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：

　　

　　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：

　　

　　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：

　　

　　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：

　　

　　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。