一种针对普鲁士蓝膜生物电极的检测电路的制作方法

本发明涉及一种针对普鲁士蓝膜生物电极的检测电路，属于检测电路技术领域。

背景技术：

葡萄糖作为生物体内重要的供能物质，与人类生活息息相关。对葡萄糖的检测，在食品工业中的质量检测，化工发酵过程的控制及糖尿病病情诊断有着重要的意义。

在发酵工业中，葡萄糖是很多发酵产物的主要碳源，发酵液的葡萄糖浓度直接影响到发酵产物的产率与质量。在发酵前期，如果葡萄糖浓度太高，容易对菌体生长产生阻遏、抑制和限制作用；在发酵后期，如果葡萄糖浓度过低，则会限制菌体生长和产物合成。

因此，发展葡萄糖的检测技术显得尤为重要。

葡萄糖的传统检测方法有光学法和电化学法。其中，电化学法中的酶电极法因具有高的灵敏度、优良的选择性和操作简便等优点受到广泛关注。

而普鲁士蓝(pb)是一种无机铁氰配位化合物，由于其优良的电化学可逆性、稳定性及对过氧化氢具有特异性的电催化活性，被广泛用于酶电化学生物传感器中。

技术实现要素：

基于普鲁士蓝膜的生物传感器是三电极结构的，其工作原理是葡萄糖与普鲁士蓝膜上的酶在三电极检测电路系统的作用下发生酶促反应，产生与待测液体中葡萄糖浓度成比例的电流信号。本技术要解决的问题是提供一种针对普鲁士蓝膜生物电极的检测电路。将基于普鲁士蓝膜的生物传感器与本发明的检测电路连接，并通过检测电路实现将电流信号转换为电压信号进行输出。

现有技术缺点是：目前检测葡萄糖的方法主要有高效液相色谱法、气相色谱法、分光光度法、近红外、电化学生物传感器等。其中，高效液相色谱法应用范围最为广阔，但其需要昂贵的大型仪器设备，且不便于携带；气相色谱法精度相对较高，但需对葡萄糖进行硅醚处理，操作复杂；分光光度法需加入显色剂，会污染葡萄糖溶液，操作过程比较繁琐，检测精度低；

本发明的目的是，相较于其他现有技术，利用普鲁士蓝膜生物传感器法具有线性检测范围宽、灵敏度高等优点，且成本较低。本发明是一种针对普鲁士蓝膜生物电极的检测电路，目的在于对此类灵敏度高、稳定性好及抗干扰能力强的生物传感器的信号进行稳定传输，将电流信号转化为一定比例的电压信号进行输出。

本发明采用如下技术方案：一种针对普鲁士蓝膜生物电极的检测电路，其特征在于，包括主芯片、lmp91000芯片、第一接线端子、第二接线端子、三芯屏蔽线、连接器、普鲁士蓝膜生物电极传感器、基准电源，所述主芯片与所述lmp91000芯片相连接，所述lmp91000芯片分别与所述第二接线端子、所述基准电源相连接，所述第二接线端子与所述第一接线端子相连接，所述第一接线端子通过所述三芯屏蔽线与所述连接器相连接，所述连接器与所述普鲁士蓝膜生物电极传感器相连接，所述lmp91000芯片与所述第二接线端子之间、所述第一接线端子与所述三芯屏蔽线之间均设置有屏蔽层。

作为一种较佳的实施例，lmp91000芯片的12号引脚、13号引脚、14号引脚、15号引脚分别接第二接线端子的工作电极we、参考电极re、对电极ce、lmp91000芯片与第二接线端子之间的屏蔽层，第一接线端子的工作电极we、参考电极re、对电极ce分别接三芯屏蔽线的工作电极we、参考电极re、对电极ce，三芯屏蔽线的工作电极we、参考电极re、对电极ce分别与连接器的工作电极we、参考电极re、对电极ce相连接。

