基于LabVIEW的毛细管电泳信号检测系统设计

分类号密级公开UDC注1学位论文基于LABVIEW的毛细管电泳信号检测系统设计毕业设计网指导教师姓名张重雄教授申请学位级别硕士专业名称通信与信息系统论文提交日期201111论文答辩日期20111211学位授予单位和日期南京理工大学答辩委员会主席评阅人2011年11月10日注1注明国际十进分类法UDC的类号。硕士学位论文基于LABVIEW的毛细管电泳信号检测系统设计作者张美玲指导教师张重雄教授南京理工大学2011年11月MADDISSERTATIONDESIGNOFCAPILLARYELECTROPHORESISSIGNALDETECTIONSYSTEMBASEDONLABVIEWBYZHANGMEILINGSUPERVISEDBYPROFZHANGCHONGXIONGNANJINGUNIVERSITYOFSCIENCE串行口工作方式1，MOVPCON,00HSMOD0MOVTMOD,21HT1工作方式2MOVTH1,0FDH预置数FDFD（H）MOVTL1,0FDHSETBTR1启动定时/计数器T14电泳信号处理软件设计硕士论文263系统参数设置模块系统参数设置模块的主要功能是设置系统的采样频率。采用定时器控制采样频率，以达到定时总时间，启动AD进行一次采样。定时总时间为定时基数与定时倍数的乘积，其中定时基数为10MS，定时倍数是由上位计算机给定的。如软件计数器为2，则定时总时间为20MS，采样频率为50HZ。系统参数设置程序如下MOV30H,00H软件计数器清零MOV31HR0定时倍数TIMERPUSHACC定时到10MS，中断PUSHPSWINC30H软件计数器每10MS加1MOVA30HCJNEA,31HRETURN定时总时间未到MOV30H00H定时时间到，软件计数器清零ACALLSAMPLE调用采样子程序RETURNMOVTH0,DCH重新预置数，中断返回MOVTL0,00HPOPPSWPOPACCRETI4A/D转换模块由于AD976的口地址为Y5，所以当对这个口地址进行一次写操作时，AD976被启动进行数据转换。启动AD976只需下面的操作即可。MOVDPTR,Y5MOVXDPTR,A转换结果的读取口地址高八位地址Y7；低八位地址Y6进行如下操作，即可分别读取转换结果的高八位和低八位数据。MOVDPTR,Y7读高八位数据MOVXA,DPTRMOVR0,AINCR0MOVDPTR,Y6读低八位数据硕士论文基于LABVIEW的毛细管电泳信号检测系统设计27MOVXA,DPTRMOVR0,A在程序中，将高八位和低八位数据分别送入寄存器R0指向的连续的两个数据存储单元中。5数据传输模块完成高、低八位两个字节的数据读取后，通过数据传输模块将采集到的数据以串行通讯方式发送到上位计算机，另外，数据传输模块将通过串口接收来自上位机的系统设置参数。数据传输程序如下所示SENTMOVA,R0发送高八位数据MOVSBUF,AJNBTI,等待发送CLRTI发送完毕，则清零TIINCR0SJMPSENT发送低八位数据RECVMOVSCON,50H串行口工作方式为1，启动接收JNBRI,等待接收CLRRI接收完毕，则清零RIMOVA,SBUF接收数据送入累加器AMOVR0,A存入R0所指向的存储单元6进样电压控制模块驱动继电器的两个三极管的基极分别与单片机的P16、P17连接，当P16、P17输出为高电平时，三极管导通，继电器处于吸合状态，反之三极管截止，继电器断电释放。继电器驱动程序如下SETBP16使继电器J1吸合CLRP16使继电器J1释放SETBP17使继电器J2吸合CLRP17使继电器J2释放43上位机程序设计431软件开发工具的选择一、虚拟面板开发软件工具计算机技术的发展无疑对人类进步提供了有力的支持，计算机发明的初衷就是4电泳信号处理软件设计硕士论文28为了服务人类。但最初的计算机语言只存在机器语言，计算机的世界里一片黑暗，后来汇编语言和其他高级语言的出现，才给计算机世界带来了一缕曙光。然而复杂、枯燥的编程语言对大多人来说形同天书，人们不得不花费大量精力去学习和研究与所关注的事情毫不相关的东西，如语法、命令、编译器等3。在选择开发虚拟面板软件时，选择的是LABVIEW编程开发环境。