基于單片機的血粘度測量系統設計

王美嬌++孫琪++李美萱

摘 要：血液粘度值作為診斷疾病轉歸和療效判斷的主要指標，具有非常重要的臨床意義。為了準確測量血液粘度值，該文以低功耗單片機ATmega128作為主控制芯片，設計了系統主控模塊、數據采集模塊、通信模塊及驅動模塊，完成了主控模塊、驅動模塊及通信模塊的軟件程序設計。所設計血粘度測試系統經過實際測試，結果表明系統與市場同類型血粘度儀相比，具有成本低、精度高、誤差小、重復性好等優點，可滿足一般中小型醫院及社區醫院對血粘度測量的需求。

關鍵詞：血粘度 測試 單片機 ATmega128 數據采集

中圖分類號：R446 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）03（a）-0112-02

血液粘度指的是當血液流動時，血液內部各分子之間以及血液與血管壁之間所產生的摩擦或粘性阻力。大量臨床研究表明，血液粘度高會直接或間接導致危害人類健康的諸如冠心病、腦血栓、心肌梗塞、動脈硬化癥、高血壓病、高血脂癥等常見病。可以說，血液粘度值常被作為診斷疾病和判斷療效的重要指標，因此血液粘度的檢測具有非常高的臨床價值。

血液粘度測量儀器雖然在國內較為普遍，但功能較單一、操作繁瑣、檢測數據誤差較大。雖然目前已產生了各種各樣性能優良的流變學檢測儀器，但由于檢測時需要抽取一定量血，在體檢普查時受到一定使用限制，特別是在需要重復檢測以及動態觀察的場合，更難以實現[1]。基于以上分析和市場調研，該文設計了一種基于單片機的血液粘稠度測量系統。

1 血液粘度測量原理

血液粘度是血液流變學的重要指標，其變化符合如下規律：血液粘度在低切變率下較高，而隨著切變率的升高，血液粘度會逐漸降低，直到切變率達到一定數值時，血液粘度此時接近恒值。測定血液粘度的方法主要有兩種：一種是最初的毛細管法，其理論依據是泊肅葉定律；第二種是旋轉法，其理論依據是粘度的定義，即粘度是切變應力和切變速度的比值，所以只要已知切變速度和切變應力就能計算出血粘度值。其中，錐板旋轉法以其用血量少、測量時間短而得到普遍采用[2]。該設計采用錐板旋轉式測量方法，在錐體與平板之間加入待測血液樣本，驅動錐體與齒盤加速旋轉。通過測速傳感器檢測并計算齒盤的旋轉速度。當速度達到一定值后撤銷驅動力，此時被測血液的粘度會對錐體產生阻力，使得錐體快速衰減。再通過測量齒盤轉速衰減來計算被測血液對錐體的阻力矩，并根據這個阻力矩和轉速，計算出該切變率下的粘度，推導出粘度計算公式如下：

其中為粘度；為與椎體構型有關的儀器常數；M為錐體受到的阻力矩；為錐體旋轉的角速度；J為錐體旋轉慣量；Ms為系統阻力矩；為瞬時角加速度。最后通過標定確定s，J，從而得到血液粘度的值。

2 系統硬件設計

所設計的血液粘稠度測量系統由控制模塊、數據采集模塊、驅動模塊、通信模塊、顯示模塊及上位機組成，其中，控制模塊是硬件系統的核心，采用AVR單片機ATmega128作為主控芯片。AVR單片機具有獨立的數據和程序總線，CPU在執行一條指令的同時讀取下一條指令，可得到最大程度的性能及并行性。AVR單片機內部集成Flash、EEPROM和SRAM共3種存儲器，能夠更好地采用高級語言來編寫嵌入式系統程序[3]。

數據采集模塊實現待測血液粘度數據的采集，該系統通過測速傳感器與主控模塊實現采集。測速傳感器是一款光電式測速傳感器，可測得被測體的轉角和轉速。

通信模塊作用是實現控制模塊與上位機及控制模塊之間的通信。單片機通過串口接收計算機發來的指令，將命令以CAN通信的方式發送出去，并將數據采集模塊采集到的數據按照串口的通信協議上傳給計算機。系統電路采用電平轉換芯片MAX232來實現電路板與上位機的電平匹配。

驅動模塊主要包括電機驅動板、電磁泵驅動板和機芯驅動板。由單片機控制電機的運行方向和步數，控制電磁泵是否工作，控制機芯旋轉[7]。

3 系統軟件設計

系統軟件采用C語言編寫，根據系統任務需求，主要編寫了主控模塊的程序，實現測試系統與計算機之間的指令接收和數據傳送，將從上位機接收到的命令通過CAN通信接口發送給下一層單元，并使用CAN接收到下層單元返回來的數據來控制電機。主控模塊軟件流程圖如圖1所示。

4 結語

該文主要研究血液粘度檢測方法，以ATMEL公司的AVR單片機作為控制核心，采用錐板旋轉式測量方法，測量人體的血粘度。介紹了血液粘度測量原理，探討了目前血液粘度檢測技術，設計了血粘度測量硬件系統，編寫了軟件測試程序，詳細介紹了各個模塊的功能及實現方案。

參考文獻

[1] 韓建新，王學民，王明時.在體實時血液粘度的測量研究[J].生物醫學工程學報，2007，17（3）：313-315.

[2] 趙秋生，高衛平.通用型錐板血液粘度計的研制[J].醫療衛生裝備，2002（2）：10-11.

[3] 郝宋.基于AVR的血粘度儀設計[D].太原理工大學，2010.