基于单片机的血粘度测量系统设计

王美娇++孙琪++李美萱

摘 要：血液粘度值作为诊断疾病转归和疗效判断的主要指标，具有非常重要的临床意义。为了准确测量血液粘度值，该文以低功耗单片机ATmega128作为主控制芯片，设计了系统主控模块、数据采集模块、通信模块及驱动模块，完成了主控模块、驱动模块及通信模块的软件程序设计。所设计血粘度测试系统经过实际测试，结果表明系统与市场同类型血粘度仪相比，具有成本低、精度高、误差小、重复性好等优点，可满足一般中小型医院及社区医院对血粘度测量的需求。

关键词：血粘度 测试 单片机 ATmega128 数据采集

中图分类号：R446 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）03（a）-0112-02

血液粘度指的是当血液流动时，血液内部各分子之间以及血液与血管壁之间所产生的摩擦或粘性阻力。大量临床研究表明，血液粘度高会直接或间接导致危害人类健康的诸如冠心病、脑血栓、心肌梗塞、动脉硬化症、高血压病、高血脂症等常见病。可以说，血液粘度值常被作为诊断疾病和判断疗效的重要指标，因此血液粘度的检测具有非常高的临床价值。

血液粘度测量仪器虽然在国内较为普遍，但功能较单一、操作繁琐、检测数据误差较大。虽然目前已产生了各种各样性能优良的流变学检测仪器，但由于检测时需要抽取一定量血，在体检普查时受到一定使用限制，特别是在需要重复检测以及动态观察的场合，更难以实现[1]。基于以上分析和市场调研，该文设计了一种基于单片机的血液粘稠度测量系统。

1 血液粘度测量原理

血液粘度是血液流变学的重要指标，其变化符合如下规律：血液粘度在低切变率下较高，而随着切变率的升高，血液粘度会逐渐降低，直到切变率达到一定数值时，血液粘度此时接近恒值。测定血液粘度的方法主要有两种：一种是最初的毛细管法，其理论依据是泊肃叶定律；第二种是旋转法，其理论依据是粘度的定义，即粘度是切变应力和切变速度的比值，所以只要已知切变速度和切变应力就能计算出血粘度值。其中，锥板旋转法以其用血量少、测量时间短而得到普遍采用[2]。该设计采用锥板旋转式测量方法，在锥体与平板之间加入待测血液样本，驱动锥体与齿盘加速旋转。通过测速传感器检测并计算齿盘的旋转速度。当速度达到一定值后撤销驱动力，此时被测血液的粘度会对锥体产生阻力，使得锥体快速衰减。再通过测量齿盘转速衰减来计算被测血液对锥体的阻力矩，并根据这个阻力矩和转速，计算出该切变率下的粘度，推导出粘度计算公式如下：

其中为粘度；为与椎体构型有关的仪器常数；M为锥体受到的阻力矩；为锥体旋转的角速度；J为锥体旋转惯量；Ms为系统阻力矩；为瞬时角加速度。最后通过标定确定s，J，从而得到血液粘度的值。

2 系统硬件设计

所设计的血液粘稠度测量系统由控制模块、数据采集模块、驱动模块、通信模块、显示模块及上位机组成，其中，控制模块是硬件系统的核心，采用AVR单片机ATmega128作为主控芯片。AVR单片机具有独立的数据和程序总线，CPU在执行一条指令的同时读取下一条指令，可得到最大程度的性能及并行性。AVR单片机内部集成Flash、EEPROM和SRAM共3种存储器，能够更好地采用高级语言来编写嵌入式系统程序[3]。

数据采集模块实现待测血液粘度数据的采集，该系统通过测速传感器与主控模块实现采集。测速传感器是一款光电式测速传感器，可测得被测体的转角和转速。

通信模块作用是实现控制模块与上位机及控制模块之间的通信。单片机通过串口接收计算机发来的指令，将命令以CAN通信的方式发送出去，并将数据采集模块采集到的数据按照串口的通信协议上传给计算机。系统电路采用电平转换芯片MAX232来实现电路板与上位机的电平匹配。

驱动模块主要包括电机驱动板、电磁泵驱动板和机芯驱动板。由单片机控制电机的运行方向和步数，控制电磁泵是否工作，控制机芯旋转[7]。

3 系统软件设计

系统软件采用C语言编写，根据系统任务需求，主要编写了主控模块的程序，实现测试系统与计算机之间的指令接收和数据传送，将从上位机接收到的命令通过CAN通信接口发送给下一层单元，并使用CAN接收到下层单元返回来的数据来控制电机。主控模块软件流程图如图1所示。

4 结语

该文主要研究血液粘度检测方法，以ATMEL公司的AVR单片機作为控制核心，采用锥板旋转式测量方法，测量人体的血粘度。介绍了血液粘度测量原理，探讨了目前血液粘度检测技术，设计了血粘度测量硬件系统，编写了软件测试程序，详细介绍了各个模块的功能及实现方案。

参考文献

[1] 韩建新，王学民，王明时.在体实时血液粘度的测量研究[J].生物医学工程学报，2007，17（3）：313-315.

[2] 赵秋生，高卫平.通用型锥板血液粘度计的研制[J].医疗卫生装备，2002（2）：10-11.

[3] 郝宋.基于AVR的血粘度仪设计[D].太原理工大学，2010.