LABVIEW是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言，它的出现不仅使编程者不再需要记忆纷繁的语法和函数原型，更使得编程过程接近工程师们的思维习惯，从而使编程工作变得生动有趣，将工程师和科学家们从繁琐复杂的编程工作中解放出来，从而将更多的精力放到所关注的事情上。LABVIEW的程序又被称为VIVIRTUALINSTRUMENT，也就是虚拟仪器，其中提供了很多与传统仪器类似的控件，如示波器，万用表等，方便用户创建界面4。用户界面在程序中称为前面板，可用图标连线的方式，通过GGRAPHICS语言图形化编程语言编程控制前面板的对象。总体来说，LABVIEW具体优势主要体现在以下几个方面L、提供了丰富的图形控件，采用图形化编程，将工程师从复杂的编程工作中解放出来。2、用户编写的程序在后台由编译器即时翻译，如果存在语法错误，就会被立即显示出来。3、通过DLL、CIN节点、ACTIVEX、NET或MATLAB脚本节点等技术，可轻松实现与其他语言的混合编程。4、采用数据流模式实现了自动多线程工作，充分利用了处理器。5、LABVIEW提供了大量的驱动和专用工具，几乎能与任何接口的硬件连接。6、NI提供了丰富的附加模块，用于扩展在不同领域的应用，如PDA模块、FPGA模块实时模块等等H42。7、使用LABVIEW搭建实验平台，不仅快捷准确，而且大大降低了实验平台的硬件成本，平台开发与维护费用也降至最低，可重配置性强。8、性能的关键在软件，因此技术更新周期短43。二、数字信号处理工具的选择在工业生产和科研工作中，经常遇到复杂数据信息处理的问题，往往要大量的矩阵计算及对结果进行实时的曲线显示和数据处理。MATLAB是一种高性能的数学软件，尤其是它带有很多专业软件包，对信号的处理非常方便，但是在编写专业应用软件时，并不方便。在开发电泳处理软件时，充分利用MATLAB的强大功能，特别是它的数据处理功能。MATLAB主要功能如下符号计算功能；硕士论文基于LABVIEW的毛细管电泳信号检测系统设计29数据计算功能；图形处理及可视化功能；具有与应用程序的接口；可视化建模及动态仿真功能。432虚拟仪器面板设计虚拟面板是由一个可视性非常强的窗体和布置在上面的一系列虚拟控件组成的，这些控件根据检测对象不同可分为检测仪表与控制器件，检测仪表可以设计为模拟实际仪表的指针式，也可以设计为近年来较为流行的数显式控件，其通过程序代码来处理通过硬件得到的检测数据，并且形象化地显示出来，为后面的数据处理做好准备。本系统虚拟面板设计是采用LABVIEW来实现的，如图44所示，这样不仅提高了设计效率，而且界面效果好。图44毛细管电泳检测系统虚拟面板433毛细管电泳信号处理软件功能框图这是毛细管电泳芯片检测系统的关键软件，在硬件确定后，就可以通过设计不同的软件实现不同的功能。因此，在很大程度上，软件的功能决定整个系统的功能。毛细管电泳芯片检测系统采用模块化设计，分为数据采集模块、数字信号处理模块、谱曲线实时显示模块、数据和曲线存储模块以及帮助系统等。它的主要功能4电泳信号处理软件设计硕士论文30是接收单片机数据采集器采集到的实时电泳信号，对电泳谱线及时的进行数字信号处理，实时显示电泳信号谱图，并且保存、打印电泳谱线。系统软件结构如图45所示。毛细管电泳芯片检测系统软件数据通信模块数据处理模块谱线实时显示模块数据存储模块帮助系统图45信号处理软功能框图434通信接口模块毛细管电泳信号的处理软件采用了串口通讯方式实现从从机（单片机数据采集器）获得电泳信号。LABVIEW提供了串行端口子模版针对计算机的标准串行接口，位于FUNCTIONPALETTELLNSTRUMENTIOIVISA面板下，主要包含6个子VL1VISACONFIGURESERIALPORTVI串行口初始化子VI；2VISAWRITEVI向串行口缓冲区写入数据的子VI；3VISAREADVI从串行口设备中读取数据的子VI；4VISACLOSEVI关闭串行口的子VI；5VISABYTEATSERIALPORTVI返回指定串行口中输入缓冲区内的字节数的子VI；6VISASERIALBREAKVI串行口中断子VI。