基于STM32的便携式糖化血红蛋白检测系统

李云浩 周威 项一丹 王梓茂 陈均

摘要：随着生活质量的提高，越来越多的人患上了糖尿病，而糖化血红蛋白是糖尿病病人常见的检测指标。一般情况下，病人测量血糖时只能测某一时刻的血糖浓度，容易受饮食，运动等外部环境干扰，但是如果是测量糖化血红蛋白，它反映的是三个月内血糖的平均水平，更有利于病人控制自己的病情。基于这种情况，提出了一种基于STM32的半自动化的、便携式的糖化血红蛋白检测系统，采集病人的指尖血，配合体外诊断试剂，利用光反射比色法测量，并及时得到反馈数据，有利于病人血糖的控制。该系统不仅适用于医院，还适用于病人个体，极为方便。

关键词：糖尿病；糖化血糖蛋白；比色法；STM32；便携式

中图分类号：TP393 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）09-0246-03

Abstract： With the improvement of quality of life， more and more people are suffering from diabetes， and glycosylated hemoglobin is a common test indicator for diabetic patients. Classically when a patient measures blood sugar， he can only measure the blood sugar concentration at a certain moment， and it is easily interfered by the external environment such as diet and exercise. However， if it measures glycosylated hemoglobin， it reflects the average level of blood glucose within three months， which is more conducive to patients controlling themselves condition. Based on this situation， a semi-automated， portable glycosylated hemoglobin detection system based on STM32 was proposed. The patient's fingertip blood was collected， combined with in vitro diagnostic reagents， measured by light reflection colorimetry， and feedback data was obtained in time. Conducive to the control of the patient's blood sugar. The system is not only suitable for hospitals， but also for individual patients， which is extremely convenient.

Key words：diabetes； glycosylatedhemoglobin ；colorimetric method； STM32； Portable

随着国内生活水平的提高，人们的饮食摄入量越来越多，相应的糖尿病患者也随之而增加。有调查显示：据估计，2017年全球患病人数约为4.25亿，预计到2045年将达到6.29亿。我国是全球糖尿病人数最多的国家，2017年糖尿病人数为1.14亿，预计到2045年将达到 1.5亿左右。糖尿病患者若是血糖长期控制不佳，可能会导致器官组织损坏，成为“万病之源”，伴发各种器官，尤其眼，心脏，血管，肾，神经损坏或者器官功能不全或衰竭，严重可能会致患者病入膏肓。而糖化血红蛋白是糖尿病病人常见的检测指标。一般情况下，病人测量血糖时只能测某一时刻的血糖浓度，容易受饮食，运动等外部环境干扰，但是如果是测量糖化血红蛋白，它反映的是三个月内血糖的平均水平，更有利于病人控制自己的病情。这种情况下，便携式的糖化血红蛋白检测装置应运而生，它能够有效监测人体内糖化血红蛋白含量，人们只需要在小型社区医院就可以检查体内糖化血红蛋白含量，因此，便携式的糖化血红蛋白检测装置已经成为血糖控制和社区医院迫切需求的技术发展趋势，在这样的情况下，我们开发了一套能够检测血液中糖化血红蛋白含量的便携式装置。

1便攜式糖化血红蛋白检测装置整体设计

整个装置采用STM32F107芯片为核心，系统主要分为以下六个模块：显示屏、主控板、信号采集模块、LED驱动模块、功能控制模块以及打印模块，主要通过功能控制模块从显示屏上选择功能，然后将信号采集模块放置在特制的检测仓中，驱动检测LED，信号采集模块将采集到的信号通过串口发给主控板，主控板通过一系列算法将信号整合，得到处理结果，并将检测结果通过打印机打印出来。

2便携式糖化血红蛋白检测装置机械设计

2.1 反射式采样手柄

由于是便携式检测装置，整个装置要满足体积小，功能齐全，稳定性高的特点。因此，我们采用了手柄和控制台相连的方式，将采集装置和分析装置分开，将光电二极管和LED安装在手柄头，不同波段的LED环绕在光电二极管四周，这样LED在照射血样时，光电二极管可以采集到样本反射回来的光所产生的电压。手柄外壁有一个可以伸缩的外壳，在检测时，手柄外套会盖住手柄头，这样可以避免外界光对检测的干扰。

2.2 整机结构

为了实现便携式的特点，整个装置的设计要有小巧，方便，快捷的特点，适合社区医院或者家庭用户 使用。屏幕选用5寸显示屏，这样显得更为小巧，容易将显示屏、打印机、主控板整合在一起。