作为一种较佳的实施例，lmp91000芯片的1号引脚接地；lmp91000芯片的2号引脚接主芯片，作为模块使能；lmp91000芯片的3号引脚接电阻r2的一端，电阻r2的另一端连接主芯片，用来给i²c接口兼容接口时钟信号；lmp91000芯片的4号引脚接电阻r3的一端，电阻r3的另一端连接主芯片，用来给i²c接口兼容接口数据；lmp91000芯片的3号引脚与lmp91000芯片的4号引脚之间连接有电阻r4、电阻r5，用来防止通讯信号回波。

作为一种较佳的实施例，lmp91000芯片的6号引脚分别接电源vcc、电容c6的一端，电容c6的另一端接地，用来对供电电压进行滤波；lmp91000芯片的7号引脚接地。

作为一种较佳的实施例，lmp91000芯片的8号引脚接电阻r1的一端，电阻r1的另一端与主芯片、电容c5的一端并联，电容c5的另一端接地，用来对输出信号进行滤波。

作为一种较佳的实施例，lmp91000芯片的9号引脚与lmp91000芯片的10号引脚之间接入电容c3，用来实现信号放大滤波。

作为一种较佳的实施例，lmp91000芯片的11号引脚分别接基准电源、电容c4的一端，电容c4的另一端接地，用来对基准电源的电压进行滤波。

作为一种较佳的实施例，连接器的型号为5-520315-3，主芯片的型号为stm32f407vgt6。

作为一种较佳的实施例，第一接线端子的型号为kf2edgr的4p接线端子；第二接线端子的型号为kf2edgk的4p接线端子。

作为一种较佳的实施例，lmp91000芯片的内部设置有控制放大器、可调偏置电阻、参考分配器、i²c接口、控制寄存器、温度传感器、跨导放大器，控制放大器的输出端通过ce接口与普鲁士蓝膜生物电极传感器的对电极ce相连接，控制放大器的反向输入端通过re接口与普鲁士蓝膜生物电极传感器的参考电极re相连接，控制放大器的反向输入端依次通过开关元件k1、可调电阻rload、we接口与普鲁士蓝膜生物电极传感器的工作电极we相连接，控制放大器的同向输入端接可调偏置电阻的一端，可调偏置电阻的另一端接参考分配器，参考分配器与跨导放大器的同向输入端相连接，跨导放大器的反向输入端分别与开关元件k1、可调电阻rload相连接，跨导放大器的反向输入端与跨导放大器的输出端接入可调电阻rtia，跨导放大器的输出端、温度传感器分别通过开关元件k2接用来模拟输出的vout接口，参考分配器通过开关元件k3分别接用来电压基准输入的vref接口、用来提供电源电压的vdd接口，we接口与vout接口之间串联依次设置有内部无连接的nc接口、用来作为外部滤波器连接器的c1接口和c2接口、用来连接lmp91000芯片的agnd的dap接口、agnd接口；lmp91000芯片的we接口用来驱动普鲁士蓝膜生物电极传感器的工作电极we的输出，lmp91000芯片的re接口用来驱动普鲁士蓝膜生物电极传感器的对电极ce的输入，lmp91000芯片的ce接口用来驱动普鲁士蓝膜生物电极传感器的对电极ce的输出；i²c接口与控制寄存器相连接，i²c接口分别接用来兼容i²c接口时钟信号的scl接口、用来兼容i²c接口数据的sda接口，控制寄存器接menb接口，menb接口具有模块使能，低电平有效；menb接口与vout接口之间还连接有用来接地的dgnd接口。

本发明所达到的有益效果：第一，本发明是针对普鲁士蓝膜生物电极的检测电路，对此类灵敏度高、稳定性好及抗干扰能力强的普鲁士蓝膜生物电极传感器的电流信号进行稳定传输，将电流信号转化为一定比例的电压信号进行输出；第二，本发明的电容c6实现供电电压滤波；电容c3实现信号放大滤波；电容c4实现基准电压滤波；电容c5实现输出信号滤波；第三，本发明通过连接器，三芯屏蔽线，第一接线端子、第二接线端子将基于普鲁士蓝膜生物电极的传感器与lmp91000芯片连接起来，接口插拔稳定；第四，本发明可以针对不同酶的活性，可通过对i²c接口编程实现对信号不同程度的放大；第五，本发明的基准电源，采用精密的稳压芯片，如adr4533，可以很好的稳定电压，能保证本发明的检测电路的电流值稳定，从而根据检测电路的电流推导出普鲁士生物蓝膜电极传感器的采集的溶液浓度；第六，本发明的基于普鲁士蓝膜生物电极生物传感器具有高灵敏度，宽的线性范围，低的检测极限，同时具有优良的重复性、稳定性和抗干扰能力，成本低廉；第八，本发明与基于普鲁士蓝膜生物电极传感器连接的检测电路采用三芯屏蔽双绞线，保护信号，抗干扰性强，同时多处采用滤波，使信号输出稳定。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的电路结构图。

