尿液分析仪原理.doc

%m*SB5 尿液分析仪可广泛应用于各医疗卫生部门，是临床生化分析不可缺少的仪器。作为医疗仪器，最重要的是其精度问题，影响其精度的原因有：(1)环境光线对测量结果的影响，（2）尿液浓度对结果的影响（如病人喝的水多水少）（3）试纸的新鲜与否。针对上述各种情况，在设计过程中从软硬件两方面予以解决，在下面的叙述中将给出具体的解决方法。该分析仪的功能就是配合尿液分析仪专用试纸条测量人体尿液中的PH值、亚硝酸盐、葡萄糖、蛋白质、隐血、酮体、胆红素、尿胆素原、尿比重、白细胞、维生素C等十一项指标；并能存储1000个标本数据，方便用户对历史记录进行查询。在设计过程中，考虑到了人性化设计，采用提示信息引导用户操作。 当专用的试纸条蘸上被测尿样时，要发生化学变化，其明显的反应就是颜色要发生改变。对于每个测试小块来说对应一个项目，其化学配方不同，颜色变化也就不同，对光线的反射率也就不同；对同一个测试小块来说，尿液浓度不同，其颜色变化也就不同。利用光电池检测反射光的强度转换成电信号，经放大后进行A/D转换，再经数据处理，然后存储、显示、打印。以FA-200为例，仪器以 80C196单片机为控制核心，并采用串行E2PROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory电可擦可编程只读存储器-一种掉电后数据不丢失的存储芯片)、LCD显示和热敏打印机等器件构成。使用256K的串行E2PROM（24c256）和8155的256个数据RAM（ RAM -random access memory 随机存储器），实现数据的采集、处理、显示、打印、串行通信等功能。电子园51单片机学习网 *V eac &1n-aO .X02硬件设计电子园51单片机学习网3oc x9u3$ZY:f!mtd0电子园51单片机学习网,IX&6u+|5o电子园51单片机学习网!XV5O;j6i.yGJY:W e/p-X&I.Y;s102.1.1 MCU（Micro Control Unit）中文名称为微控制单元，又称单片机(Single Chip Microcomputer)电子园51单片机学习网 E!Z(cY6JR|4电子园51单片机学习网T!| Sd(c.c 本仪器的MCU采用80C196单片机。该单片机采用68引脚plcc封装形式，内部寻址采用寄存器结构，从而避免了以往8位单片机只能用累加器参与寻址而产生的瓶颈效应，大大提高了工作效率。并且带有10位的A/D转换器，可直接与模拟量输入信号（对于该仪器来说就是经光电检测后放大的电压信号）；还可以提供脉宽调制信号，经外接积分电路后产生模拟量输出信号，来完成对光电检测信号的补偿。另外，该单片机采用CMOS工艺，功耗小，并有掉电保护和闲置功能。(O6F)g C Jj.|H7S1H0 Z p1#y8S8D5x02.1.2 数据存储器电子园51单片机学习网perb-j)Yd电子园51单片机学习网0DW5lZ OM%H 尿液分析仪最多要对11个项目（其实是12个项目）进行测量，为了去除尿样浓度对测量值的影响，增加了一个空白块，每一项的测量值都减去空白块所测得的值。为了去除环境光的影响，每个项目要在环境光和三种光源下分别测量，这样要测出四组数据。另外还要保存1000个记录，因此采用了大容量的I2C串行E2PROM 24C256作为采样、显示、打印的数据 RAM，从而使采样部分和显示部分相对独立，体现了一种模块化设计的思路。并且24C256支持I2C总线数据传送协议，数据传送由产生时钟和所有起始停止信号的80C196控制：80C196的P2.6和P2.7分别接24C256的SDA和SCL。电子园51单片机学习网aT,Q:e4jQ3oq hzf*U iHU Z.r,a0iZ0经过处理分析后的数据存在24C256内，但还要进行显示和打印，我们选用8155作为控制接口，其中A口接显示，B口接打印机，C口提供二者的控制信号。8155本身带有256个静态RAM单元，可作为读取24C256数据后送到LCD显示和微型打印机的数据缓冲器，80C196的P4.0接8155的M/IO，P4.7经过一非门接8155的/CE，所以8155的状态寄存器、PA口、PB口、PC口的地址分别为A100H、A101H、A202H、A103H, 256个静态RAM的地址为A000HA0FFH。Ae6NC#o9nW00电子园51单片机学习网/?1_mCsU 2.2采样控制电子园51单片机学习网$fL8Z6|id.s M828lHqp.YOM h0 采样控制部分框图如图2：电子园51单片机学习网l;j2Oq电子园51单片机学习网Q4R;_ g pHQw| *TFG,vlcc0电子园51单片机学习网5cO6L 其工作过程为：上电后通过顺序使P1.5、P1.6、P1.7为高电平，步进电机运动，当检测到P2.4为高，说明光电隔离被挡住，被测试纸条到达初始位置，可以开始测量。停准后，步进电机每运行一次，即测量一项指标，这时P1.0、P1.1、P1.2轮流为高，依次点亮三种波长的光源，光电池感测反射光的强弱，经LM324进行一级放大，P2.5引脚输出的PWM信号经积分电路变成模拟信号对一级放大后的信号进行补偿，再经过一级放大后送入80C196的P0.6引脚，利用内部的A/D转换器进行转换，然后由软件程序完成对数据的处理，存储到24C256中，以备显示、打印和串行通信用。M*CZC B0 zsm9nPu7C)8o02.3 显示控制和打印控制L:y C xZ!q:y6F0Jf0 )z&OE TuJv FE0本仪器选用的是字符型点阵LCD显示器，其功能是显示对仪器设置时的提示信息、处理后的结果数据、错误信息。通过8155的PA口送要显示的数据，PC0、PC1接LCD的读写控制位和寄存器选择信号，二者配合完成对初始化，行显示控制。电子园51单片机学习网B$eV5L LKSJXaV0打印机选用的是EPSON的微型打印机，具有小型、高可靠性，噪声小等优点，并配有一个纸尽传感器。打印仍然是用8155的PAM作为数据暂存，PB口提供控制信号，PC2、PC3、PC4、PC5控制走纸电机的运动。3 软件设计电子园51单片机学习网(SK2ac$XyYk1j9v ds v ho8l0整个软件程序全部采用汇编语言编写，主要完成以下功能：功能设置、步进电机的正反转控制、数据采集、