CN1566959A - 便携式全自动血液分析仪 - Google Patents
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Abstract
便携式全自动血液分析仪，属于医疗电子仪器领域。为了解决现有血液分析仪检测生理参数单一，操作复杂，不便于携带的问题，本发明提供了一种便携式全自动血液分析仪，包括单片机、信号检测模块、控制信号变换模块和液晶显示模块；所述的信号检测模块包括将酶电极的微电流信号转化为电压信号的放大、滤波电路，所述的滤波电路的输出端与单片机的A/D转换输入端相连；控制信号变换模块的D触发器的输出端与单片机的外部中断1相连；液晶显示模块的控制信号端和数据信号端分别与单片机相应的I/O端口相连；所述单片机存储结构化的程序，控制其它模块完成检测步骤。本发明可以一次性完成一个或多个指标的检测，无按键，全自动，操作简单。
Description
技术领域
本发明属于医疗电子仪器领域。
背景技术
目前，全世界已有一亿两千万糖尿病患者，国外发达国家糖尿病发病率已达2％-10％，国内该病群体规模也已超过4000万人，占总人口的4％左右。糖尿病已成为人类死亡的第三杀手。目前糖尿病发病率每年以10％的速度递增，但检出率却只有20％，也就是说，有80％的患者已经得了糖尿病但并不知晓，这些人绝大多数是早期患者，因不知道，病情极易加重。糖尿病人很希望能自己每天在家里自测血糖，并按自测结果及时调整服药量。糖尿病的检测大部分是通过血液进行分析检测得到生理参数进行诊断。
血液中乳酸的含量检测被广泛运用于临床医学中，如诊断新生儿宫内缺氧、急诊病人的血气监测、麻醉中病人的氧气供给及酸中毒监测、酸中毒症监测、糖原性疾病患者代谢监测、高血压及糖尿病等慢性疾患病人的运动监护等。近来，乳酸检测在体育界也得到了广泛的应用，如判断运动员的体内乳酸代谢状态、运动中进行间隔性乳酸测定，为科学合理的强度训练提供重要依据，指导练就选手体内耐乳酸环境，为提高运动成绩提供支持等。
据卫生部披露，我国的高血压病人已超过6000万，各项研究表明，胆固醇的增高是引发心脏病，心肌梗塞，心血管疾病的主要元凶。目前医院传统胆固醇测定方法以比色和皂化方法为主。这种方法既费时，价格又高，并且需要专门仪器和专业人员操作，不易普及和个人用户使用。胆固醇测试器材目前为非主流产品，但因心脏病及心血管患者日益增加，其市场需求日渐扩大，尤其是适合家庭使用的便携式测试仪器。
酮体检测对酸中毒检测者有很重要的意义，尤其是对妊娠期妇女。
由上述得知，血糖、乳酸、胆固醇和酮体是对于通过血液检测人体健康的由为重要的四项参数，而目前国内外的便携式仪器，都是检测单一参数或两项参数，有的多项参数的仪器只是覆盖了血糖，胆固醇的信息，没有四个参数同时得到的便携式仪器。
另外，绝大部分家用血液分析仪器操作复杂，要通过多个步骤：开机；选择检测指标；准备试纸条；采样；等待；输出结果。部分家用分析仪器实际上也不便于携带。
发明内容
为了解决现有血液分析仪检测生理参数单一，操作步骤复杂，不便于携带的问题，本发明基于自动化技术，提供了一种便携式全自动血液分析仪，能够同时或分步地对血糖、乳酸、胆固醇和酮体四个生理参数进行测量，方便、快速、精确地自动进行血液分析，得到测试结果，给出患者血糖高低指示。
本发明所述的便携式全自动血液分析仪，其特征在于：该血液分析仪包括单片机、信号检测模块、控制信号变换模块和液晶显示模块；所述的信号检测模块包括将酶电极的微电流信号转化为电压信号的放大、滤波电路，所述的滤波电路的输出端与单片机的A/D转换输入端相连；控制信号变换模块的D触发器的输出端与单片机的外部中断1相连；液晶显示模块的控制信号端和数据信号端分别与单片机相应的I/O端口相连；所述单片机存储结构化的程序，并按如下步骤执行：
1)首先，进行仪器的初始化；
2)单片机收到控制信号变换模块发出的外部中断1中断服务请求后，启动外部中断1中断服务程序，首先判断电源电压是否正常，如果电源电压不正常，则关机；如果正常则通过液晶显示模块显示“等待”字样，并判断酶电极是否已有滴血，如果没有滴血则等待滴血，如果酶电极有血，则进行步骤3)；
3)单片机收到控制信号变换模块发出的外部中断0中断服务请求后，执行外部中断0中断服务程序，判断需要检测的参数，依次调用相应的检测子程序执行步骤4)进行检测；
4)设定所检测参数的血样本反应时间，选择相应的A/D转换通道，将保存转换结果后，将结果值输出给液晶显示模进行显示，然后退出此检测指标的检测子程序；
