一种基于Wi-Fi传输的新型血糖仪的电路设计
毛坤剑，许新建，李达义，尤若宁，谢少玲
中国人民解放军第174医院厦门大学附属成功医院 医学工程科，福建 厦门 361003
[摘 要]目的设计一种基于Wi-Fi新型血糖仪的电路。方法采用STP-30的血糖试纸采集患者微量指尖全血，以电化学方法实现血糖浓度的检测。本系统以HT45F67为主控芯片，电路部分包括Wi-Fi传输电路、语音提示电路、血糖浓度检测电路、环境温度检测电路、LCD显示电路、按键电路等。结果经过临床测试，本次设计的电路能够实现新型血糖仪的浓度检测，并可实现Wi-Fi传输和语音提示等功能。结论本次设计的电路非常适合新型血糖仪的运用。
[关键词]电化学方法；血糖仪；Wi-Fi传输；糖尿病；血糖监测
引言
血糖监测对糖尿病患者了解病情、指导治疗、判定疗效等起到重要作用[1]。实时监测血糖能够更好的了解糖尿病患者的血糖变化，对其生活规律和合理用药都具有重要的指导意义[2]。现阶段我国糖尿病患者大多为老年人，其有些部分视力不好或者听力不好，对血糖数据理解程度有限，而现有的血糖仪大部分都不具备Wi-Fi传输和语音提示功能，无法让糖尿病患者完全自主使用或者让监护人及时了解情况[3-4]。
基于上述情况，设计一种基于Wi-Fi新型血糖仪的电路，实现Wi-Fi传输和语音提示功能。本系统采用HT45F67为主控芯片，以STP-30的血糖试纸采集患者微量指尖全血，通过血氧浓度监测电路监测血氧，一方面将监测数据显示在LCD上，另一方面通过Wi-Fi模块发送到用户的APP软件上[5]。本系统采用两节7号电池供电，工作电压范围为2.4～5.5 V，内建LVD功能来监测电池电压；通过按键扫描方式设置系统是否自动休眠唤醒，实现超低功耗；通过环境监测电路，提高测量精度；通过LCD显示电路提示医务人员电池电量使用情況、是否可以測量等。本系统只有两个机械按键，分别为开关机按键和设定按键，当按下开关机按键，系统被唤醒，测量时间只要5 s左右，操作简单，便于患者的快速检测[6]。
1 设计路线和实现
1.1 工作原理
本系统采用的血糖试纸为STP-30，其采用葡萄糖氧化酶，激励电压为300 mV，血糖试纸接入到血糖仪，被测血样以吸虹方式吸入到血糖反应区，给试纸血糖浓度的检测电极施加固定激励电压，反应区内的葡萄糖氧化酶与血样中的葡萄糖发生氧化还原反应并进行电子传递[7]。经过快速的生化反应后，在激励电压作用下，试纸酶电极产生定向的反应电流，与被测血样中的葡萄糖浓度大致呈线性关系，主芯片通过检测电流的大小，计算出准确的血糖浓度并在LCD上显示出来[8]。
1.2 硬件设计
本系统采用的主芯片为HT45F67，其电路部分包括主控制电路、电源电路、按键电路、血糖浓度检测电路、报警电路、环境温度检测电路、LCD驱动电路、语音提示电路、Wi-Fi传输电路等，其系统框图，见图1。
图1 控制电路系统框图
1.2.1 电源控制电路
本系统采用两节7号电池供电，为降低功耗，分两路供电：一路供主控制电路，另一路单独供Wi-Fi输出电路，当没有采用Wi-Fi传输数据时，可以关掉Wi-Fi模块，以降低功耗[9]。其电路图，见图2。
图2 电源控制电路
从图2可知，电池电压经过稳压芯片HT7533-1后，又经过电容C1、C2输出3.3 V给主控制电路供电，另一路经过稳压芯片TPS62046给Wi-Fi模块供电。当电池电压低于2.7 V时，可通过充电电路充电。
1.2.2 血糖浓度检测电路
血糖试纸接口电路图，见图3。血糖试纸检测电路，见图4。血糖试纸的血样与血糖反应区的活性酶反应时，主芯片给血糖检测电极两端提供300 mV激励电压后，会有定向电流流过血糖检测电极。从图3中可知，Strip_ Glucose_Test表示血糖浓度电极信号，经主芯片内部的OP1放大后给12位模数转换器转换为数字信号，并进行运算及稳定补偿计算出血糖浓度[10]。
图3 血糖试纸接口电路
图4 血糖试纸检测电路
1.2.3 语音提示电路
