糖尿病是一種常見嚴重危害人類健康的慢性疾病，近年來的發病人數逐年上升，患者必須定時進行血糖監測，才能控制病情并有針對性的治療。血糖儀已經成為一種常見的家庭醫療器械，市面上大多數的血糖儀價格和精度難以兼得。隨著電子技術的發展，一款功能強大而價格便宜的血糖儀應運而生，本文將介紹一款采用Microchip PIC24“GC”系列MCU，利用CTMU功能測定血糖濃度的新方法。
血糖儀測試原理
血糖值的檢測方法采用的是生物電化學方法，其原理：血糖測試條插入血糖儀后，在測試條的頂端滴入血樣，血液中的葡萄糖與血糖測試條上的酶發生化學反應，產生電子或微電流，電子數量或者微電流的強弱隨著血液中血糖濃度的增加而增加。
普通血糖儀的測試方法
通過精確測量微弱電流的大小，并根據電流值和血糖濃度的關系，反算出相應的濃度。為了測量精確的電流值，往往需要強大的模擬信號調理電路。
普通血糖儀的模擬電路要求：1.至少2個以上低偏移、低溫度系數、低偏置電流的運算放大器。2.至少1路12bit 以上的ADC，最好是16 bit，滿足這2個條件是普通血糖儀的基本要求，但這樣的方案的成本非常高。
PIC24 CTMU血糖儀方案描述
PIC24 CTMU血糖測試方法
模擬信號調理電路無需外加，只需MCU內部集成的CTMU單元和高精度來ADC完成。
該方案也是基于血糖測量的電化學原理，但其實現方法顛覆了以往血糖的測試方法。本設計介紹的是一款單芯片設計方案，以Microchip全新的PIC24F“GC” 系列MCU為核心，外圍電路設計簡單，測試條直接與MCU I/O口連接完成一個快速、高精度、低成本、低功耗的血糖測試。
具體原理：當測試條上滴入血樣，血液中的葡萄糖與測試條上的酶發生反應產生電荷Q，而電荷與血糖濃度呈線性關系，所以，只需測出紙條上的電荷量就可以知道血糖的濃度。這里與大多數血糖測試方法稍有不同的是測量電荷量，而不是電流值。測量電荷Q用到模擬裝置，完全由MCU內部提供，主要包括：高精度模數轉換器（ADC)、可編程的恒流源、數字處理器和存儲器、高精度定時器、參考電壓源等。
PIC24 CTMU測血糖方法及流程
如圖3，恒流源由MCU內部的CTMU提供，測試條與恒流源通過開關連接，開關由MCU內部控制，正常情況下開關處于閉合狀態。當血糖測試條上未滴入血樣時，測試條呈現很高的電阻，測試條相當于一個無窮大的電阻與一個電壓源并聯。當測試條上滴入血樣，血樣與化學酶發生反應，這時通過ADC檢測測試條2端的電壓，當電壓產生由高到低的突變時，MCU內部斷開電流源與測試條的連接開關，等待一段時間（浸泡時間），等待血樣與酶充分反應達到電荷穩定，浸泡時間到了，啟動定時器計時，同時恢復恒流源與測試條的連接，繼續監視血液測試條的電壓，當檢測到電壓有明顯增加時，停止定時器計時，測量的時間即為電荷移除需要的時間，血樣中總的電荷量根據公式Q=I*t（其中 I是恒流源的設定值，T是定時器測得的時間），再經處理器MCU計算出電荷量Q值
血糖儀通過LCD顯示當前的血糖濃度信息，每次測量的血糖濃度數據同時存放在片內Flash存儲器中，具有掉電保護功能，無需外部EEPROM。同時片上集成USB，可以與上位機PC進行通訊，將采集的血糖濃度信息傳輸給PC，便于管理病人的健康狀況。對于便攜式血糖儀，一般采用電池供電，電池的壽命至關重要，所以對血糖儀的整體功耗要求更為嚴格。本設計采用的PIC24“GC”系列MCU，擁有世界納瓦技術的低功耗工藝，可以大大降低產品的功耗。同時片上集成的LCD Driver可以直接驅動LCD屏，也可以幫客戶大大節省成本。
結束語
本設計采用Microchip公司新推出的PIC24“GC”系列產品，利用片上強大的高精度模擬電路來測量血糖，無需外置高精度ADC和運放，使得產品電路大大簡化，性能更加穩定，外形更加小巧。另外,也充分利用到MCU的超低功耗特性，降低了產品功耗。總的來說，該設計用較少的外圍器件完成了精準的血糖測量，降低了客戶成本，同時延長了產品壽命。因此，該方案是小體積、低功耗、應用靈活、可靠性高、便攜式高精度血糖儀的完美選擇。