否可以測量等。本系統(tǒng)只有兩個機械按鍵，分別為開關機按鍵和設定按鍵，當按下開關機按鍵，系統(tǒng)被喚醒，測量時間只要5 s左右，操作簡單，便于患者的快速檢測[6]。

1 設計路線和實現(xiàn)

1.1 工作原理

本系統(tǒng)采用的血糖試紙為STP-30，其采用葡萄糖氧化酶，激勵電壓為300 mV，血糖試紙接入到血糖儀，被測血樣以吸虹方式吸入到血糖反應區(qū)，給試紙血糖濃度的檢測電極施加固定激勵電壓，反應區(qū)內的葡萄糖氧化酶與血樣中的葡萄糖發(fā)生氧化還原反應并進行電子傳遞[7]。經過快速的生化反應后，在激勵電壓作用下，試紙酶電極產生定向的反應電流，與被測血樣中的葡萄糖濃度大致呈線性關系，主芯片通過檢測電流的大小，計算出準確的血糖濃度并在LCD上顯示出來[8]。

1.2 硬件設計

本系統(tǒng)采用的主芯片為HT45F67，其電路部分包括主控制電路、電源電路、按鍵電路、血糖濃度檢測電路、報警電路、環(huán)境溫度檢測電路、LCD驅動電路、語音提示電路、Wi-Fi傳輸電路等，其系統(tǒng)框圖，見圖1。

圖1 控制電路系統(tǒng)框圖

1.2.1 電源控制電路

本系統(tǒng)采用兩節(jié)7號電池供電，為降低功耗，分兩路供電：一路供主控制電路，另一路單獨供Wi-Fi輸出電路，當沒有采用Wi-Fi傳輸數(shù)據時，可以關掉Wi-Fi模塊，以降低功耗[9]。其電路圖，見圖2。

圖2 電源控制電路

從圖2可知，電池電壓經過穩(wěn)壓芯片HT7533-1后，又經過電容C1、C2輸出3.3 V給主控制電路供電，另一路經過穩(wěn)壓芯片TPS62046給Wi-Fi模塊供電。當電池電壓低于2.7 V時，可通過充電電路充電。

1.2.2 血糖濃度檢測電路

血糖試紙接口電路圖，見圖3。血糖試紙檢測電路，見圖4。血糖試紙的血樣與血糖反應區(qū)的活性酶反應時，主芯片給血糖檢測電極兩端提供300 mV激勵電壓后，會有定向電流流過血糖檢測電極。從圖3中可知，Strip_ Glucose_Test表示血糖濃度電極信號，經主芯片內部的OP1放大后給12位模數(shù)轉換器轉換為數(shù)字信號，并進行運算及穩(wěn)定補償計算出血糖濃度[10]。

圖3 血糖試紙接口電路

圖4 血糖試紙檢測電路

1.2.3 語音提示電路

主芯片發(fā)出音頻信號到驅動芯片WTH040的TG1端進而驅動揚聲器。為了降低功耗，當不使用語音功能時，主芯片輸出低電平到開關管AO3401，斷開電源輸入，其電路圖，見圖5。

圖5 語音提示電路

1.2.4 無線Wi-Fi傳輸電路

本系統(tǒng)為血糖儀配備無線Wi-Fi傳輸功能，用戶可以在測血糖時根據自身意愿選擇是否開啟Wi-Fi傳輸功能，這樣設計可以降低系統(tǒng)功耗。

本系統(tǒng)采用的Wi-Fi模塊為金訊的T82，其供電電壓為3 V，工作頻段IEEE802.11b/g/n2.4 G，發(fā)射速率最快可達54 Mbps，可實現(xiàn)同步顯示在APP軟件上；尺寸大小僅為24.8 mm×14.3 mm，非常適合血糖儀集成的電路設計。

系統(tǒng)主控制芯片通過PC0、PC4端口傳輸數(shù)據到T82的CH_PD、UTXD端口上。主芯片的PC3端口連接T82的重置端，當傳輸錯誤時，可以通過外部復位引腳使系統(tǒng)進入復位狀態(tài)，當RESET引進為低電平時使系統(tǒng)復位，在RESET電平拉低之后自動釋放，系統(tǒng)將會自動啟動，其電路圖，見圖6。

圖6 Wi-Fi傳輸電路

1.2.5 其他電路

血糖試紙的反應酶受溫度影像較大，在不同的溫度下反應酶的活性不同，因而環(huán)境溫度會影像血糖檢測結果的準確性，所以在測量過程中必須檢測環(huán)境溫度，進行溫度補償[11]，其電路圖，見圖7。

圖7 環(huán)境溫度檢測電路

LCD顯示模塊采用歐姆龍的HEA-230，工作電壓為3 V，其通過主芯片的內建的LCD驅動模塊來驅動，其電路圖，見圖8。

圖8 LCD驅動電路

2 功能參數(shù)設計與臨床應用

本系統(tǒng)設計的電路能夠滿足新型血糖儀的運用，操作簡單，功能齊全，其參數(shù)，見表1。

通過本電路設計的新型血糖儀可以通過手動調碼方式選擇歐姆龍STP-30血糖試紙，選擇范圍為1～200，可以記錄512組血糖測量數(shù)據以及一個月的平均值。整機可以根據患者的要求自動開啟語音提示和Wi-Fi傳輸功能，滿足患者的特殊要求[12-13]。

