一种基于嵌入式以太网的微型快速尿液分析仪的设计

论文摘要

随着经济增长、人们生活水平的提高,人们日常身体健康检查的需求与正规医疗机构相对缺乏的矛盾日益严重。人们不再满足于大病小病都向医院跑的状况,希望市场上能出现更多用于日常护理、远程监测的便携式医疗电子仪器。采用无创伤、非介入检测方法的尿液分析仪具有广阔的前景。根据家庭用户对家用健康检查监测设备小型化,快速化,易用性的需求,对传统的各种不同类型的尿液分析仪进行了分析和评价,比较了他们的优点和不足,提出了一种基于嵌入式以太网的微型快速尿液分析仪的技术方案。介绍了尿液干化学分析的基本原理,以及系统的结构和功能。介绍了双波长测定法,经过CCD采集特定波长的反射光的强度,就能够得到尿液中相关成分的含量,从而得到人体的健康状况。目前的尿液分析仪多采用步进电机带动试纸条运动来对试纸条的各个试剂块进行逐项测试,测量速度慢是其最突出的缺点,并且因机械传动而产生的误差和稳定性等一系列问题难以消除。针对这些问题提出了采用多路大芯径光纤取代机械扫描的检测方式,设计了一种光电检测模块结构,检测时只需对单一试纸条上所有的试剂块进行一次扫描即可完成测量。采用了低功耗高亮度的LED冷光源,单波长的设计不用放置滤光片(轮),使仪器结构简单可靠。仪器采用了ARM7和μC/OS—II嵌入式系统的方案,构建了以LPC2148微处理器为核心的硬件平台。设计了带点校正功能的LED光源电路,通过LPC2148控制LED分时发光。采用线阵CCD传感器采集反射光数据,使用CPLD来进行驱动。采用LCD触摸屏模块来进行显示和控制,使仪器具有了友好的人机交互界面,满足了家庭用户的要求。设计了USB通信接口,可连接至个人计算机,使用上位机软件进行数据的处理、保存及打印。并可以利用以太网接口直接连接Internet,方便建设远程的健康检测网络。根据设计方案制作出样机,对此样机进行了实验测试和误差估计。根据实验数据测试分析结果,证明新的设计方案切实可行,明显提高了测量速度和精度,具有较大的实用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国内外现状及发展趋势
• 1.2.1 国内外现状
• 1.2.2 发展趋势
• 1.3 主要研究内容
• 2 尿液分析仪的基本原理和结构设计
• 2.1 尿液分析的基本原理
• 2.1.1 试纸条
• 2.1.2 分析原理
• 2.1.3 测定光和参考光的选择
• 2.2 尿液分析仪的结构设计
• 2.3 本章小结
• 3 光电检测模块结构的设计
• 3.1 试纸仓
• 3.1.1 检测顶盖
• 3.1.2 检测基座
• 3.1.3 试纸匣
• 3.2 CCD 掩盖件
• 3.3 本章小结
• 4 仪器的硬件系统设计
• 4.1 嵌入式主控模块的设计
• 4.1.1 主控芯片LPC2148
• 4.1.2 电源
• 4.1.3 USB 接口
• 4.1.4 以太网接口
• 4.1.5 SD 卡接口
• 4.1.6 UART 接口
• 4.1.7 JTAG 调试接口
• 4.2 LED 光源模块的设计
• 4.3 CCD 模块的设计
• 4.4 本章小结
• 5 仪器的软件系统设计
• 5.1 嵌入式系统 μ C/OS-II
• 5.1.1 嵌入式操作系统的选择
• 5.1.2 μC/OS－II 的移植
• 5.2 主程序
• 5.3 LCD 触摸屏程序
• 5.4 A/D 转换程序
• 5.5 以太网程序
• 5.6 LED 模块程序
• 5.7 本章小结
• 6 仪器调试与误差分析
• 6.1 仪器调试
• 6.1.1 嵌入式主控模块
• 6.1.2 LED 光源模块
• 6.1.3 CCD 模块
• 6.1.4 机械部分
• 6.1.5 仪器外壳
• 6.1.6 整机调试
• 6.2 误差分析
• 6.2.1 误差来源
• 6.2.2 误差的消除
• 6.3 系统测试
• 6.4 本章小结
• 7 结论
• 7.1 完成的工作
• 7.2 后续研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录