根据MSP430微处理器和GSM移动通信的血糖监护系统设计策

根据MSP430 微处理器和GSM移动通信的血糖监护系统设计策略

1 血糖监护系统概述

　　糖尿病是危害人类健康的四大主要疾病之一，目前没有根治的办法，只能通过血糖监测对糖尿病加以控制。血糖仪的出现，大大方便了糖尿病患者自行监测血糖。为了能更好地利用无线网络资源，方便用户随时随地的测量，开发了一种基于移动通信的血糖监护系统。

　　基于移动通信的血糖监护系统由两大部分组成：手机血糖仪与糖尿病监护中心。工作模式如图1所示。糖尿病患者利用随身携带的手机血糖仪可随时监测血糖，监护中心通过GSM网络接收患者的血糖值，并反馈适当的诊断结论。

图1 系统工作模式

　　手机使用MotorolA388c，血糖仪是吉林大学仪器学院自主开发的以MSP430单片机与酶电极传感器等为主的血糖测试仪，通过串口连接手机，利用手机的键盘和液晶屏控制显示血糖测试结果。即，手机血糖仪是在保留手机原有各项功能的基础上，增加了血糖测试功能。

　　糖尿病监护中心硬件由一台服务器通过串口连接一个MC35无线通信模块构成，软件系统主要负责完成控制MC35接收短信以及患者信息管理及维护。

　　2 手机血糖仪的设计

　　2.1 系统硬件设计

　　基于MSP430单片机的血糖测试仪主要由酶电极传感器、信号处理、单片机数据采集处理以及单片机与手机的串行通讯几部分组成，如图2所示。酶电极传感器采用三电极系统，分为参比电极、对极和工作电极。

图2 手机血糖仪系统框图

　　前置信号处理采用interwetten与威廉的赔率体系开关对电极接入电路情况进行控制，从而为系统提供不同的工作状态，信号处理采用放大器和低通滤波，将传感器的电流信号转换放大滤去高频干扰，为后续电路的数据采集提供质量较高的信号，血糖浓度的数据采集处理和串口数据通讯，采用TI 公司的MSP430系列单片机为主控单元完成。另外，系统具有温度补偿功能，能补偿环境温度对系统测试结果的误差，提高测试结果的精度。血糖测试模块体积为3cm*1cm，这样可以放在手机壳里，做到血糖测试仪和手机融为一体，方便了用户的携带与检测。

　　2.2 血糖浓度测量原理

　　血糖浓度值的测定通过生物酶电极传感器，当血液滴入，在葡萄糖酶的催化作用下，传输电子物质在碳电极表面被强制性氧化，其氧化还原反应过程中形成的氧化电流跟葡萄糖浓度成线性关系，通过测定氧化电流的强度计算血糖浓度值[1]。

　　在电极上加0.4V的恒定工作电压, 当被测血样滴在电极的测试区后，电极上固定的葡萄糖氧化酶与血样中的葡萄糖发生化学反应。经过一定的滞后期，酶电极的响应电流将与被测血样中葡萄糖浓度呈线性关系，如图3所示。

图3 酶电极电流变化曲线

　　对应于2.2- 27.8mmol/L的血糖浓度，酶电极的响应电流约为3—50μA。血糖仪就是通过这一对应关系来计算显示血样葡萄糖浓度值的。根据曲线可知酶电极上的反应电流在11s左右出现峰值，因此系统设定前11s为酶电极的反应时间，后5.3s为酶电极的采集时间。对5.3s的电流面积积分，得到电量Q，再根据已知的血糖的浓度C0可以由公式求出标准系数K：

Q =∫I(t)dt = K C0

K = Q/ C0

　　从而求出所测试的血糖浓度：

Cx = Q/K

　　温度是影响酶的活性及酶催化反应速度的重要因素之一[2]。因此要保证测量的精度，必须进行温度补偿。经系统测试及相关的结果分析得到温度补偿公式如下：

Kt = 0.0133t + 0.067

　　考虑到温度补偿，因此，血糖浓度计算公式如下：

Cx = Q/（K ×Kt）

　　2.3 通信软件设计

　　Java手机操作系统都支持标准的J2ME MIDP1.0 Java标准。J2ME是SUN公司推出的针对嵌入式消费类电子产品的开发平台。Motorola公司生产的Motorola388，A388C等手机不仅支持标准的J2ME MIDP1.0 Java标准，还推出了Motorola SDK for J2ME，实现了一些CLDC/MIDP提供的接口功能[3]。

　　手机与血糖仪通过串口连接，所以使用手机正确、实时地接收血糖仪发送的数据是关键。经过多次实验，采用多线程的开发模式可以准确、快速地读取血糖仪发送至手机的数据。

　　在编写串行通信程序时，要用到javax.microedition.io包中的Connector类和StreamConnection、InputStream和OutputStream 接口。在J2ME中所有的连接都是使用Connector类的open(String connect)方法建立的，不同的连接可以通过传递不同的参数connect实现[4,5,6,7,8]。

