CN105466460B - 生物传感器的电路温度漂移补偿系统及方法 - Google Patents

生物传感器的电路温度漂移补偿系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生物传感器的电路温度漂移补偿系统及方法，应用于单片机、该单片机连接有第一数字电位器、第二数字电位器和数字开关，数字开关的两个输出端连接至生物传感器电路的两个输入端，该生物传感器电路的输出端连接至单片机上，单片机控制第一数字电位器中第一平衡电阻和第二数字电位器中第二平衡电阻的电阻值来将所述生物传感器中由于电路温度漂移现象产生的电压自动调零，并将所述生物传感器输出电压调零时的第一数字电位器和第二数字电位器的电阻值固定。本发明能够稳定生物传感器的电气特性，提高了电压调零的准确度及工作效率，消除了电路温度漂移现象对生物传感器的灵敏度产生的不利影响。

Description

生物传感器的电路温度漂移补偿系统及方法
技术领域
本发明涉及生物传感器领域，尤其涉及一种生物传感器的电路温度漂移补偿系统及方法。
背景技术
电路的温度漂移一般是指环境温度变化时会引起电路中晶体管参数的变化，这样会造成静态工作点的不稳定，使电路动态参数不稳定，甚至使电路无法正常工作。一般来说，温度升高，晶体管的电流放大倍数增大，Q点升高，反之减小。这部分额外增加的电流是温度变化引起的，称为温度漂移。在直接耦合的放大电路中，即使将输入端短路，用灵敏的直流表测量输出端，也会有变化缓慢的输出电压。这种输入电压为零而输出电压不为零且缓慢变化的现象，称为零点漂移现象。在放大电路中，任何参数的变化，如电源电压的波动、元件的老化、半导体元件参数随温度变化而产生的变化，都将产生输出电压的漂移。由温度变化所引起的半导体器件参数的变化是产生零点漂移现象的主要原因，因此也称零点漂移为温度漂移。
一般地，生物传感器（例如体征监测传感器中的血糖、体温、心率传感器等）要求的灵敏度都非常高，如果此类生物传感器中的电路产生温度漂移则会明显影响电路中电阻值的变化而导致输出电压不稳定，从而影响到生物传感器的灵敏度。为了消除电路产生的温度漂移，经常采用包含有滑动电阻的温度补偿电路对生物传感器电路的输出端电压进行调零。然而，调试者一般通过手动方式对温度补偿电路中滑动电阻进行手动调节来对生物传感器电路的输出端电压进行调零。这种手动调节电路温度漂移很难将生物传感器电路的输出端电压调零的准确度不高，且效率低下，从而无法完全消除电路温度漂移现象对生物传感器的灵敏度产生的不利影响。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种生物传感器的电路温度漂移补偿系统及方法，旨在解决目前手动调节电路温度漂移准确度不高且效率低下的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种生物传感器的电路温度漂移补偿系统，应用于单片机中，所述单片机连接有第一数字电位器、第二数字电位器以及数字开关，该数字开关的两个输出端分别连接至生物传感器电路的两个输入端，该生物传感器电路的输出端连接至所述单片机上，其中，所述电路温度漂移补偿系统包括：
开关控制模块，用于产生一个开关断开指令控制所述数字开关断开使生物传感器电路的输入端电压差为零；
电位器控制模块，用于产生第一控制指令控制第一数字电位器中第一平衡电阻的触头滑动以改变第一数字电位器的电阻值，以及产生第二控制指令控制第二数字电位器中第二平衡电阻的触头滑动以改变第二数字电位器的电阻值；
电压补偿模块，用于根据第一数字电位器的电阻值和第二数字电位器的电阻值动态调节生物传感器电路的输出端电压，以及实时检测所述生物传感器电路的输出端电压是否为零；