调用VISACONFIGURESERIALPORTVI进行串口初始化，设置串口号为CORNL，波特率为9600BPS，数据位数为8位，奇偶校验为0，无奇偶校验位。为达到实时显示的目的，在数据字节数设置为1。启动采集，VISAREADVI读取数据，并以字符的形式存放到接收数据中。信号采集程序图如图46所示。硕士论文基于LABVIEW的毛细管电泳信号检测系统设计31图46信号采集程序图435数字信号处理模块的设计数字信号处理是微流体芯片信号处理和分析软件设计中的一个工作重点。微流体芯片信号经过信号采集系统的信号调理模块之后，信噪比就有了一定程度的提高，但其中还混杂着各种噪声和干扰信号。为了实现从背景噪声中检测、提取有效的电泳信号，本系统在上位机中，通过设计和实现多种数字信号的处理算法，对所采集到的数据进行了进一步的处理。具体的措施是采用FIR滤波器、小波变换等数字滤波技术进行去噪。用户可以通过软件中专设置的对话框串口或菜单，选择不同的滤波方式。下面分别介绍各数字信号处理算法的设计与实现。一、FIR滤波器的设计与实现FIR滤波器的设计方法主要包括FOURIER级数展开设计法、窗函数法、频率采样法。通过分析毛细管电泳信号和含噪的频谱图，发现FOURIER级数展开的设计法不适合对毛细管电泳信号进行处理，因此选取了窗函数法。由于突然截断序列会造成吉布斯现象，为了减小吉布斯现象，可以选择一个适当的窗函数。有限长序列与在时域上相乘，即NDHH（41）利用复卷积定理可得DEWHEWJJJW214电泳信号处理软件设计硕士论文32（42）上式表明，是频率响应与窗函数频率响应的循环卷积，因此，其效果完JHE全由窗函数的频率特性决定，经过窗处理之后，存在两方面的影响（1）在的不连续点有过渡带，过渡带的宽度取决于的主瓣宽度；JJWE（2）由于旁瓣的波动产生了逼近误差。WE为克服这两个影响，窗函数要具有下述特点（1）窗函数频率特性的主瓣宽度要尽可能地将能量集中在主瓣内；（2）窗函数频率特性的旁瓣在当趋近于的过程中，其能量迅速趋于零。1FIR数字滤波器的算法描述FIR数字滤波器通常被称为卷积滤波器，因此信号通过长为N的FIR数字XN滤波器后的输出表达式为YN011YHXHXNH（43）其结构如图47所示Z1XNXN1XN2XNN2XNN1Z1Z1H0H1H2HN1HN2YN图47FIR数字滤波器算法结构图2FIR数字滤波器的设计与实现根据第二章关于微流体芯片信号的特点，现以海明（HAMMING）窗为例来进行FIR滤波器的设计，选择窗的宽度为41，采样频率为50HZ，截止频率为1HZ。因此，滤波器的冲激响应系数为H0、H1、HN1，其中N41000120000200014000230001000030000610003400057001350009400089002690022400120005280054900142014150266303183026630141500142005490052800120002240026900089000940013500057000340006100030硕士论文基于LABVIEW的毛细管电泳信号检测系统设计33000100002300014000020001205101520253035404501001020304图48海明窗FIR滤波器的冲激响应FIR数字滤波器实现的程序流程图如图49所示。并以HAMMING窗为例，通过给出MATLAB中M文件的关键代码，说明数字滤波器的实现过程，开始初始化，读入滤波器系数及待处理的数字信号根据设计的滤波算法对数据进行处理将所得的数据向后移动（N1/2个采样点结束图49数字滤波器实现流程图HAMMING窗数字滤波器的实现过程如下N41选择滤波器宽度为41WC1滤波器截止频率位1HZBFIR1N,WC设置输入信号N000210采样频率为50HZF12EXP200N3219EXP300N524电泳信号处理软件设计硕士论文3415EXP260N5328EXP280N72ARAND1,501F1FASFFTFILTB,F1用HAMMING窗滤波器进行滤波PLOTN,S二、小波变换滤波的设计与实现在信号处理领域中，小波变换的应用主要集中在以下三个方面信噪分离和弱信号的提取，信号的奇异性检测，瞬态信号的检测。