5)执行完所有检测子程序后，返回中断0服务程序；延时后，自动关机。
本发明所述的单片机采用AdμC812芯片。
本发明所述的控制信号变换模块主要由74HC175芯片和74HC04芯片组成，其中74HC04芯片的信号输出端和74HC175芯片的片选信号端相连；74HC175芯片作为D触发器，其输出端与单片机的外部中断1相连；74HC04芯片的信号输入端和单片机的模拟转换口相连，74HC04芯片的信号输出端和单片机相应的I/O端口相连。
便携式全自动血液分析仪的特点：
●多指标一次性完成，且指标可以根据需要组合，例如一次检测血糖、乳酸、胆固醇和酮体四个指标，或者一次只检测其中一个指标，或者一次检测其中两个或三个指标，可以任意组合。本特点可以在兼顾检测功能多样化的情况下降低使用成本。
●无按键，全自动，操作简单，不需要开机和选择检测指标，在插入试纸条及正确采样后，仪器即可以自启动，自动确定检测指标，自动等待并依次显示检测结果。
●仪器自动检测所用电池的电量，电量不足的时候在屏幕上报警，点亮“电量不足”显示，采用中文显示有利于使用者关注。
●仪器自动判断输出结果是否正常，判断结果显示为：偏高、正常、偏低。有利于使用者直观判断检测结果。
附图说明
图1为血液分析仪的电路原理框图。
图2为血液分析仪的电路原理图。
图3为主程序流程图。
图4为外部中断1流程图。
图5为外部中断0流程图。
图6为血糖等检测子程序。
具体实施方式
本发明所述的便携式全自动血液分析仪的工作过程：当将酶电极插入血液分析仪的插槽开始检测时，由于酶电极内部1端与4端是导通的，由于4端接地，1端连接在D型触发器74HC175上用以触发单片机的中断1(P3.3管脚)。当1端为低电平时，中断被触发，单片机由节电模式进入到正常工作模式，仪器实现自动开机，无需按键。滴血在酶电极后产生的微电流非常小，不便于直接测量，所以将其先转换成电压信号。滤波的目的主要是去除干扰信号，使得测试更加精确。这些干扰信号主要来自电源和各种因素产生的系统噪声。经过处理后的电压值输入单片机，单片机内有自带的A/D，并经过计算得出各检测指标，再利用液晶显示将结果显示出来。滴血后，开始自动计时，15秒后即可显示血糖测试结果，提示患者血糖范围；60秒左右即可显示乳酸和酮体的检测结果；180秒左右即可显示胆固醇的检测结果。停止操作三分钟后，自动关机。
(一)硬件部分
如图1所示，本发明包括单片机、信号检测模块、控制信号变换模块、液晶显示模块等几个主要部分。检测是通过固化在检测样条表面的酶电极上滴血实现的。仪器的供电是由两块3V串连的纽扣电池，图2中的VDD是仪器的电源电压。VCC为除单片机以外的其它元件供电。当仪器正常工作时，单片机令I/O口为高电平，此时，VCC为高电平，可以给电路正常供电；当仪器关机时，单片机令I/O口为低电平，此时，VCC为低电平，以达到节电的目的。整个系统的节电是由软件来实现的，当测试功能完成后，调用CLOSE子程序关闭液晶显示器电源，单片机进入节电模式状态。同时，利用单片机本身的电源监视寄存器PSMCON来监控仪器的供电电压是否下降到2.93V，如果是，则通过液晶显示出电量不足，提醒用户更换电池。
参见图2，详细介绍本发明的各个模块：
(1)单片机
单片机主要负责信号的采集、运算、处理等一系列的过程，它是整个机器控制的核心部分。本发明的单片机选用ANALOGDEVICES公司的ADμC812芯片，它具有8路高精度的12位A/D转换器、三个定时器、片内带有8KB的闪速/电擦除(Flash/EE)程序存储器、640B的闪速/电擦除数据存储器以及256B的SRAM，它还具有最多能接64MB的外部数据存储器、内部节能模式、具有和8051兼容的内核，它的指令系统也与51系列兼容。晶振选用12MHz，连接到单片机的脚32、33端，单片机的I/O端口P2.0、P2.7分别连接到液晶显示模块的片选端CS、写信号端WR，P0.0连接到液晶显示模块的数据信号端DATA，P2.2、P2.3、P2.4、P2.5分别连接到控制信号变换模块的74HC04芯片的Y1～Y4端，而74HC04芯片的a1～a4端分别连接到单片机的ACH0～ACH3，这样连接的目的主要是为了通过74HC04的非门电路，实现电平的变换达到检测项目的自动识别功能。具体电路见图2的2区范围。
(2)信号检测模块
信号检测模块的主要功能是检测酶电极与血液反应所产生的微电流信号，经过处理使其转变成更便于识别的电压信号。