当所述生物传感器电路的输出端电压为零时，所述电位器控制模块还用于控制第一数字电位器的第一平衡电阻的触头和第二数字电位器的第二平衡电阻的触头同时停止滑动并固定位置。
优选地，所述数字开关的两个输入端分别连接至测量元件的两个输出端，所述开关控制模块还用于当所述生物传感器电路的输出端电压为零时，产生一个开关闭合指令控制所述数字开关闭合使测量元件产生的电位测量信号通过生物传感器电路并检测所述电位测量信号的准确度。
优选地，所述第一数字电位器包括第一稳压电阻，所述第二数字电位器包括第二稳压电阻，所述第一稳压电阻和第二稳压电阻用于当所述第一平衡电阻和第二平衡电阻的触头滑动时，保持第一数字电位器和第二数字电位器输出稳定电压。
优选地，所述第一平衡电阻和第一稳压电阻的一端连接至生物传感器电路的正极输入端，该第一平衡电阻和第一稳压电阻的另一端接地，所述第二平衡电阻和第二稳压电阻的一端连接至生物传感器电路的负极输入端，该第二平衡电阻和第二稳压电阻的另一端连接至生物传感器电路的输出端。
优选地，所述第一平衡电阻、第二平衡电阻和数字开关的控制端分别连接至所述单片机的控制端。
为实现本发明上述目的，本发明还提供了一种生物传感器的电路温度漂移补偿方法，应用于单片机中，所述单片机连接有第一数字电位器、第二数字电位器以及数字开关，该数字开关的两个输出端分别连接至生物传感器电路的两个输入端，该生物传感器电路的输出端连接至所述单片机上，所述电路温度漂移补偿方法包括步骤：
产生一个开关断开指令控制所述数字开关断开使生物传感器电路的输入端电压差为零；
产生第一控制指令控制第一数字电位器中第一平衡电阻的触头滑动以改变第一数字电位器的电阻值；
产生第二控制指令控制第二数字电位器中第二平衡电阻的触头滑动以改变第二数字电位器的电阻值；
根据第一数字电位器的电阻值和第二数字电位器的电阻值动态调节生物传感器电路的输出端电压；
实时检测所述生物传感器电路的输出端电压是否为零；
当所述生物传感器电路的输出端电压为零时，控制第一数字电位器的第一平衡电阻的触头和第二数字电位器的第二平衡电阻的触头同时停止滑动并固定位置。
优选地，所述数字开关的两个输入端分别连接至测量元件的两个输出端，所述电路温度漂移补偿方法还包括步骤：
当所述生物传感器电路的输出端电压为零时，产生一个开关闭合指令控制所述数字开关闭合使测量元件产生的电位测量信号通过生物传感器电路并检测所述电位测量信号的准确度。
优选地，所述第一数字电位器包括第一稳压电阻，所述第二数字电位器包括第二稳压电阻，所述第一稳压电阻和第二稳压电阻用于当所述第一平衡电阻和第二平衡电阻的触头滑动时，保持第一数字电位器和第二数字电位器输出稳定电压。
优选地，所述第一平衡电阻和第一稳压电阻的一端连接至生物传感器电路的正极输入端，该第一平衡电阻和第一稳压电阻的另一端接地，所述第二平衡电阻和第二稳压电阻的一端连接至生物传感器电路的负极输入端，该第二平衡电阻和第二稳压电阻的另一端连接至生物传感器电路的输出端。
优选地，所述第一平衡电阻、第二平衡电阻和数字开关的控制端分别连接至所述单片机的控制端。
相较于现有技术，本发明所述生物传感器的电路温度漂移补偿系统及方法，通过控制第一数字电位器和第二数字电位器的电阻值将所述生物传感器由于电路温度漂移现象产生的电压自动调零，并将所述生物传感器输出电压调零时的第一数字电位器和第二数字电位器的电阻值固定，从而稳定了生物传感器输出电气特性，提高了电压调零的准确度高及工作效率，消除了电路温度漂移现象对生物传感器的灵敏度产生的不利影响。
附图说明
图1是本发明生物传感器的电路温度漂移补偿系统优选实施例的应用环境示意图；
图2是本发明生物传感器的电路温度漂移补偿系统优选实施例的功能模块示意图；