图2是本发明的lmp91000芯片的电路原理图。

图中标记的含义：1-lmp91000芯片，2-主芯片，3-第二接线端子，4-第一接线端子，5-三芯屏蔽线，6-连接器，7-普鲁士蓝膜生物电极传感器，8-基准电源，9-屏蔽层，11-控制放大器，12-可调偏置电阻，13-参考分配器，14-i²c接口，15-控制寄存器，16-温度传感器，17-跨导放大器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

图1是本发明的一个实施例的电路结构图。本发明提出一种针对普鲁士蓝膜生物电极的检测电路，其特征在于，包括主芯片2、lmp91000芯片1、第一接线端子4、第二接线端子3、三芯屏蔽线5、连接器6、普鲁士蓝膜生物电极传感器7、基准电源8，主芯片2与lmp91000芯片1相连接，lmp91000芯片1分别与第二接线端子3、基准电源8相连接，第二接线端子3与第一接线端子4相连接，第一接线端子4通过三芯屏蔽线5与连接器6相连接，连接器6与普鲁士蓝膜生物电极传感器7相连接，lmp91000芯片1与第二接线端子3之间、第一接线端子4与三芯屏蔽线5之间均设置有屏蔽层9。

作为一种较佳的实施例，稳压电源8采用精密的稳压芯片，型号如adr4533。

作为一种较佳的实施例，lmp91000芯片1的12号引脚、13号引脚、14号引脚、15号引脚分别接第二接线端子3的工作电极we、参考电极re、对电极ce、lmp91000芯片1与第二接线端子3之间的屏蔽层9，第一接线端子4的工作电极we、参考电极re、对电极ce分别接三芯屏蔽线5的工作电极we、参考电极re、对电极ce，三芯屏蔽线5的工作电极we、参考电极re、对电极ce分别与连接器6的工作电极we、参考电极re、对电极ce相连接。

作为一种较佳的实施例，lmp91000芯片1的1号引脚接地；lmp91000芯片1的2号引脚接主芯片2，作为模块使能；lmp91000芯片1的3号引脚接电阻r2的一端，电阻r2的另一端连接主芯片2，用来给i²c接口兼容接口时钟信号；lmp91000芯片1的4号引脚接电阻r3的一端，电阻r3的另一端连接主芯片2，用来给i²c接口兼容接口数据；lmp91000芯片1的3号引脚与lmp91000芯片1的4号引脚之间连接有电阻r4、电阻r5，用来防止通讯信号回波；如图1所示的②③可实现串行通讯。

作为一种较佳的实施例，lmp91000芯片1的6号引脚分别接电源vcc、电容c6的一端，电容c6的另一端接地，用来对供电电压进行滤波，电源vcc的电压为5v；lmp91000芯片1的7号引脚接地。

作为一种较佳的实施例，lmp91000芯片1的8号引脚接电阻r1的一端，电阻r1的另一端与主芯片2、电容c5的一端并联，电容c5的另一端接地，用来对输出信号进行滤波，如图1所示④实现了ad采集。

作为一种较佳的实施例，lmp91000芯片1的9号引脚与lmp91000芯片1的10号引脚之间接入电容c3，用来实现信号放大滤波。

作为一种较佳的实施例，lmp91000芯片1的11号引脚分别接基准电源8、电容c4的一端，电容c4的另一端接地，用来对基准电源8的电压进行滤波；基准电源8的电压为3v。

作为一种较佳的实施例，连接器6的型号为5-520315-3，主芯片2的型号为stm32f407vgt6，可以替换为带有i²c接口并且自带adc转换的芯片或者替换为带有i²c的芯片，同时需要一个ad转换器通过i/o口与主芯片2连接。

