深度剖析“怡成”5D-1型血糖仪~~

okhxyyo

深度剖析“怡成”5D-1型血糖仪~~ [复制链接]

 

前不久我拆解了特价购入的怡成5D-1型血糖仪：https://bbs.eeworld.com.cn/thread-467912-1-1.html，大家看的尽兴么？昨天@exiao又放上来了此款血糖仪的程序源码：https://bbs.eeworld.com.cn/thread-469469-1-1.html，哈哈，配成套啦~不过，有了拆解的板子，有了原理图，有了源码，还不够，咱打算再趁热打铁对怡成5D-1型血糖仪来次深度的剖析，争取大家都学会怎么去做一个简易的血糖仪？

血糖微创检测的原理

目前血糖检测主要是利用葡萄糖生物传感器进行浓度测量的，根据工作的原理又可以分成：电化学型，热电型，压电型，光学型等等。其中电化学型因为他的原理简单，成本低等方面的原因成为了现在血糖检测的主流。咱们今天要分析的这款怡成5D-1型血糖仪也正是基于这种原理设计的。在了解便携式血糖仪如何进行血糖测量之前我们要先来讲讲这个葡萄糖生物传感器的出现：1962年Clark提出了葡萄糖生物传感器的概念，他认为如果将一薄层的葡萄糖氧化酶（GOD）氧电极表面，通过氧电极检测溶液中溶解氧的消耗量可以间接的测定葡萄糖的含量。1968年Updike和Hicks利用这种原理成功的做出了第一只葡萄糖传感器。如图1所示为一个葡萄糖生物传感器的样子

基于电化学检测的便携式血糖仪是采用一次性使用的葡萄糖氧化酶印刷电极（即血糖试纸）作为葡萄糖生物传感器，将被测血液样本滴在试纸上，电极上的氧化酶会促使血样中的葡萄糖跟氧进行反应。反应公式为：葡萄糖+氧气+水——>葡萄糖酸+过氧化氢 （1） 。 该反应产生的电子被导电介质转移给电极，电极在恒定的工作电压下便产生了电流，经过一段时间后，酶电极的电流值大小跟葡萄糖浓度呈线性关系。通过检测电流电话与葡萄糖浓度之间的关系进行比较从而达到检测血糖浓度的目的。

需要注意一下的是，这种线性关系不是理想的线性，会受到所加电压大小，所选用的试纸，采血量等等因素的印象，所以具体的电流与葡萄糖浓度关系的曲线需要进行大量的试验测量。

“怡成”5D-1血糖仪采用的方案

前面我们简单的介绍了电化学方法检测血糖浓度的原理。下面我们在详细的分析下怡成5D-1血糖仪具体采用的方案。怡成5D-1血糖仪系统可以分成血糖检测电路，电源电路，显示电路，MCU主控电路几个模块组成。下面我们来介绍一下怡成血糖仪设计中主要的技术

1.血糖检测电路
如图所示，U2是一个双运放芯片，其中1,2,3脚跟R1，R2组成2倍放大，把MCU输出的电压放大后用来供给R5跟RT组成的温度测量电路进行供电。同时输入到MCU作为ADC/DAC的参考电压。U2的5,6,7脚与R4，C4组成电流检测电路，是一个电压跟随器。运放的5脚接收来自MCU的DAC输出的标准测量电压，通过测量6，7脚间的电压差除以R4的阻值就得出了流过印刷电极CZ1的电流值。模拟开关U1受MCU信号R7_1控制，可以决定施加给印刷电极电压的时间。

2.电源电路
系统采用两个AG13纽扣电池供电，通过三极管T1控制电源，用R3_2信号接入MCU，这样在设备睡眠时，通过MCU控制所有外设断电，以使待机功耗最低。

3.温度补偿电路

大家在血糖检测电路分析的时候就可以看到1,2,3脚把MCU输出的电压放大供给NTC温度检测电路供电。为什么要有一个温度检测电路？这是因为血糖试剂在温度过高或过低的情况下都会出现测量偏差的问题。为了得到较为准确的测量数据，就要进行温度补偿。