3系统控制部分设计

3.1 LED选型设计

采用免疫比浊法，将特定试剂滴入样本中，不同波段LED在照射样本时，样本对光的吸收能力不一样，因此，我们选用610nm波段的红色LED和405nm波段的蓝色LED，这样可以用这两种颜色来计算糖化血红蛋白的含量，光电二极管选用VTB1113H。

3.2 控制系统

STM32F107是意法半导体推出全新STM32互连型（Connectivity）系列微控制器中的一款性能较强产品，此芯片集成了各种高性能工业标准接口，且STM32不同型号产品在引脚和软件上具有完美的兼容性，可以轻松适应更多的应用，包括定时器，AD数模转换器，DA模拟转换器，串口等外设。此外，还有更多的固件和调试工具提供给开发者，还可以进行在线调试，为项目开发节省了大量开发周期，所以在本课题中选择STM32F107作为主控芯片，选择25MHZ晶振作为外部时钟信号，其主要原理图如图1所示。

3.3 电源模块

本系统中所要使用的电压有+3.3V、+5V、+24V。+24V输出的开关电源选用明伟RPS-300-24医疗开关电源，医疗开关电源相对于普通开关电源来说，输出要稳定很多，能够有效避免杂波对采集信号的干扰，而+5V和+3.3V需要通过电压转换芯片转换，本设计选择LM2596-5和ASM1117-3.3V芯片。首先使用LM2596-5将电压降至+5V，然后再使用ASM1117-3.3V稳压芯片将+5V稳至+3.3V，如图2所示。

3.4 LED驱动模块

由于光电二极管对光强很敏感，因此，在设计LED驱动个电路时，需要考虑到使用LED恒流驱动电路，这样LED发出的光才是纯粹的单色光。我们选用了LC1912恒流源驱动芯片，LC1912是一款超低工作电压的LED恒流驱动器，是专门针对输入电压较低的多串LED驱动设计的一款电路。其恒流精度为2%，温度稳定性非常好，电流精度远高于一般LED恒流驱动器的5-10%。LC1912应用电路非常简单，只需要一个小电容和输出设定电阻，外围成本几乎没有。LC1912恒流源驱动芯片本身为微小的SOT23-3封装，可以和LED贴片灯串一起做在非常小的电路板上，驱动的电流可以自由设定，设定方式为在REF对地接一个电阻。LED驱动电路如图3所示。

3.5光电二极管电路设计

采用VTB1113H光电二极管，在320nm到1100nm波段的光比较敏感，因此能够很好地采集到光信号的变化，使用LM358双路运放，将放大的电压通过AD转换电路采集。光电二极管电路如图4所示。

3.6 AD转换电路

本设计采用了AD7606作为我们的AD转换芯片，AD7606芯片是ADI公司的16位同步采样数模数据采集系统（DAS），拥有8通道同时200KHZ频率采集，使用SPI接口，输入范围为正负5V，可以精確采集到反射光强的变化，采集精度可以达到2MV，采集到的电压信号用过SPI接口发送到主控芯片中，其电路图如图5所示。

4 软件设计

软件设计主要是通过将检测手柄放在检测板上，密闭好后，打开对应的LED，AD采集电路采集信号，传到主控芯片进行计算，得出检测结果，并通过打印机打印出来，得到标准的病人糖化血红蛋白含量。

5 总结

本文通过调查近年来血红蛋白检测装置，并对其进行了研究。目前，通过检测反射光的强度来计算糖化血红蛋白的含量的方法已经比较成熟，但是在检测精度方面还存在一些问题，只能定性检测而做不到定量检测，因此本系统提高了采集电路的性能，使检测精度更高一些。

参考文献：

[1] 冯仁丰.糖化血红蛋白标准化和检测准确度现状[J].检验医学，2016，31（5）：345-349.

[2] 赵耀.糖化血红蛋白筛查和诊断糖尿病及糖尿病前期的切点分析[J].中国实用医药，2016， 11（31）：70-71.

[3] 李顺君，黄文芳，饶绍琴，等.糖化血红蛋白测定方法学评价[J].检验医学与临床，2007，4（5）：381-381.

[4] 居漪.糖化血红蛋白检测技术和质量控制[J].检验医学，2010， 25（11）：914-917.

[5] 郑喆俊.宽带超声电机驱动电源研究[D].上海交通大学，2008.

[5] 胡进访，吴雁.糖化血红蛋白检测方法学的研究进展[J].医学综述，2010，16（13）：2047-2050.

[6] 赵翠伶，王丽娟，王连英，等.不同糖化血红蛋白检测方法在临床中的应用探讨[J].中国医刊，2013， 48（8）：35-36.

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