作为一种较佳的实施例，第一接线端子4的型号为kf2edgr的4p接线端子；第二接线端子3的型号为kf2edgk的4p接线端子。

图2是本发明的lmp91000芯片的电路原理图。作为一种较佳的实施例，lmp91000芯片1的内部设置有控制放大器11、可调偏置电阻12、参考分配器13、i²c接口14、控制寄存器15、温度传感器16、跨导放大器17，控制放大器11的输出端通过ce接口与普鲁士蓝膜生物电极传感器7的对电极ce相连接，控制放大器11的反向输入端通过re接口与普鲁士蓝膜生物电极传感器7的参考电极re相连接，控制放大器11的反向输入端依次通过开关元件k1、可调电阻rload、we接口与普鲁士蓝膜生物电极传感器7的工作电极we相连接，控制放大器11的同向输入端接可调偏置电阻12的一端，可调偏置电阻12的另一端接参考分配器13，参考分配器13与跨导放大器17的同向输入端相连接，跨导放大器17的反向输入端分别与开关元件k1、可调电阻rload相连接，跨导放大器17的反向输入端与跨导放大器17的输出端接入可调电阻rtia，跨导放大器17的输出端、温度传感器16分别通过开关元件k2接用来模拟输出的vout接口，参考分配器13通过开关元件k3分别接用来提供电压基准输入的vref接口、用来提供电源电压的vdd接口，we接口与vout接口之间串联依次设置有内部无连接的nc接口、用来作为外部滤波器连接器的c1接口和c2接口、用来连接lmp91000芯片1的agnd的dap接口、agnd接口；lmp91000芯片1的we接口用来驱动普鲁士蓝膜生物电极传感器7的工作电极we的输出，lmp91000芯片1的re接口用来驱动普鲁士蓝膜生物电极传感器7的对电极ce的输入，lmp91000芯片1的ce接口用来驱动普鲁士蓝膜生物电极传感器7的对电极ce的输出；i²c接口14与控制寄存器15相连接，i²c接口14分别接用来兼容i²c接口14时钟信号的scl接口、用来兼容i²c接口14数据的sda接口，控制寄存器15接menb接口，menb接口具有模块使能，低电平有效；menb接口与vout接口之间还连接有用来接地的dgnd接口。

本发明的lmp91000芯片1的作用是作为一个恒电位电路，用于在普鲁士蓝膜生物电极传感器7的工作电极we和参考电极ce之间保持一定的恒定电压。

作为一种较佳的实施例，本发明设定的恒定电压为-60毫伏，该恒定电压保证普鲁士蓝膜生物电极传感器7上的与葡萄糖反应的酶(葡萄糖氧化酶溶液)的活性最好，参考分配器13和可调偏置电阻12是用来一起作用达到这种效果的。

本发明的优点在于：第一，本发明是针对普鲁士蓝膜生物电极的检测电路；第二，本发明的电容c6实现供电电压滤波；电容c3实现信号放大滤波；电容c4实现基准电压滤波；电容c5实现输出信号滤波；第三，本发明通过连接器6，三芯屏蔽线5，第一接线端子4、第二接线端子3将基于普鲁士蓝膜生物电极的传感器7与lmp91000芯片1连接起来，接口插拔稳定；第四，本发明可以针对不同酶的活性，可通过对i²c接口编程实现对信号不同程度的放大；第五，本发明的基准电源，采用精密的稳压芯片，如adr4533，可以很好的稳定电压，能保证本发明的检测电路的电流值稳定，从而根据检测电路的电流推导出普鲁士生物蓝膜电极传感器的采集的溶液浓度；第六，本发明的基于普鲁士蓝膜生物电极生物传感器7具有高灵敏度，宽的线性范围，低的检测极限，同时具有优良的重复性、稳定性和抗干扰能力，成本低廉；第八，本发明与基于普鲁士蓝膜生物电极传感器连接的检测电路采用三芯屏蔽双绞线，保护信号，抗干扰性强，同时多处采用滤波，使信号输出稳定。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。