主芯片发出音频信号到驱动芯片WTH040的TG1端进而驱动扬声器。为了降低功耗，当不使用语音功能时，主芯片输出低电平到开关管AO3401，断开电源输入，其电路图，见图5。
图5 语音提示电路
1.2.4 无线Wi-Fi传输电路
本系统为血糖仪配备无线Wi-Fi传输功能，用户可以在测血糖时根据自身意愿选择是否开启Wi-Fi传输功能，这样设计可以降低系统功耗。
本系统采用的Wi-Fi模块为金讯的T82，其供电电压为3 V，工作频段IEEE802.11b/g/n2.4 G，发射速率最快可达54 Mbps，可实现同步显示在APP软件上；尺寸大小仅为24.8 mm×14.3 mm，非常适合血糖仪集成的电路设计。
系统主控制芯片通过PC0、PC4端口传输数据到T82的CH_PD、UTXD端口上。主芯片的PC3端口连接T82的重置端，当传输错误时，可以通过外部复位引脚使系统进入复位状态，当RESET引进为低电平时使系统复位，在RESET电平拉低之后自动释放，系统将会自动启动，其电路图，见图6。
图6 Wi-Fi传输电路
1.2.5 其他电路
血糖试纸的反应酶受温度影像较大，在不同的温度下反应酶的活性不同，因而环境温度会影像血糖检测结果的准确性，所以在测量过程中必须检测环境温度，进行温度补偿[11]，其电路图，见图7。
图7 环境温度检测电路
LCD显示模块采用欧姆龙的HEA-230，工作电压为3 V，其通过主芯片的内建的LCD驱动模块来驱动，其电路图，见图8。
图8 LCD驱动电路
2 功能参数设计与临床应用
本系统设计的电路能够满足新型血糖仪的运用，操作简单，功能齐全，其参数，见表1。
通过本电路设计的新型血糖仪可以通过手动调码方式选择欧姆龙STP-30血糖试纸，选择范围为1～200，可以记录512组血糖测量数据以及一个月的平均值。整机可以根据患者的要求自动开启语音提示和Wi-Fi传输功能，满足患者的特殊要求[12-13]。
表1 医用红外测温仪参数图
本系统在测试过程中，经过医院伦理委员会批准同意，告知患者测试过程，测试血糖范围在1.1～33.3 mmol/L，重复性不超过0.2 mmol/L 。本系统设计的血糖仪电路测量精度还会受环境温度的影响，需进一步软件设计进行补偿；当患者同时开启语音提示和Wi-Fi传输功能，功耗还是有点高，需进一步改进。
3 讨论
本系统针对目前大部分血糖仪没有语音提示和Wi-Fi传输的功能，导致一些患者没有完全自主使用或者让其监护人实时了解血糖状况，设计一种新型血糖仪电路，经血浆校正法和环境温度补偿，大大提高其精度和稳定性，临床重复性比较高。对于一些无法看懂血糖监测值和血糖波动曲线的患者，其可以通过Wi-Fi系统将监测信息通过网络发给监护人，让监护人及时了解其血糖波动状况，更及时的提供治疗方案等，对于一些视力不佳的患者，还具备语音功能。整个系统低功耗、使用方便、稳定性高、便于携带、各项参数优越，便于老年人患者的血糖检测[14-16]。
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本文编辑 袁隽玲
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
Abstract：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.
Key words：electrochemical method; blood glucose meter; Wi-Fi transmission; diabetes mellitus; blood glucose monitoring
[中图分类号]TH776
[文献标识码]B
doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2017.04.025
[文章编号]1674-1633(2017)04-0094-03
修回日期：016-06-07
修回日期：2016-07-12
作者邮箱：herehere2012@163.com