基于MSP430单片机和嵌入式主板的全自动干化学法尿液分析仪

论文摘要

尿液分析是诊断泌尿系统疾病的重要方法之一,通过了解尿液物理性状和化学成分的变化,可以对肾脏和尿路是否存在疾病,以及疾病严重程度和愈后情况作出判断。随着光电技术、计算机技术的应用和基础医学的发展,各种干化学法尿液分析仪器相继出现。但目前传统的尿液分析仪是使用步进电机带动试剂带运动来对各个试剂块逐项测试,测量速度慢是这种尿液分析仪的最突出的缺点;同时使用原始的Photodiode做为检测的Sensor,并且使用卤素灯做为光源,时常有误判的情况,常常反而不若肉眼。为此本文采用了一套低成本、低功耗、基于上下位机结构的全自动干化学法尿液分析仪器的应用方案。该方案由两大部分组成:（1）在MSP430F149最小系统基础上,加入异步串口通讯模块和I2c方式通讯键盘模块,构成了整个下位机硬件系统。同时在IAR环境下将嵌入式实时操作系统μC/OS-II移植到MSP430F149单片机上,搭建了软件平台,实现了基于μC/OS-II任务管理下的下位机功能:即按键信息通过I2C总线传到MSP430,然后通过串口发送到上位机,由上位机处理该信息,通过定时器TimerB来控制六个步进电机协调运动,从而将试剂条传送到指定位置并完成随后的尿液点样、清洗及排样动作。（2）以嵌入式主板为核心硬件资源的上位机,在Linux操作系统下,通过串口发送一定格式指令给下位机,其目的是使需要检测的尿液点滴在试剂条上,产生化学反应,在一定的间隔后将试剂条输送到采图位置上,以供CCD摄像头采集图片,进行图像分析并得到结果,最后通过并口连接微型打印机打印出结果。该尿液分析仪以Sysmex的US-2100R尿液分析仪的测试结果和临床测试相结合作为该仪器的校准依据,保证测试结果的准确性。其特点:测量速度达到120个/小时,检测过程全自动化,方便医生操作,同时采用先进的CCD实时影像分析系统,可以取代国外同类进口产品US-2100R等。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 干化学法尿液分析原理
• 1.2.1 光的特征
• 1.2.2 尿液分析仪的试剂带
• 1.2.3 试剂块浓度测定原理
• 1.3 国内外尿液干化学分析仪发展及现状
• 1.4 本论文研究的内容和意义
• 2 嵌入式系统相关理论、系统总体架构和程序流程
• 2.1 引言
• 2.2 嵌入式系统的概述
• 2.2.1 嵌入式系统的组成、特点
• 2.2.2 嵌入式处理器
• 2.2.3 嵌入式操作系统
• 2.3 系统总体架构
• 2.3.1 嵌入式硬件平台的选择
• 2.3.2 嵌入式软件平台的选择
• 2.3.3 尿干化学仪器的系统架构设计
• 2.3.4 尿干化学仪器的系统软件流程
• 2.4 本章小结
• 3 基于 MSP430F149 的下位机硬件设计与软件实现
• 3.1 引言
• 3.2 控制器MSP430F149 的特点
• 3.3 基于MSP430F149 的下位机硬件设计
• 3.3.1 MSP430F149 主模块电路
• 2c 方式通信的键盘接口电路设计'>3.3.2 I²c 方式通信的键盘接口电路设计
• 3.3.3 与上位机进行异步串口通信的接口电路设计
• 3.4 基于MSP430F149 的下位机软件设计与实现
• 3.4.1 系统软件集成开发、编译环境
• 3.4.2 调试接口与环境
• 3.4.3 指令系统简述
• 3.4.4 实时内核μC/OS-II 移植到MSP430F149
• 3.4.5 串行端口驱动模块
• 2c 方式通信键盘驱动模块'>3.4.6 I²c 方式通信键盘驱动模块
• 3.4.7 定时器控制步进电机
• 3.4.8 下位机主程序的实现
• 3.5 本章小结
• 4 基于嵌入式主板的上位机硬件和底层软件的实现
• 4.1 引言
• 4.2 上位机硬件简介
• 4.3 Linux 软件开发基础
• 4.3.1 Linux 操作系统概述
• 4.3.2 Linux 内核中功能模块
• 4.3.3 Linux 内核配置与编译
• 4.4 本章小结
• 5 上位机应用程序的开发
• 5.1 引言
• 5.2 Linux 设备驱动程序
• 5.2.1 设备驱动程序概述
• 5.2.2 设备驱动程序分类
• 5.3 CCD 摄像头视频采集
• 5.3.1 CCD 摄像头驱动安装
• 5.3.2 Vide04Linux 模块视频采集接口和方式简介
• 5.3.3 Vide04Linux 视频采集流程
• 5.4 多线程编程
• 5.4.1 多线程的创建
• 5.4.2 多线程的结束
• 5.4.3 线程的数据处理
• 5.5 串口通信
• 5.5.1 串口属性设置
• 5.5.2 串口通信流程
• 5.6 图形界面的实现
• 5.6.1 Gtk 简介
• 5.6.2 Gtk 实现的上位机界面
• 5.7 图像分析
• 5.8 并口通信
• 5.9 本章小结
• 6 整机调试与结果分析
• 6.1 引言
• 6.2 整机的调试及标定
• 6.3 仪器测试结果的分析
• 6.3.1 与校准浓度的质控液的对比分析
• 6.3.2 与US-2100R 型尿液分析仪测试结果的对比分析
• 6.4 测试系统的误差分析
• 6.5 本章小结
• 7 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B. IIC 通信部分代码
• C. 上位机主要部分代码