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新型半自动生化分析系统的研究与设计

作　者: 施亮
导　师: 张颖超
学　校: 南京信息工程大学
专　业: 系统分析与集成
关键词: 生化分析仪模数转换信号检测硬件设计
分类号: TH776
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 144次
引　用: 1次
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内容摘要

生化分析仪主要用于对人体体液中的各种生化指标进行检测，根据生化指标的差异，为医生确定病人病情提供科学依据。它的出现大大改变了原来由于采用手工生化分析而导致的操作繁琐，操作者主观因素影响大，错误几率大的状况。目前，我国生化分析仪的研制水平较低，全自动生化分析仪的开发才刚刚起步，国内中、小型医院生化实验室采用的大部分仍是半自动生化分析仪。因此开展半自动生化分析仪的研究，对提高我国生化分析仪器的研究和设计水平具有一定的意义和价值。本文旨在介绍一种操作方便、功能完善、具有中文用户界面的新型半自动生化分析仪。该生化分析仪用于体外诊断时使用，主要用来对人体的血液和其他体液中的各种生化指标进行分析，通过光电法测定待测液体浓度。本文首先介绍了半自动生化分析仪的工作原理与测量方法，根据生化分析仪的性能指标，对生化分析仪控制系统进行总体结构设计，对硬件和软件功能做出明确和合理的分配。以PIC16F774单片机为核心，实现了生化分析仪的硬件系统。完成硬件平台、接口模块、小信号放大和对数放大电路模块的开发设计，并使该硬件平台具有一定的抗干扰能力。利用光电法进行信号检测，同时选用暗电流较小的硒光电池S1133作为光电检测元件，提高了生化分析仪的检测精度。PICMATE2004集成开发调试环境下使用PIC汇编语言进行软件程序的编制，完成生化分析仪控制系统的软件设计。按照系统功能要求，将软件分成若干个功能相对独立的模块，包括串行通信模块、显示模块、键盘处理模块、A／D转换模块、数据处理模块等。各个模块部分的内容相互独立，便于程序编写和调试。本文最后阐述了误差的概念、来源、分类以及处理方法，并分别从吸液模块、光路模块、温度控制模块、数据采集模块和整机PCB的设计这几方面对仪器的误差处理作了详细的论述。在检测过程中生化分析仪要求试样处于恒温条件，温度控制方面的因素对仪器的分析性能也有较大影响，本设计采用模糊控制算法，用集成温度传感器AD590测温，PIC单片机控制帕尔贴升温或者降温。该方法控制动态性能好、稳定性强。本设计顺应了医疗仪器国产化的发展趋势，随着仪器的开发完成与推向市场，必将产生良好的社会效益与经济效益。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-10
目录  10-13
第一章绪论  13-17
  1.1 本课题研究背景和意义  13-14
  1.2 生化分析仪的发展历程  14
  1.3 生化分析仪的种类及国内外现状  14-15
  1.4 本文研究的主要工作  15-17
第二章新型半自动生化分析仪的原理  17-31
  2.1 生化分析方法  17-18
  2.2 显色反应  18-19
    2.2.1 显色反应的定义  18
    2.2.2 显色反应的选择  18
    2.2.3 测量波长的选择  18-19
  2.3 生化分析中的一般定量方法  19-22
    2.3.1 生化分析的一般过程  19-20
    2.3.2 吸光度法  20
    2.3.3 终点比色法  20-21
    2.3.4 动力学法  21
    2.3.5 双波长吸光光度分析法  21-22
  2.4 生化分析仪的总体结构设计  22-25
    2.4.1 生化分析仪主机控制框图  22-24
    2.4.2 系统主要性能指标  24
    2.4.3 几个关键性技术的实现  24-25
  2.5 生化分析仪的温控方案设计  25-29
    2.5.1 温度控制方案设计  25-26
    2.5.2 模糊控制技术  26-29
  2.6 本章小结  29-31
第三章生化分析仪的硬件设计  31-58
  3.1 PIC16F77X 系列单片机简介  31
  3.2 PIC16F774 单片机外围电路设计  31-56
    3.2.1 PIC16F774 电路核心部分设计  32-34
    3.2.2 其他外围电路部分设计  34-45
    3.2.3 信号检测技术  45-48
    3.2.4 信号检测电路  48-49
    3.2.5 对数运算电路  49-52
    3.2.6 温度控制单元电路  52-53
    3.2.7 温度传感器  53-56
    3.2.8 电压转换电路  56
  3.3 本章小结  56-58
第四章生化分析仪的软件设计  58-69
  4.1 生化分析仪的软件结构  58-59
  4.2 生化分析仪的程序设计  59-68
    4.2.1 按键处理程序的设计  59-60
    4.2.2 实时时钟模块程序设计  60
    4.2.3 LCD 显示模块程序设计  60-63
    4.2.4 数据采集模块程序设计  63-64
    4.2.5 温度控制模块程序设计  64-65
    4.2.6 数据存储模块程序设计  65-66
    4.2.7 接口模块程序设计  66-68
  4.3 本章小结  68-69
第五章仪器的误差分析与处理  69-81
  5.1 误差概述  69-72
    5.1.1 误差的概念  69
    5.1.2 误差的表示方法  69
    5.1.3 误差的来源  69-70
    5.1.4 误差的分类  70-71
    5.1.5 误差的处理  71-72
  5.2 误差分析  72-77
    5.2.1 反射和散射效应的影响  72-73
    5.2.2 光的非单色性带来的误差  73-75
    5.2.3 非平行光入射的影响  75
    5.2.4 电子学系统带来的误差  75-76
    5.2.5 温度的稳定性  76-77
  5.3 误差处理  77-80
    5.3.1 吸液模块的误差处理  77
    5.3.2 光路模块的误差处理  77-78
    5.3.3 温度控制模块的误差处理  78
    5.3.4 数据采集模块的误差处理  78-79
    5.3.5 整机 PCB 板设计  79-80
  5.4 本章小结  80-81
第六章总结与展望  81-83
  6.1 总结  81-82
  6.2 展望  82-83
参考文献  83-85
致谢  85-86
硕士在读期间发表的论文清单  86

新型半自动生化分析系统的研究与设计

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