而毛细管电泳信号有以下特点，由于进样量很少是一种弱信号，在溶质受到激发的时刻含有突变特征，频率随时间的变化而变化。这些特点恰好属于小波变换处理的范畴，所以采用小波消噪算法对电泳信号进行消噪处理是非常合适的。本文采用HAAR小波、DAUBECHIES小波和SYMLETS小波作为小波基来处理微流体芯片信号，可以选择其中的一种小波采用MALLAT算法对微流体芯片信号进行分解，不同的小波会得到不同的低通和高通滤波器，由此得到相应阶次的离散逼近信号和离散细节信号。小波变换程序以MATLAB中M文件形式编写。1三种小波基（1）HARR小波变换HAAR函数是小波分析中最早用到的一个紧支撑正交小波函数，也是最简单的一个函数。HARR小波正是由它衍生出来的，HAAR小波的定义如下（401T其12/T4）它是支撑在范围内的单个矩形波。1,0THARR小波在时域上是不连续的，所以作为基本小波性能并不好。它的主要优点是计算简单，且不但与正交（即）,而且也与自己的T2TJ02,TTJ整数移位正交（即），因此在的多分辨率系统就构成一组0,KT简单的正交归一的小波族。图410给出了HAAR小波函数图及其尺度函数图。硕士论文基于LABVIEW的毛细管电泳信号检测系统设计350501001502002500020406081AHAAR函函函函00204060811050051BHAAR函函函函图410HAAR小波函数及其尺度函数图（2）DAUBECHIES小波变换DAUBECHIES小波简称为DB小波。DBN中的N表示DB小波的阶次，N210。当N1时，即是HAAR小波。DAUBECHIES计算出了当N210时的，T0H1和。N的阶次还可以扩展。DB小波也是紧支撑正交小波，且是双正交小波。0G1的支撑范围在T02N1间，的支撑范围在1NN间。小波具有NTTT阶消失矩，在DB小波的函数图及其尺度图处具有N阶零点，DB小波是0非对称的。图411给出了N5时DB小波函数图及其尺度函数图。0500100015002000020020406081ADB5函函函函024681050051BDB5函函函函图411DB5小波函数和尺度函数图（N5）4电泳信号处理软件设计硕士论文36（3）SYMLETS小波变换SYMLETS小波简称为SYMN，N28，是DB小波的改进。除了具有DB小波的特点外，还具有接近对称的特点。图412给出了N6时SYMLETS小波函数图及T其尺度函数图。01000200030000402002040608112ASYM6函函函函0510105005115BSYM6函函函函图412SYMLETS小波函数及其尺度函数图（N6）2小波滤波的算法描述含噪信号模型如式（224）所示，按照如下三个步骤进行小波去噪处理，就能够从被噪声污染的SI中恢复出原始信号FI。（1）计算被噪声污染的正交小波变换，选取一个小波并确定分解层数J，按照式（225）把被污染信号进行小波分解至J层，得到对应的小波分解系数。（2）对分解得到的小波系数再进行阈值处理，得到原始信号小波系数的估值。（3）进行小波重构。用经阈值处理过的小波系数，按照式（226）进行小波重构，就可以得到恢复的原始信号的估计值。按上述三个步骤进行去噪的实现过程中，要特别注意两个问题的解决一是如何选择合适的小波基及分解层数；二是如何选取阈值及选取什么阈值函数。这两个问题的解决直接影响去噪效果。3小波滤波器的实现硕士论文基于LABVIEW的毛细管电泳信号检测系统设计37小波滤波器实现的程序流程图如图413所示。以DAUBECHIES小波为例，通过给出MATLAB中M文件关键代码，对小波滤波器的实现过程进行说明。开始输入原始信号结束确定小波分解层数选择小波选择阈值处理方式去噪处理输出去噪后的信号波形或信噪比图413小波滤波实现流程图经比较分析，得知DAUBECHIES（N5时）小波基分解降噪后信号损失非常小，去噪效果相对明显。于是选择DAUBECHIES（N5）小波基滤除微流体芯片信号中混杂的噪声信号，可以取得较好的效果。