　　2.4在MotorolaA388上运行

　　基本按以下5个步骤：

　　(1)打包：编译通过后，使用JBuilder Wizard菜单中的Archive Builder项，选择Archive type为MIDlet，随提示即可完成打包。

　　(2)在PC机上运行：运行MIDlet，更新打包文件：.jar与.jad文件。

　　(3)下载：用手机提供的数据线把手机和PC机串口相连，选择手机上“通过数据线下载”菜单选项，再通过摩托罗拉388免费提供的一个名为pcjal.exe的下载工具，可很容易地将MIDlet下载到手机上。

　　(4)安装：一般手机下载完一个J2ME程序后，就会自动进行安装。将程序存储在手机的指定位置里。

　　(5)在MotorolaA388C上运行：程序安装完后，手机就会在程序菜单中显示该应用程序，用户选择该菜单项后就可以运行程序。界面如图4所示。

图4 运行界面

　3 糖尿病监护中心设计

　　糖尿病监护中心的硬件部分主要由一台服务器连接一个GSM模块组成。选用的是SIEMENS公司的无线模块MC35[9]。硬件电路主要分为四个部分:电源电路，用于提供6V-12V的电源；串口电路，用于与计算机串口进行连接；SIM卡电路，用于SIM卡与模块的连接；MC35模块驱动电路，用于对MC35无线通信模块进行点火驱动。

　　软件系统如图5所示。其中，人机接口模块，还增加了由用户手动输入数据的功能；糖尿病病理数据库包括知识库和规则库，知识库中存放和管理有关糖尿病诊断的专家经验和知识，规则库用于存放糖尿病诊断与鉴别诊断的规则；患者信息库用来保存患者的血糖测量值及一些背景信息。系统与GSM模块的通信采用串行通信协议，短信管理使用AT指令[10]。

图5 系统功能框图

　　4 结果与讨论

　　手机血糖仪操作简单, 测试时，用户进入血糖测试界面（如图4所示），点击运行键，屏幕会提示插入血样试纸，随后会出现15S倒计时状态,当倒计时为“0”时显示血糖浓度测试结果，测试结果可以直接点击发送短信键，通过GSM网络发送至MA35I，再由远程糖尿病诊断系统接收存储并给出诊断结论后反馈给患者。

　　目前，最为准确地测量方式还是医院的静脉采血测试，但需要患者抽取大量的静脉血，所以比对本系统的血糖仪选择了相对测量较准确的强生血糖仪，表1中给出了绝对误差值与最大相对误差值。

表1 测量结果与误差值

　　从测试结果可以看出，基于手机的血糖仪重复性误差最大值为1.01﹪，浓度最大相对误差为5.98﹪，在医疗器械规则的误差范围内，因此认为自行研制的基于手机的血糖测试仪符合标准。

　　经过收发短信的测试，系统运行正常；测量的数据与知识库中的相比对，按照简单的规则，可自动给出诊断结论，也可由医生修改或加入建议。

　　后期要继续完善本系统，并在并系统的基础上，继续进行人体其他生理参数的监测研究，如血压、脉搏、心电等，利用无线和有线连接，将数据存储至远程医疗中心服务器，并使用人工神经网络等威廉希尔官方网站进行个体发病预测及疾病分类。

　　在移动设备与现代医学高速发展的天，操作简单，方便，便携的移动监测设备与远程医疗中心的配合是医疗仪器的发展趋势。本文基于Java手机实现了与血糖仪在多线程模式下的串行通信，利用手机显示存储测量的结果，并且以短信的形式发送至远程服务器，从而得到专家的建议与治疗方案。今后随着嵌入式威廉希尔官方网站、无线网络威廉希尔官方网站的继续快速发展，移动式的医疗仪器会拥有更广阔的应用和市场前景。

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如何使用MSP430单片机进行多机串口通信的设计

MSP430单片机以其显著的低功耗特性在工业控制等领域得到了广泛应用。本文讨论了采用MSP430单片机构建串口多机通信系统的问题，在分析了MSP430单片机串口模块特性的基础上，给出

2019-03-07 18:06:53

基于MSP430单片机的交通灯电路设计

MSP430系列单片机包含以下主要功能部件：CPU：MSP430系列单片机的CPU和通用微处理器基本相同，只是在设计上采用了面向控制的结构和指令系统。MSP430的内核CPU结构是按照精简指令集和高透明的宗旨而设计的，使用的指令有硬件执行的内核指令和基于现有硬件结构的仿真指令。

2020-11-30 09:57:05

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