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1、河南科技大学毕业设计（论文）I便携式血糖检测仪的设计摘 要糖尿病是一种常见的非传染却严重危害人类健康的慢性疾病，现代医学还没有根治糖尿病的方法，对患者的血糖浓度进行频繁的测定是延缓糖尿病及其并发症的重要手段。本文设计了一种以 AT89C51 单片机为核心，采用酶电极试纸作为传感器来检测血糖浓度的便携式仪器。在总结前人工作的基础上，提出了本文的总体设计方案、系统目标及设计要求，重点分析了弱电流信号的检测设计实现方法。硬件模块的设计主要是根据需要进行硬件选型，包括 MCU 模块、电流检测、信号的传输和放大模块、显示模块等。系统的软件设计方案中主要子程序有: 液晶显示子程序、A/D 转换子程序等。最
2、后给出本系统最关键的部分：血糖值和电流值、以及与最后显示数值之间的关系式。整体设计结果表明：该血糖仪具有操作简单、测量方便等特点，十分适合糖尿病患者在家中实施血糖测试。最后，在回顾全文的基础上针对本次所设计的血糖仪所存在的一些缺点和不足，指出了便携式血糖仪的发展趋向及有待进一步解决的问题，并对未来的发展进行展望。关键词：血糖检测，酶电极，弱电流信号的检测，便携式血糖仪，单片机河南科技大学毕业设计（论文）IIDESIGN OF PORTABLE BLOOD GLUCOSE METERABSTRACTDiabetes mellitus is a chronic disease of common
3、noninfectious but serioushazards to human health; Modem medicine has no cure ways. Frequently measuring blood glucose concentrations is an important means of controlling diabetes. This thesis designs a portable intelligent device for detecting blood glucose concentration, in which an AT89C51 microco
4、ntroller is used as a CPU and an enzyme electrode paper as a sensor.On the basis of conclusions of previous work,the overall design ideas, the system objectives and design requirements are put forward by focusing on analysis of the weak current signal detection.Another chapter mainly introduces hard
5、ware selection and function of the various hardware modules,including MCUmodule,current detection module,signal transmission and amplification modules,display module etc .System software design main subroutines including Liquid crystal display a subroutine、A/D conversion subroutines etc. The most im
6、portant part of the system that is the relationship of blood glucose level and current value is given.The results showed that，the meter is simple,convenient,which is very suitable for diabetics to implement blood glucose testing at home.Finally,on the basis of the the disadvantages of the machine ,w
7、hich has been designed by me , this thesis points out the further development trends and issues for portable blood glucose meterThe future will open out bright prospects for the application of portable blood glucose meterKEY WORDS：Blood glucose measurement,Enzyme electrode,The weak current 河南科技大学毕业设
8、计（论文）IIIsignal detection,Portable blood glucose meter,MCU河南科技大学毕业设计（论文）IV目 录前 言 1第一章 绪 论 .21.1 选题背景及研究意义21.2 便携式血糖仪概述31.2.1 便携式血糖仪的发展31.2.2 便携式血糖仪的分类41.3 血糖检测技术51.3.1 血糖微创检测51.3.2 血糖无创检测71.3.3 血糖动态监测91.4 传感器类型91.4.1 经典葡萄糖酶电极91.4.2 介体葡萄糖酶电极.101.4.3 直接葡萄糖酶电极.10第二章 血糖仪的整体设计 .112.1 方案总体设计.112.2 主要器件介绍.1