DAUBECHIES小波滤波器实现过程如下N000210采样频率50HZF12EXP200N3219EXP300N5215EXP260N5328EXP280N72ARAND1,501F1FALEVER4小波基分解到第四层XDWDENF1,HEURSURE,S,ONE,LEVER,DB5采用DB5小波基PLOTXD滤波后的结果显示436利用ACTIVX技术实现LABVIEW和MATLAB混合编程由于LABVIEW在界面开发方面有优势，而数据处理方面不强，本系统充分利用MATLAB在数据处理方面的优势，将它们有机结合起来，相辅相成、相得益彰。ACTIVEX的自动化（AUTOMATION）是ACTIVEX最重要的功能之一，是一个程序4电泳信号处理软件设计硕士论文38借助其方法和属性控制另一程序的能力，它包括自动化服务器和自动化控制器。MATLAB支持ACTIVEX自动化技术。MATLAB自动化服务器提供一系列方法和属性，借此可以实现在其他应用程序中执行MATLAB命令和控制MATLAB。LABVIEW50及以后的版本提供对ACTIVEX自动化的支持。在LABVIEW中基于ACTIVEX实现和MATLAB混合编程的方法又有两种，第一种使用MATLAB脚本节点，第二种使用ACTIVEX函数模板。两种方法的基本过程都相同先打开MATLAB自动化服务器，然后执行MATLAB命令，最后关闭自动化服务器。LABVIEW中与ACTIVEX有关函数模板在函数面板中“COMMUNICATION”子面板下的”ACTIVEX”面板中。硕士论文基于LABVIEW的毛细管电泳信号检测系统设计395实验结果与分析51引言本课题的主要任务是基于虚拟仪器技术，来完成毛细管电泳信号数据的采集和对毛细管电泳信号的处理分析，因此在完成这两项任务后，采用模拟法来验证所设计内容的正确性和有效性。52实验系统实验采用的主要设备有（1）两个直流稳压电源；（2）信号发生器；（3）设计的从机（基于89C51单片机数据采集卡）；（4）主机（装有设计的处理软件的联想启天PC机）；（5）编程器（RF910）。系统框图如图51所示。RS232信号发生器主机装有处理软件的计算机打印机从机数据采集卡图51毛细管电泳芯片信号处理系统测试系统53实验方法测试步骤如下1启动单片机数据采集器，单片机数据采集器完成初始化；2启动信号处理软件；3开始采集并且通过串口把数据送到上位机；4信号处理软件接受到数据，进行实时数据处理，然后显示谱曲线，并存储数据，再进行谱曲线的分析处理，显示处理结果。54实验结果及分析5实验结果与分析硕士论文40根据现有的实际情况，结合设计的从机和主机的不同的特点，进行分别测试。对于从机，主要是要看它能不能准确的采集到信号，考察它的实时性和准确性；而对于主机的信号处理分析系统，主要是要根据电泳信号的特点，看其能不能滤除噪声，考察它的滤波效果，然后进行相关的处理。541实时信号的采集及显示（从机）考虑到毛细管电泳信号的频率只有几赫兹，甚至更低，我们在选取采样的频率的时候，取值为50HZ，数据采集速度也不能太快，因为采样速度快和响应时间快会增加噪声。实验中选取的是三角波作为测试信号，其波形如图52所示，三角波的幅度为1V，周期为T01S。选择三角波的主要原因是由于它跟我们所分析的毛细管电泳信号有一定的相似性。010A/VT/MS50100150图52输入三角波信号在主机的毛细管电泳信号处理系统软件的控制面板上，得到了如图53所示的实时曲线，与原始信号相比较，可以看出本测试系统所得到的信号与原始信号基本一致。可见本系统具有很好的实时性，没有什么失真。另外，我们选择了信号频率为10HZ，比毛细管电泳芯片的信号大，这样的话，在检测电泳信号时，效果会更好。硕士论文基于LABVIEW的毛细管电泳信号检测系统设计41图53测试系统软件显示采集图542数据信号处理算法的验证与分析用高斯函数FN模拟激光诱导荧光毛细管电泳的仿真曲线（图54），还有施加随机噪声的含噪曲线（图55）。由前面的分析可知，用常用的傅立叶滤波变换很难达到滤除噪声又让有用信号的损失较少的目的，这里是要验证采用窗函数FIR滤波法和小波滤波的效果。在实际的操作中，在从机送来的电泳信号实时的显示时，只需要点击虚拟仪器控制面板上的信号处理框中的单选框，就能实现对信号的处理，处理后的曲线显示在面板中的显示区，如果想保存图片，按下存储按钮即可，整个过程简便、清晰。下面，主要看一看设计的算法对模拟出的、类似于毛细管电泳信号的信号处理的效果。