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基于C8051F350的干式生化分析系统的硬件设计

作者:时间:2012-02-23来源:网络收藏

摘要:人体体液的指标是临床的重要参考资料,在疾病诊断和治疗上有着非常重要的意义。本文介绍了以单片机为核心集信号采样、信号调理、光源选择、条码扫描、自动温控等功能于一身,能够准确、快速、方便的完成对多项指标的检测。经过样机实验证明,使用方便、快捷.具有较高的使用潜力和价值。
关键词:;微弱信号;条码扫描;自动温控

生化仪是用来对人体的血液、尿液等体液中各种生化成分进行定量检测和的仪器,能够检验如肝功能、肾功能、血脂、心功能,它同时还能测量激素及微量蛋白。人体体液的生化指标在临床疾病诊断和治疗上具有重要的参考价值。是临床的重要参考资料。
临床检验中的生化分析实际上是相对于经典的湿式生化分析而言,生化分析主要是指将液体样品(如血清、血浆、全血、尿液等)直接加到固定在干载体的干试剂上,并且以样品中的水分作为溶剂,是样品中的待测成分与试剂进行化学反应,从而进行分析的一种检验方法,是集当代化学、光学、酶学、化学计量和计算机技术于一体的多学科分析技术。由于这种检验方法的快速性,干式生化分析仪在各医院检验科得到了大幅的推广,关于干式生化分析仪的研究也越来越多。

1 概述
本系统以Silicon Labs公司的单片机为核心进行系统的搭建。C8051F350是完全集成的混合信号片上系统型MCU,具有高速的、流水线结构8051兼容的CIP51内核,对于学习或使用过51内核单片机的技术人员来说,易于开展研发工作。C8051F350器件具有片内C2接口调试电路,支持使用安装在最终应用系统中的产品器件进行非侵入式、全速的在线系统调试,方便调试,缩短流程。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/172006.htm

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该系统的构成框图如图1所示。系统的工作流程为:将干片置于载物台上,距离检测器感应到干片已经到位,释放信号进行条码扫描,将扫描到的信息送到单片机内存储备用。然后控制机械结构将载物台运送到进样位,将样品滴到干片上,继而将干片引至恒温的检测位进行检测。检测过程主要是首先单片发出信号选定所需波长的光源,照射到载有样品的干片上,光经过反射至系统的检测部分,继而将光信号转换为电信号,经过放大滤波电路的调理之后,送至单片机进行运算处理。单片机处理之后,通过RS232接口与ARM进行通信,并将信息传送至ARM进行后续处理和显示。

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本系统的硬件部分主要可以分为以下几个部分:电源部分、条码扫描米快、温度测控制模块、LED光源模块、信号测量与处理模块以及与ARM等通讯的RS232接口模块。电源模块为单片机提供工作电流,同时为光源和温控部分提供电流。条码扫描模块读取干片的条码信息。温度测控模块使孵育和检测温度保持在恒温下,减小温度对测量结果的影响,提高测量的精度。LED光源模块提供检测用光,并且实现不同波长光源的切换。信号测量与处理模块,采样光路中返回的光信号转换为电压信号,对含有各种噪声的信号进行放大滤波等调制处理,后送至单片机内进行数据处理与传递。
2.1 条码扫描模块
条码扫描模块包括干片感测和条码扫描,该部分的作用是通过近距检测器检测到干片已经被放置在载片台上,将控制信号发至条码扫描仪,条码扫描仪扫描干片上的条码信息发送至单片机,从而实现被检验者信息的自动输入和识别。其中U1为近距检测器(HSDL-9100),当干片接近该近距检测器时,经过干片反射回来的光强度增加,流过Rt的电流增大,运算放大器U2的同相输入端电压升高。经过U2的放大之后,输入到比较器U3的反向输入端与基准电压进行比较,将数字信号输出到条码扫描仪,通知扫描仪进行条码扫描。其中,通过R8能够设置合理的阈值,防止控制信号振荡。条码扫描仪选用摩托罗拉的SE995。

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2.2 温度测控模块
温度测控部分包括温度检测与温度控制。由于温度对化学反应的影响比较大,所以干式生化分析对于温度的要求较高。在系统的硬件设计中,采用反馈法对反应温度进行实时精确控制。如图3所示,热敏电阻对于温度有较高的灵敏度,当温度变化时,热敏电阻的阻值发生相应的变化。恒流源使电流通过热敏电阻,将电阻的变化转换为电压的变化,后经过运算放大器的放大将模拟信号直接送至单片机C8051F350内,在CPU内部与设定的标准值进行比较,并且经过单片机内部的PID算法作用,计算出模拟输出的量,控制帕尔贴加热或者制冷。例如,当输入电压小于标准值,说明温度高于温度标准值,单片机的模拟输出端输出模拟信号,经放大控制驱动芯片产生电流,使得帕尔贴转换为制冷,降低检测温度。反之,若输入电压高于标准值,说明温度低于温度标准值,单片机控制驱动芯片。使得帕尔贴转换为加热状态。在PID负反馈的作用下,能将检测温度控制在37±0.5℃。

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