图3是本发明生物传感器的电路温度漂移补偿方法优选实施例的流程图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明 为达成上述目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明 的具体实施方式、结构、特征及其功效进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为实现本发明目的，本发明提供了一种生物传感器的电路温度漂移补偿系统，能够将生物传感器由于电路温度漂移现象产生的电压自动调零，从而减少了因电路温度漂移而造成生物传感器的灵敏度影响，提高了电路温度漂移补偿的准确度以及工作效率。
如图1所示，图1是本发明生物传感器的电路温度漂移补偿系统优选实施例的应用环境示意图。在本实施例中，所述的电路温度漂移补偿系统10应用于单片机1中，该单片机1连接有第一数字电位器2、第二数字电位器3以及数字开关4。所述数字开关4的两个输出端分别连接至生物传感器电路5的两个输入端，该生物传感器电路5的输出端连接至所述单片机1上。所述数字开关4的两个输入端分别连接至测量元件6的两个输出端。
在本实施例中，所述第一数字电位器2包括第一平衡电阻DR1和第一稳压电阻R1，所述第二数字电位器3包括第二平衡电阻DR2和第二稳压电阻R2。所述第一平衡电阻DR1和第一稳压电阻R1的一端连接至生物传感器电路5的正极输入端，所述第一平衡电阻DR1和第一稳压电阻R1的另一端接地。所述第二平衡电阻DR2和第二稳压电阻R2的一端连接至生物传感器电路5的负极输入端，所述第二平衡电阻DR2和第二稳压电阻R2的另一端连接至生物传感器电路5的输出端。第一平衡电阻DR1和第二平衡电阻DR2分别连接至所述单片机1的控制端。
当第一平衡电阻DR1和第二平衡电阻DR2的触头滑动到零端电阻值时，产生较高的电压可能会损坏生物传感器电路5，因此，本实施例中采用第一稳压电阻R1和第二稳压电阻R2来保证第一数字电位器2和第二数字电位器3输出电压的稳定性。所述第一稳压电阻R1和第二稳压电阻R2用于当第一平衡电阻DR1和第二平衡电阻DR2的触头滑动时，保持第一数字电位器2和第二数字电位器3输出稳定电压，从而保护生物传感器电路5不会因电压过高而损坏。
所述数字开关4包括第一开关K1和第二开关K2，第一开关K1的输出端和第二开关K2的输出端分别连接至生物传感器电路5的两个输入端，第一开关K1的输入端和第二开关K2的输入端分别连接至所述测量元件6的两个输出端。所述单片机1通过控制数字开关4的控制端b来控制第一开关K1和第二开关K2同时开启与闭合。所述数字开关4的控制端b连接至所述单片机1的控制端。
如图2所示，图2是本发明生物传感器的电路温度漂移补偿系统优选实施例的功能模块示意图。在本实施例中，所述的电路温度漂移补偿系统10安装并运行于所述单片机1中，该单片机1还包括，但不仅限于，微控制器11以及存储器12。所述的电路温度漂移补偿系统10包括，但不仅限于，开关控制模块101、电位器控制模块102以及电压补偿模块103。本发明所称的模块是指一种能够被单片机1的微控制器11所执行并且能够完成固定功能的一系列计算机程序指令段，其存储在单片机1的存储器12中。
在本实施例中，所述微控制器11可以为一种微处理器、微控制单元（MCU）、信号处理芯片、或者具有信号控制功能的信号控制单元。所述存储器12可以为一种只读存储器ROM、电可擦写存储器EEPROM或者快闪存储器FLASH等。
所述开关控制模块101用于产生一个开关断开指令控制所述数字开关4断开使生物传感器电路5的输入端电压差为零。
所述电位器控制模块102用于产生第一控制指令控制第一数字电位器2中第一平衡电阻DR1的触头滑动以改变第一数字电位器的电阻值，以及产生第二控制指令控制第二数字电位器3中第二平衡电阻DR2的触头滑动以改变第二数字电位器的电阻值。