4.代码校正技术

因为每一批试纸间的差异性，会导致电流—血糖浓度曲线的对应关系有所不同，所以血糖仪在更换试纸的时候都要进行代码校正。从这句话里面大家应该也能想明白代码校正到底是怎么回事，就是选择与试纸相适应的电流—血糖浓度曲线。怡成血糖仪共设置了7种校正码，在使用血糖仪器的时候首先要根据试纸包装上的校验码先对血糖仪进行代码校正，然后才能正常使用。

5.血糖仪校准技术

如果说代码校正技术是对试纸进行校准，那么血糖仪校准技术说的就是要定期进行血糖仪的检测，保证血糖仪可以准确的进行血糖的测量。目前血糖仪校准主要有三种方法：

　　　　①    比对静脉测量和血糖仪快捷测量的数据，国家标准认为误差在+-20%之内就算准确的。--|||话说这个误差范围给的真大。不过百八十的企业都不会选择这种校准方法，一方面是费时，一方面是进行校准的花费也比较大。

　　　　②    配置血糖模拟液，也叫血糖质控液或模拟血糖液。用血糖仪对质控液进行测量，比对质控液实际浓度与血糖仪测量数据，从而对血糖仪进行调整校正。很多企业像欧姆龙，罗氏，强生等等就是采用的这种方法。

　　　　③    校准卡片。好了，我们今天的主角怡成5D-1血糖仪采用的就是这种校准方法。校准卡片具体是什么东西呢？我先请大家回忆一下前文中提到的U2运放的5,6,7脚组成的电流检测电路，当时我们说到，通过测量运放6,7脚的电压差，利用欧姆定律I=U/R，用电压除以R4电阻就可以得到要测量的电流大小，然后根据电流—血糖浓度曲线找出对应的血糖浓度。说到这里，现在可以揭晓这个校准卡片是个什么东西了。其实就是一堆电阻！就是根据这个检测电流方法反推出来的，对的，在一定的电压下，电阻跟电流是成反比的，也就是说一定的电阻也是对应一定的血糖浓度的。也就是说如果我们在一定的电压下改变R4电阻阻值，让血糖仪工作，就能得到一定的血糖浓度值，比对实际测量出来的血糖浓度值跟电阻（电流）—血糖浓度曲线中对应的数值，就能进行血糖仪的校准了。

需要一提的是，在文中反复提到的电流—血糖浓度曲线，是要企业通过大量的试验测试得到的，也就是说每一个企业的曲线图都是不完全相同的。这也正是为什么在购买血糖仪和血糖试纸的时候会反复提出：不同品牌不同型号的血糖仪试纸是不能共用的，各个企业的质控液和校准卡片也是不能共用的这么一种说法的原因。

第一次写分析文，不知道大家看了是不是都明白了这个怡成血糖仪是怎么一回事了？如果有疑问或者认为我文中哪些地方的说法不正确或者不准确也都希望大家能提出来。咱们一起来研究呀~

Psps：直接进行帖子编辑结果出问题提交不成功，丢失了编辑的新内容，唯有重新写。我欲哭无泪，也是自己做事情没有做个万全准备，哎。也算是个教训了。

freebsder

好啊好啊，越玩越深，鼓掌，学习了！

赵玉田

坐等楼主深入分析，是我们学习的好榜样

okhxyyo

总算写完了。。自己占个位子休息

soso

非常详细呀，大家跟帖说说这个电路的好坏

soso

okhxyyo 发表于 2015-7-23 16:17
总算写完了。。自己占个位子休息

freebsder

soso 发表于 2015-7-23 16:21

不要这么暧昧嘛，这种事放着我来！

littleshrimp

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okhxyyo

soso 发表于 2015-7-23 16:21
非常详细呀，大家跟帖说说这个电路的好坏

等我脑袋冷却下明天再来说说这个电路肿么样~

soso

okhxyyo 发表于 2015-7-23 16:29
等我脑袋冷却下明天再来说说这个电路肿么样~

嗯 嗯

huaiqiao

点赞，支持哈。辛苦了。

574433742

又学到新东西了，，好开心  

曾经in

过来学习。。

霹雳之火

第一次了解葡萄糖生物传感器，以前没接触过哈。知识贴。基本明白来了血糖仪的原理，电路介绍得蛮详细的。

kfliuyue

好资料。谢谢了

wateras1

多谢分享

平凡一人

谢谢分享

yehuanauto

学习了

1085389799

显示屏是啥规格，楼主

QWE4562009

挺经典的分析   不过方案用了太多分立的元件   误差进一步放大了