当把全血滴到检测酶电极上后，通过酶电极的电化学反应产生一定的微电流，后经LM324放大电路放大后，再经过二极管D1、D2、D4、D5以及R1、R2、R3、R10、C1、C3、C6等组成的电压变换及滤波电路，可把除去噪声的电压信号送到单片机的ACH0～ACH3进行模数转换(A/D转换)将模拟信号变成数字信号，供单片机的处理、控制和液晶显示用。其中二极管D1和D2和电阻R3起到对单片机A/D口输入保护的作用，C2起到滤波的作用。
每路信号在接入单片机之前通过或门芯片74HC04接到ADμC812芯片的P2.2、P2.3、P2.4、P2.5腿。单片机通过对这4个管脚的高低电平的辨别，用以判断哪几路电路有信号，进而得知本次开机是进行的哪几种指标的测试。具体电路见图2的1区部分。
(3)控制信号变换模块
控制信号变换模块主要由74HC175和74HC04两块集成芯片构成，其中74HC175是D触发器，它负责将酶电极插入电极插槽时所产生的电平信号转变成脉冲信号实现外部中断，从而可达到无按键的操作。单片机的P2.2、P2.3、P2.4、P2.5分别与74HC04的1Y、2Y、5Y、6Y相连，1A、2A、5A、6A分别连接到单片机的模拟转换输入端口ACH0、ACH1、ACH2、ACH3，从而可实现自动识别相应的测试项目的功能。具体电路见图2的3区范围。
(4)液晶显示模块
液晶显示模块如图3所示，主要负责检测数据的显示，包括工作状态、测试模式等。4位8段液晶显示模块显示倒计时时间和最终测试数据。数据上方的一排文字分别是血糖、胆固醇、乳酸、酮体、电量不足。前四个分别对应当前显示数据显示，指示数据是哪种指标，电量不足指示仪器所用电池的电量不足。数据下放的一排文字分别是校正、等待、超量程、错误。校正是检测样条插入后仪器自动判别要检测的目标，等待是校正完成后等待使用者在检测样条上滴血，超量程和错误分别用来判断仪器使用中的两种误操作。数据右方的文字分别是偏高、适中、偏低，是将测试数据与正常范围对比后，给使用者一个直观的结果，告诉使用者某项指标是正常，还是比正常值高，还是比正常值低。稍低下面是两组单位：mmol/L和mg/dl，分别对应不同指标要求的不同单位。具体电路见图2的第4区。
单片机的I/O端口P2.0、P2.7分别连接到液晶显示模块的片选端口CS、写信号端WR，P0.0连接到液晶显示模块的数据信号端DATA，从而可保证数据的写操作和控制功能的实现。
(二)软件实现
本系统的软件部分是根据硬件电路的功能模块而实现的，它主要由主程序、血糖等子程序、外部中断0、外部中断1中断程序、清屏、写代码、写地址、写数据、读数据、满屏显示、数据显示、延时、数据转换子程序等组成，整个系统程序都是采用结构化方式进行设计的。现将程序的工作情况介绍如下：
(1)主程序
主程序主要是完成一些初始化设定，如寄存器的初始化、中断向量地址的设定、清屏子程序的调用等，然后等待相应的中断。若发现哪个中断请求了中断，则主程序就转到相应的中断服务程序，等中断处理完毕后又回到主程序等待中断。流程框图见图3所示。
(2)外部中断1中断程序
外部中断1服务程序主要是负责中断功能的激活、满屏显示、液晶屏的初始化、电源电压的高低判断、上次检测结果的显示、电极参数的校正、外部中断0的设定等准备工作。当测试酶电极插入电极插槽后，可产生一个低电平脉冲，低电平脉冲送到ADμC812芯片的外部中断1入口(P3.3)后，向单片机申请中断。当单片机允许外部中断后即可进入外部中断1中断服务程序，进入步骤62，即中断服务程序后，首先执行步骤63、64，调初始化子程序、满屏显示子程序及显示上次结果子程序，接着进入步骤65-1判断电源监视寄存器PSMCON的第四位是否为高电平，若为高电平，则调用显示电压过低子程序并在液晶显示器上显示出“电量不足”字样，提醒用户更换电池，同时退出测试并进入关机步骤70；若PSMCON的第四位为低电平则进入到步骤65，判断中断0的标志位是否为1，若为1，则表示提前滴血了(因为只有在退出中断1时，才有可能发生中断0，若此之前发生了中断0，则可判断为提前滴血了)，并进入到步骤69，调用显示错误操作子程序，并延时3分钟后自动关机；若不为1，则进入到步骤65-2，调用显示“等待”子程序，同时调用校正子程序进行参数校正；当程序进入到步骤66时，判断是否滴血了，若未滴血则返回到前一步骤，若滴血了则开放中断0，并调用关闭显示“等待”字样，然后退出外部中断1，进入到外部中断0。程序流程框图如图4所示。