所述电压补偿模块103用于根据第一数字电位器2的电阻值和第二数字电位器3的电阻值动态调节生物传感器电路5的输出端电压，以及实时检测所述生物传感器电路5的输出端电压是否为零。
当生物传感器电路5的输出端电压为零时，所述电位器控制模块102还用于控制第一数字电位器2的第一平衡电阻DR1的触头和第二数字电位器3的第二平衡电阻DR2的触头同时停止滑动并固定位置。
当生物传感器电路5的输出端电压为零时，所述开关控制模块101还用于产生一个开关闭合指令控制所述数字开关4闭合使测量元件6产生的电位测量信号通过生物传感器电路5，并检测所述电位测量信号的准确度。
为实现本发明目的，本发明还提供了一种生物传感器的电路温度漂移补偿方法，应用于单片机1中，能够将生物传感器由于电路温度漂移现象产生的电压自动调零，从而减少了因电路温度漂移而造成生物传感器的灵敏度影响，提高了电路温度漂移补偿的准确度，以及提高了电路调零的工作效率。
如图3所示，图3是本发明生物传感器的电路温度漂移补偿方法优选实施例的流程图。在本实施例中，所述的电路温度漂移补偿方法应用于如图1所示的单片机1中，该方法包括如下步骤S31至步骤S37。
步骤S31，开关控制模块101产生一个开关断开指令控制所述数字开关4断开使生物传感器电路5的输入端电压差为零。
步骤S32，电位器控制模块102产生第一控制指令控制第一数字电位器2中第一平衡电阻DR1的触头滑动以改变第一数字电位器的电阻值。
步骤S33，电位器控制模块102产生第二控制指令控制第二数字电位器3中第二平衡电阻DR2的触头滑动以改变第二数字电位器的电阻值。
步骤S34，电压补偿模块103根据第一数字电位器2的电阻值和第二数字电位器3的电阻值动态调节生物传感器电路5的输出端电压。
步骤S35，电压补偿模块103检测所述生物传感器电路5的输出端电压是否为零。若生物传感器电路5的输出端电压为零时，流程则执行步骤S36；若生物传感器电路5的输出端电压不为零时，流程则返回步骤S32。
步骤S36，电位器控制模块102产生一个停止指令控制第一数字电位器2的第一平衡电阻DR1的触头和第二数字电位器3的第二平衡电阻DR2的触头同时停止滑动并固定位置。
步骤S37，开关控制模块101产生一个开关闭合指令控制所述数字开关4闭合使测量元件6产生的电位测量信号通过生物传感器电路5，并检测所述电位测量信号的准确度。
在本实施例中，可以在所述单片机1中设置一个固定的时间间隔值（例如2分钟），并将该时间间隔值存储在所述单片机1的存储器12中，当每隔时间间隔值到达时，所述单片机1的微控制器11自动周期性执行步骤S31至步骤S37，即进行周期性的电路温度漂移补偿自动而进行电压调零操作，以解决温度不断变化以及固定温度下生物传感器电路5缓慢变化而引起的电路温度漂移现象。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效功能变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种生物传感器的电路温度漂移补偿系统，应用于单片机中，其特征在于，所述单片机连接有第一数字电位器、第二数字电位器以及数字开关，该数字开关的两个输出端分别连接至生物传感器电路的两个输入端，该生物传感器电路的输出端连接至所述单片机上，其中，所述电路温度漂移补偿系统包括：
开关控制模块，用于产生一个开关断开指令控制所述数字开关断开使生物传感器电路的输入端电压差为零；
电位器控制模块，用于产生第一控制指令控制第一数字电位器中第一平衡电阻的触头滑动以改变第一数字电位器的电阻值，以及产生第二控制指令控制第二数字电位器中第二平衡电阻的触头滑动以改变第二数字电位器的电阻值；
电压补偿模块，用于根据第一数字电位器的电阻值和第二数字电位器的电阻值动态调节生物传感器电路的输出端电压，以及实时检测所述生物传感器电路的输出端电压是否为零；
