肺癌VOCs气体检测系统的研究

论文摘要

肺癌是一种常见的恶性肿瘤,肺癌患者的生存率与所处临床分期密切相关,因此,对肺癌患者进行早期诊断有着重大的意义。本文总结了肺癌VOCs气体检测的研究进展,基于卟啉对气体的特异性识别机理,设计了一套肺癌VOCs气体检测系统,用来检测肺癌特征气体。相比于传统的检测手段,该系统具有无创、快速、便携、低成本等特点,可以为肺癌早期诊断提供支持。本文的主要工作包括以下几点:①按照肺癌VOCs气体检测系统的功能需求,在硬件设计上采用了主、从控制器相结合的方式:主控制器选用微型PC,控制整个系统;从控制器选用PIC16F877A,主要完成流量、湿度和温度等反应条件的监测与控制;②基于MPLAB开发环境,设计了PIC单片机各外围模块(包括:反应条件监测模块、反应条件控制模块、LED照明模块以及USB100通信模块)的控制程序,并按照整个系统的工作流程,设计了PIC单片机的主控制程序;③考虑到采样气体流量变化对检测结果会产生影响,设计了基于增量式PID算法的流量控制系统;④对检测系统进行了功能测试,对9种肺癌VOCs标志物的测试结果表明:系统能够定性地识别出肺癌VOCs特征气体,实现定量识别也具有一定的可行性。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 肺癌概述
• 1.2 呼吸气体诊断疾病
• 1.2.1 VOCs 气体
• 1.2.2 呼吸气体诊断疾病的研究进展
• 1.3 肺癌 VOCs 气体检测的研究进展
• 1.4 卟啉传感器
• 1.4.1 卟啉概述
• 1.4.2 卟啉对气体特异性识别的原理
• 1.5 研究目的和内容
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 研究内容
• 2 系统硬件电路设计
• 2.1 总体设计方案
• 2.2 控制器的选型
• 2.2.1 主控制器
• 2.2.2 从控制器
• 2.3 反应条件监测模块
• 2.3.1 气体流量监测
• 2.3.2 气体湿度监测
• 2.3.3 A/D 转换
• 2.3.4 气体温度监测
• 2.4 反应条件控制模块
• 2.4.1 气泵调速控制
• 2.4.2 反应气路控制
• 2.5 LED 照明模块
• 2.5.1 LED 的特点
• 2.5.2 LED 驱动电路
• 2.6 USB100 通信模块
• 2.7 本章小结
• 3 从控制器程序设计
• 3.1 从控制器总体流程
• 3.2 反应条件监测模块
• 3.2.1 流量、湿度监测
• 3.2.2 A/D 转换控制
• 3.2.3 气体温度监测
• 3.3 反应条件控制模块
• 3.3.1 PWM 控制
• 3.3.2 气体流量控制
• 3.4 USB100 通信
• 3.5 本章小结
• 4 流量 PID 控制的设计与实现
• 4.1 概述
• 4.2 PID 控制原理
• 4.2.1 模拟 PID 控制原理
• 4.2.2 数字 PID 控制原理
• 4.3 采样气体流量特点
• 4.4 气体流量控制的实现
• 4.4.1 流量 PI 控制框图
• 4.4.2 流量 PI 控制算法流程图
• 4.5 流量控制结果分析
• 4.6 实验结果与分析
• 4.7 本章小结
• 5 系统测试
• 5.1 硬件测试
• 5.1.1 供电测试
• 5.1.2 气泵驱动模块
• 5.1.3 反应条件监测模块
• 5.1.4 USB100 模块
• 5.2 功能测试
• 5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目