0 引 言

糖尿病发病率目前尚未得到有效控制，根据国际糖尿病联合会统计，预计到2035年，全球将有近5.92亿人患糖尿病[1]。目前对糖尿病患者的治疗方式主要是针对患者体内的血糖值进行调控，而这种方法具有片面性。临床上，糖尿病患者常常伴有严重的并发症，因此，临床上对糖尿病患者用药后，医生不仅需要测量患者的血糖值，还需要结合患者的多方面综合生理生化参数的变化情况，如血氧饱和度、脉搏波、收缩压、舒张压、心率和血糖值，综合分析后才能对症下药，及时修正治疗方案。

目前国内外有很多人体多参数检测仪的研制方法，但仍存在着一些问题。如：李念使用多传感器测量多种人体生理参数，会为受试者带来诸多不便[2]；赵彦峰和王大任设计的人体多生理参数采集系统[3-4]，由于工作方法复杂，容易增加患者和医生学习的时间成本。更重要的是，上述仪器并不是专门用于糖尿病药效学研究的科学仪器。针对以上问题，本文提出一种用于糖尿病药效学研究的多通道生理生化检测仪器设计方案，该方案采用单一无创检测探头并使用人机交互界面，使生理参数采集更加方便和容易。

1 仪器总体设计

用于糖尿病药效学研究的无创伤多通道生理参数检测仪总体包含两个部分，分别为无创检测血糖探头和嵌入式主机。系统总体结构如图1所示。其中，无创检测血糖探头为指夹式，采用MEMS技术实现对多元生理参数检测传感器集成封装[5]，主要测量指尖光电容积脉搏波（Photolethysmography，PPG）、手指温湿度、手指热辐射值和环境温湿度等参数[5]。主机通过A/D通道采集PPG信号，同时主机通过串口接收其他参数信号。以上参数进入嵌入式主机后通过多元生理信息的融合分析、处理技术[5-10]，实现对人体多种生理信息的测量并显示在屏幕上。该仪器针对糖尿病患者测量的主要生理参数信息为血氧饱和度、脉搏波、收缩压、舒张压、心率和血糖值。

图1 无创伤多通道生理参数检测仪器系统结构

2 硬件电路设计

嵌入式主机主要目的是处理传感器所采集到的数据并显示。主机主要包括以下几个模块：S5PV210核心板、电源模块电路、H桥驱动电路、串口转换电路、储存模块和串口屏。主机的硬件系统如图2所示。

图2 主机的硬件系统

2.1 主控板介绍及电源电路设计

主控板选用九鼎创展科技有限公司设计的X210CV3核心板，这是一款低功耗、高性能、可扩展性强的核心板。核心板采用Cortex-A8架构的S5PV210作为主处理器，主频高达1 GHz，并具有丰富的接口，如4个USART、3个400 Kb/s的I2C接 口 和2个SPI接口 等[11]。这些很好地满足了设计需求同时又节省了设计时间和难度。

X210CV3核心板、无创血糖检测探头、串口电路和串口屏所需电压为5 V，其他电路模块仅需要3.3 V电压就能工作。电流方面，串口屏工作电流为1 A，其他模块的工作电流加一起来为1 A。为此，选用9 V，2 A适配器和MP1482芯片配套使用，输出5 V电压为整个仪器供电。MP1482芯片输入电压范围为4.75～18 V，同时输出电流为2 A，满足设计需求。其具体电路如图3所示。输出的5 V直流电压经ASM1117稳压芯片进行降压[12]后，即可得到3.3 V电压。

图3 电源电路

2.2 H桥驱动电路及串口转换电路设计

为了较好地控制无创检测血糖探头中二极管发光顺序和时长，设计H桥驱动电路如图4所示。Light1与Light2之间相连为发光二极管，当电流由Light2流向Light1时，发光二极管发红光；反之，二极管发红外光。图4中4个二极管都与主控芯片相连，达到控制的目的。

图4 H桥驱动电路

为了向上位机发送仪器所采集的人体生理参数，需要使用串口与上位机进行通信。由于9针串口接口过于庞大并且现在越来越多的计算机淘汰了9针串口，因此需要设计串口转换电路把USART串口的TTL电平转换成计算机USB口可用电平。转换电路主要由FT232RL芯片组成，工作电压为5 V。这样只需要双公头的USB线就可以实现主机与上位机的通信。串口转换电路如图5所示。

图5 串口转换电路

2.3 存储模块设计及串口屏介绍

存储模块主要由M25PX64构成，工作电压为3.3 V，支持50 MHz的时序，可在1.4 ms内存储一页（256 B）信息，通信协议为SPI协议，同时该芯片具有64 MB的存储空间，可以存储8 B的信息1 048 576条。一个人的生理信息需要占用6 000条，而该存储模块能够存储约170个人的生理信息，因此满足设计需要。存储模块如图6所示。

文章来源：《糖尿病新世界》 网址: http://www.tnbxsj.cn/qikandaodu/2021/0513/1208.html