当所述生物传感器电路的输出端电压为零时，所述电位器控制模块还用于控制第一数字电位器的第一平衡电阻的触头和第二数字电位器的第二平衡电阻的触头同时停止滑动并固定位置。
2.如权利要求1所述的生物传感器的电路温度漂移补偿系统，其特征在于，所述数字开关的两个输入端分别连接至测量元件的两个输出端，所述开关控制模块还用于当所述生物传感器电路的输出端电压为零时，产生一个开关闭合指令控制所述数字开关闭合使测量元件产生的电位测量信号通过生物传感器电路并检测所述电位测量信号的准确度。
3.如权利要求1所述的生物传感器的电路温度漂移补偿系统，其特征在于，所述第一数字电位器包括第一稳压电阻，所述第二数字电位器包括第二稳压电阻，所述第一稳压电阻和第二稳压电阻用于当所述第一平衡电阻和第二平衡电阻的触头滑动时，保持第一数字电位器和第二数字电位器输出稳定电压。
4.如权利要求3所述的生物传感器的电路温度漂移补偿系统，其特征在于，所述第一平衡电阻和第一稳压电阻的一端连接至生物传感器电路的正极输入端，该第一平衡电阻和第一稳压电阻的另一端接地，所述第二平衡电阻和第二稳压电阻的一端连接至生物传感器电路的负极输入端，该第二平衡电阻和第二稳压电阻的另一端连接至生物传感器电路的输出端。
5.如权利要求1至4任一项所述的生物传感器的电路温度漂移补偿系统，其特征在于，所述第一平衡电阻、第二平衡电阻和数字开关的控制端分别连接至所述单片机的控制端。
6.一种生物传感器的电路温度漂移补偿方法，应用于单片机中，其特征在于，所述单片机连接有第一数字电位器、第二数字电位器以及数字开关，该数字开关的两个输出端分别连接至生物传感器电路的两个输入端，该生物传感器电路的输出端连接至所述单片机上，所述电路温度漂移补偿方法包括步骤：
产生一个开关断开指令控制所述数字开关断开使生物传感器电路的输入端电压差为零；
产生第一控制指令控制第一数字电位器中第一平衡电阻的触头滑动以改变第一数字电位器的电阻值；
产生第二控制指令控制第二数字电位器中第二平衡电阻的触头滑动以改变第二数字电位器的电阻值；
根据第一数字电位器的电阻值和第二数字电位器的电阻值动态调节生物传感器电路的输出端电压；
实时检测所述生物传感器电路的输出端电压是否为零；
当所述生物传感器电路的输出端电压为零时，控制第一数字电位器的第一平衡电阻的触头和第二数字电位器的第二平衡电阻的触头同时停止滑动并固定位置。
7.如权利要求6所述的生物传感器的电路温度漂移补偿方法，其特征在于，所述数字开关的两个输入端分别连接至测量元件的两个输出端，所述电路温度漂移补偿方法还包括步骤：
当所述生物传感器电路的输出端电压为零时，产生一个开关闭合指令控制所述数字开关闭合使测量元件产生的电位测量信号通过生物传感器电路并检测所述电位测量信号的准确度。
8.如权利要求6所述的生物传感器的电路温度漂移补偿方法，其特征在于，所述第一数字电位器包括第一稳压电阻，所述第二数字电位器包括第二稳压电阻，所述第一稳压电阻和第二稳压电阻用于当所述第一平衡电阻和第二平衡电阻的触头滑动时，保持第一数字电位器和第二数字电位器输出稳定电压。
9.如权利要求8所述的生物传感器的电路温度漂移补偿方法，其特征在于，所述第一平衡电阻和第一稳压电阻的一端连接至生物传感器电路的正极输入端，该第一平衡电阻和第一稳压电阻的另一端接地，所述第二平衡电阻和第二稳压电阻的一端连接至生物传感器电路的负极输入端，该第二平衡电阻和第二稳压电阻的另一端连接至生物传感器电路的输出端。
10.如权利要求6至9任一项所述的生物传感器的电路温度漂移补偿方法，其特征在于，所述第一平衡电阻、第二平衡电阻和数字开关的控制端分别连接至所述单片机的控制端。
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