表1 醫(yī)用紅外測溫儀參數(shù)圖

本系統(tǒng)在測試過程中，經過醫(yī)院倫理委員會批準同意，告知患者測試過程，測試血糖范圍在1.1～33.3 mmol/L，重復性不超過0.2 mmol/L 。本系統(tǒng)設計的血糖儀電路測量精度還會受環(huán)境溫度的影響，需進一步軟件設計進行補償；當患者同時開啟語音提示和Wi-Fi傳輸功能，功耗還是有點高，需進一步改進。

3 討論

本系統(tǒng)針對目前大部分血糖儀沒有語音提示和Wi-Fi傳輸?shù)墓δ?，導致一些患者沒有完全自主使用或者讓其監(jiān)護人實時了解血糖狀況，設計一種新型血糖儀電路，經血漿校正法和環(huán)境溫度補償，大大提高其精度和穩(wěn)定性，臨床重復性比較高。對于一些無法看懂血糖監(jiān)測值和血糖波動曲線的患者，其可以通過Wi-Fi系統(tǒng)將監(jiān)測信息通過網絡發(fā)給監(jiān)護人，讓監(jiān)護人及時了解其血糖波動狀況，更及時的提供治療方案等，對于一些視力不佳的患者，還具備語音功能。整個系統(tǒng)低功耗、使用方便、穩(wěn)定性高、便于攜帶、各項參數(shù)優(yōu)越，便于老年人患者的血糖檢測[14-16]。

[1] 孟娟,劉龍強.兩種方法測血糖結果比較[J].中國社區(qū)醫(yī)師:醫(yī)學專業(yè),2012,14(20):258.

[2] 馮媛,張俊茹,劉芳.新式血糖測試針的臨床應用[J].護理研究,2009,23(29):2667.

[3] 曾維蘭.手掌采血與手指采血在快速血糖測試中的應用[J].臨床合理用藥雜志,2012,5(12):100.

[4] 蘭蘭,余勤慧,吳浩.淺析血液標本放置時間對血糖檢測結果的影響[J].中國保健營養(yǎng)(下旬刊),2012,22(12):5508.

[5] 席建軍,賈海玉,張勇,等.老年人餐后高血糖和頸動脈粥樣硬化的關系[J].中國醫(yī)藥,2016,11(4):540-543.

[6] 李本富.基于智能手機的血糖檢測系統(tǒng)[J].計算機系統(tǒng)應用,2012,21(8):140-143.

[7] 姜利英,謝小品,陳青華,等.基于TI低功耗MSP430的便攜式血糖儀設計[J].鄭州輕工業(yè)學院學報自然科學版,2010,25(1):53-56.

[8] 郭要強.基于MC9S08LL36便攜式血糖儀設計[J].電子世界,2011,(8):14-16.

[9] 潘曉東,沈雄文.便攜式血糖儀的質量控制研究[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2013,34(11):82-84.

[10] 賀銀增,肖宏輝,常凌乾,等.一種低功耗無創(chuàng)血糖儀設計與性能測試[J].傳感技術學報,2010,23(7):903-908.

[11] 良介.自我血糖檢測的重要性和必要性[J].實用糖尿病雜志,2005,1(4):64.

[12] 高雙英.基層醫(yī)院POCT的應用及質量控制[J].中國社區(qū)醫(yī)師,2016,32(2):126-127.

[13] 馮永志.便攜式血糖檢測儀使用中的注意事項[J].中國社區(qū)醫(yī)師,2016,32(7):134.

[14] 伍育寧,戚瑞.便攜式血糖儀使用現(xiàn)狀調查[J].山西醫(yī)藥雜志, 2016,45(5):521-523.

[15] 謝菊芬.快速血糖儀臨床應用的護理體會[J].糖尿病新世界,2016,19(5):155-156.

[16] 羅建設.廣西宜州地區(qū)老年人糖尿病患者自我血糖監(jiān)測情況[J].內科,2016,11(4):640-641.

本文編輯 袁雋玲

Design of a Circuit for the Blood Glucose Meter Transmitted by Wi-Fi

MAO Kun-jian, XU Xin-jian, LI Da-yi, YOU Ruo-ning, XIE Shao-ling
Department Medical Engineering, Chenggong Hospital Affiliated to Xiamen University, the 174 Hospital of PLA, Xiamen Fujian 361003, China

ObjectiveThis research aimed to design of a circuit for the blood glucose meter transmitted by Wi-Fi.MethodsThe blood glucose level of the patients was collected by STP-30’s blood glucose test paper, and the blood glucose concentration was detected by electrochemical method. The system is mainly controlled by HT45F67 chip, the circuit part includes Wi-Fi transmission circuit, voice prompt circuit, blood glucose concentration detection circuit, ambient temperature detection circuit, LCD display circuit, key circuit, and so on.ResultsAfter clinical testing, the design of the circuit could achieve the concentration detection for new blood glucose meter. Meanwhile, it could achieve Wi-Fi transmission, voice prompts and other functions.ConclusionThe design of the circuit is very suitable for the use of the new blood glucose meter.

electrochemical method; blood glucose meter; Wi-Fi transmission; diabetes mellitus; blood glucose monitoring

TH776

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.04.025

1674-1633(2017)04-0094-03

016-06-07

2016-07-12

作者郵箱：herehere2012@163.com