(3)外部中断0中断程序
外部中断0服务程序主要负责四个酶电极中的哪些电极需要测试，以便进入相应的测试程序。同时开通相应的A/D转换模拟端口，控制待测试电极中样本的反映时间，然后退出中断服务程序。具体过程是：当操作人员在测试的酶电极上滴上血样本后，单片机负责检测外部中断输入信号的P3.2口便产生一个低电平脉冲，此脉冲即可向单片机申请中断，当得到中断服务许可权后，程序便进入外部中断0服务程序。进入服务程序后，通过检测连接到单片机的模拟转换口P2.2，P2.3，P2.4，P2.5(I/O口)的电平变化，即可得知需要测试的是哪些血相组合参数。例如当程序进入到步骤8，判断P2.2的电平高低情况，若为高电平，则进入到步骤18再判断P2.3电平的高低，若也是高电平，那么进入到步骤21再判断P2.4的电平，如果也是高电平，则进入到步骤28调用胆固醇检测子程序，在这个子程序里完成一系列的子程序调用过程，如A/D转换通道的选择、A/D结果值的保存、显示子程序的调用等过程，具体工作过程可参考图5。然后关闭外部中断0，开放外部中断1，为下此测试做好准备，接着退出外部中断0；如果为低电平，则进入到步骤25判断P2.5的电平情况，如果也是低电平，则进入到步骤26、27调用乳酸和胆固醇检测程序(测试乳酸和胆固醇两项)，在这两个子程序里完成一系列的子程序调用过程，如A/D转换通道的选择、A/D结果值的保存、显示子程序的调用等过程，具体工作过程可参考图5。然后关闭外部中断0，开放外部中断1，为下此测试做好准备，接着退出外部中断0。其它项目的检测判断过程类似于上面所叙述的过程，详细情况可参考图5的程序流程框图。
(4)血糖、乳酸等检测子程序
这里，以血糖子程序为例进行说明。当进入到步骤56、57后，调用计数时间值，这个值就是酶电极跟血样本的反应时间值。这时开始倒计时，等计时到零后开始选择A/D转换通道，同时启动A/D转换并存取转换结果值。进入到步骤60后，调结果显示子程序显示测得的结果值，然后退出子程序。其它的几个子程序，如乳酸子程序、酮体子程序、胆固醇子程序等的工作原理跟血糖是一样的，这里就不多述了，详细情况见图6的流程框图所示。
Claims (3)
1.便携式全自动血液分析仪，其特征在于：该血液分析仪包括单片机、信号检测模块、控制信号变换模块和液晶显示模块；所述的信号检测模块包括将酶电极的微电流信号转化为电压信号的放大、滤波电路，所述的滤波电路的输出端与单片机的A/D转换输入端相连；控制信号变换模块的D触发器的输出端与单片机的外部中断1相连；液晶显示模块的控制信号端和数据信号端分别与单片机相应的I/O端口相连；所述单片机存储结构化的程序，并按如下步骤执行：
1)首先，进行仪器的初始化；
2)单片机收到控制信号变换模块发出的外部中断1中断服务请求后，启动外部中断1中断服务程序，首先判断电源电压是否正常，如果电源电压不正常，则关机；如果正常则通过液晶显示模块显示“等待”字样，并判断酶电极是否已有滴血，如果没有滴血则等待滴血，如果酶电极有血，则进行步骤3)；
3)单片机收到控制信号变换模块发出的外部中断0中断服务请求后，执行外部中断0中断服务程序，判断需要检测的参数，依次调用相应的检测子程序执行步骤4)进行检测；
4)设定所检测参数的血样本反应时间，选择相应的A/D转换通道，将保存转换结果后，将结果值输出给液晶显示模进行显示，然后退出此检测指标的检测子程序；
5)执行完所有检测子程序后，返回中断0服务程序；延时后，自动关机。
2.根据权利要求1所述的便携式全自动血液分析仪，其特征在于：所述的单片机采用AdμC812芯片。
3.根据权利要求1或2所述的便携式全自动血液分析仪，其特征在于：所述的控制信号变换模块主要由74HC175芯片和74HC04芯片组成，其中74HC04芯片的信号输出端和74HC175芯片的片选信号端相连；74HC175芯片作为D触发器，其输出端与单片机的外部中断1相连；74HC04芯片的信号输入端和单片机的模拟转换口相连，74HC04芯片的信号输出端和单片机相应的I/O端口相连。
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2003
- 2003-06-18 CN CN 03137564 patent/CN1272630C/zh not_active Expired - Fee Related
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