9、1第三章 系统硬件电路设计 .133.1 信号前置通道设计与仿真.133.1.1 弱电流信号的检测设计.133.1.2 电压放大模块.153.1.3 滤波电路设计.193.2 以单片机 AT89C51 为核心的控制电路设计.223.2.1 AT89C51 介绍 .223.2.2 ADC0808 介绍 .253.2.3 LCD 液晶显示简介 .26河南科技大学毕业设计（论文）V第四章 系统软件设计 .284.1 软件总体设计 .284.2 单元模块设计 .294.2.1 单片机初始化 .294.2.2 AD 转换程序设计 304.2.3 血糖值显示及报警程序设计.31第五章 血糖仪的调试与仿真
10、.325.1 系统软件编译、链接.325.2 软、硬件联调.325.3 仿真中出现的问题及解决办法.33第六章 PCB 板制作34结 论 .36参考文献 37致 谢 .39附 录 .40河南科技大学毕业设计（论文）1前 言糖尿病是继心血管和肿瘤之后的第三大非传染性疾病，已成为严重威胁人类健康的世界性公共卫生问题。糖尿病发生后，引起糖、蛋白质、脂肪、水和电解质等一系列代谢紊乱，进而导致各种严重的并发症，包括糖尿病性心脑血管病、糖尿病性肾病、糖尿病性眼病、糖尿病性神经病变等等。因此，我们需要积极研发更先进的医疗器械来预防、控制和治疗糖尿病及其并发症。近十年来，医院内几乎所以科室均备有便携式血糖仪，
11、不仅为患者和临床医生提供动态数据，而且可以为医生调整药物剂量的依据。本设计主要是根据血糖值检测原理，采用 AT89C51 单片机控制的血糖仪，采用 ADC0808 高精度转换和显示质量高、体积小、重量轻、功耗低的液晶显示；用生物传感器葡萄糖氧化酶电极进行血糖测试，实现血糖异常时及时发出警报的功能。血糖仪的设计思路是采用酶电极法对血糖进行采集。在测试电极两端加 0.5V的电压，这个电压要保持恒定，不能随葡萄糖浓度的变化而变化。当滴入血样之后，血液中的葡萄糖在氧化酶的作用下与氧反应产生微电流信号，由于此信号非常小，不便于测量，所以通过硬件电路将其转换为电压信号，该电压信号通过放大器进行放大和硬件滤
12、波处理，再通过 AD 转换器将模拟信号转换为可以被CPU 处理的数字信号，输入单片机并对其进行软件滤波，进而对读取的数据进行处理、转换，换算成血糖含量数据，结果通过 LCD 显示出来。总之，血糖仪正朝着多功能，伤害小，便携式，测量精确度更高等的方向快速发展。河南科技大学毕业设计（论文）2第一章 绪 论1.1 选题背景及研究意义糖尿病(DM，Diabetes Mellitus)是一种常见的慢性非传染性疾病，是由遗传和环境因素相互作用而引起的临床综合征(慢性、全身性、代谢性疾病)，是终生性疾病1。由人体内胰腺分泌胰岛素缺乏，或因胰岛素功能失调所至。这种功能失调导致血中葡萄糖浓度增高，从而危及体内诸
13、多系统，特别对血管系统和神经系统影响最大。中国心血管报告公布的数据显示，近 20 年来，中国糖尿病患病率成倍增长，目前中国约有 2000 多万糖尿病患者，耐糖量低减者 2000 万，中国已经成为全球糖尿病患者人数第二大国，仅次于印度。据世界卫生组织预计，到2025 年,全球成人糖尿病患者人数将增至 3 亿，而中国糖尿病人数已居世界第 3位，未来 50 年内糖尿病仍是中国一个严重的公共卫生疾病问题。分析发现，在人类基因和不良饮食习惯的影响下，年龄、肥胖症、糖尿病家族史、高血压、高血脂症、低收入、日常体育锻炼不足已是糖尿病及代谢综合征主要危险因素，在加强健康普及教育的同时，系统地开发抗糖尿病新药和
14、新剂型,积极研发更先进的医疗器械来预防、控制和治疗糖尿病及其并发症具有积极的意义。血糖浓度是反映病情状况的一个重要指标，经常性地进行血糖测量可及时把握病情变化并及早采取治疗措施2。严格控制血糖到接近正常水平，比一般的控制血糖，可使慢性并发症减少约 2/3。因此，血糖监测对于糖尿病患者是非常重要的3。使用便携式血糖仪进行测定并记录结果，可了解一日内血糖的波动幅度和平均值，及时发现和处理异常情况，并可作为调整药物治疗的依据4。中国医学科学院医学信息研究所杨国忠研究员指出：“随着疾病谱、医学模式和医疗方式的改变，一些适用于社区、面向家庭的便携式监测和治疗装置将成为市场需求最多的医疗器械产品。目前我国
15、医疗方式已经开始从单纯对疾病的院内治疗，逐步转向院前预防、急救，院内诊断、治疗，院外监测、康复以及日常家庭医疗保健等多元化、多层次的现代化医疗保障体系。因此，适于基层社区医生应用的，可以面向家庭的便携式监测和治疗装置，将成为市场需求最多的医疗器械产品5。“未来医学模式将由单纯的治疗型逐渐向治疗与预防保健相结合的模式转变，特别是随着个人健康意识增强，性能良好、使用方便的用于家庭的预防河南科技大学毕业设计（论文）3治疗设备、健康自我检测设备将成为家庭中新的“家电” 。1.2 便携式血糖仪概述1.2.1 便携式血糖仪的发展由于糖尿病患者的不断增多，实时的血糖自我监测变得越来越重要，伴随着现代科学技术
16、的不断发展，快速血糖仪也经历了一个从无到有，并不断发展的阶段。自 1968 年汤姆克莱曼斯发明血糖仪至今，一共经历了五个发展阶段：第一个阶段是水洗式血糖仪，它的操作过程比较复杂，检测前首先要在试纸上滴入血样，一分钟后把试纸放入水中冲洗，去除血样中的红细胞，然后再把试纸放入仪器中测试并得出测试结果；第二个阶段是擦血式血糖仪，它不需要用水冲洗试纸，当血样滴入试纸，产生反应后将试纸上的血细胞擦去即可进行测试，与水洗式血糖仪相比，擦血式血糖仪的体积更小，更方便患者操作，但它仍需要采集较多的血样，同时需要等待 60 秒左右才能完成一次检测；第三个阶段是比色法血糖仪，常用的比色法有两种，即目视比色法和光电比色法，相对于目视比色法，光电比色法具有更高的测量精度，测量时，首先将血样滴入试纸，待反应后试纸的颜色将发生改变，通过光电法测量其吸光度，根据郎伯一比尔定律即可求出血糖浓度，它的优点是操作简单，测量结果准确；第四个阶段是电化学法血糖仪，包括葡萄糖氧化酶电极测量法和葡萄糖脱氢酶电极测量法，它们的共同特点