5实验结果与分析硕士论文42图54电泳仿真信号A原始不含噪（B）加入噪声的信号1窗函数FIR滤波取窗的宽度为21，采样频率为50HZ，信号的截止频率10HZ。各种窗函数FIR滤波法对毛细管电泳芯片信号去噪及原始含噪对照图分别如下（图55图510）所示。（1）海明窗（HAMMING）滤波图55加噪信号和海明窗滤波后的信号（2）三角窗滤波硕士论文基于LABVIEW的毛细管电泳信号检测系统设计43图56加噪信号和三角窗滤波后的信号（3）BLACKMAN窗图57加噪信号和布莱克曼窗滤波后的信号（4）HANNING窗5实验结果与分析硕士论文44图58加噪信号和汉宁窗滤波后的信号（5）KAISER窗（45513）图59加噪信号和凯塞窗滤波后的信号（6）矩形窗滤波硕士论文基于LABVIEW的毛细管电泳信号检测系统设计45图510加噪信号和矩形窗滤波后的信号通过比较用各种窗函数FIR滤波处理的电泳信号与原始加噪信号，可以得出，虽然这些窗函数对毛细管芯片电泳信号有一定的去噪滤波的效果，但还含有一些噪声信号，特别是其谱峰图的峰高和峰位置都有明显变化，而这些峰高和位置在谱图中是最有用的信号，这点对我们后继定性、定量分析带来很大的影响。2小波滤波设计的软件中采用了三种小波即HAAR小波、SYMLETS8小波和DAUBECHIES3小波作为小波变换基对毛细管电泳仿真信号进行处理。在进行反复的实验比较后，对它们的阈值和分解层数进行了设置，见表51。表51滤波参数小波滤波参数HAARSYMLETS8DAUBECHIES3阈值软阈值软阈值软阈值层数444为分析说明各小波对不同信噪比（SNR）滤波效果，共采用了四种情况下的信噪比，下图是根据实际的电泳信号特点模拟出理想的电泳信号、加噪后的电泳信号。各种小波滤波法对毛细管电泳芯片信号的去噪及原始含噪对照图分别如下所示。5实验结果与分析硕士论文46用小波函数HAARASNR05846BSNR06414CSNR43909DSNR102795图511加噪信号和HAAR小波滤波后的信号（2）用SYMLETS小波硕士论文基于LABVIEW的毛细管电泳信号检测系统设计47ASRN05846BSNR06414CSNR43909DSNR102795图512加噪信号和SYMLETS小波滤波后的信号（3）用DAUBECHIES函数5实验结果与分析硕士论文48ASNR05846BSNR06414CSNR43909DSNR102795图513加噪信号和DAUBECHIES小波滤波后的信号表52给出了采用小波滤波后，不同输入信噪比下含噪信号处理前后的信噪比改善情况，由表可见，进行上述三种小波的效果是明显的。硕士论文基于LABVIEW的毛细管电泳信号检测系统设计49表52三种小波处理前后的信噪比改善情况去噪前SNRDB058460641443909102795HARR滤波SNRDB0862736277114069217878SYMLETS滤波SNRDB1013737099117451224969DAUBECHIES滤波SNRDB0967137926120407242933通过比较三种小波基滤波处理的电泳信号与原始加噪信号，可以得出，经过小波去噪处理后的电泳谱峰的峰高和峰位置变化都非常小，且噪声基本被滤除,经过反复的实验比较，以DB4和SYM8的处理效果最为突出。所以，对于类似电泳信号的尖峰信号应当采用小波去噪处理，这样去噪后信号的峰高和峰位置变化极小，完全可以满足分析的要求，并且在利用微型计算机进行信号的数据采集、处理与分析时，只需要满足奈奎斯特采样定理，不需要过多地增加采样频率,从而可以有效节约数据的存储资源，因此小波去噪有望成为一种通用而有效的电泳芯片信号的实时滤波器。6总结与展望硕士论文506总结与展望61论文总结基于虚拟仪器技术的毛细管电泳芯片检测系统的研发，是为在生命科学、环境科学等领域应用毛细管电泳技术对复杂样品进行分析做铺垫。该系统通过模块化和面向对象的概念进行设计，比较成功地提供了一个良好的用户平台，能够在友好的用户界面下实现对毛细管电泳芯片信号的实时测试。本文工作的总结如下1在查阅大量文献的基础上，介绍了电泳芯片的历史和研究意义，以及国内外毛细管电泳仪的研究现状，分析了分析仪器的发展趋势，指明了电泳芯片信号采集与处理系统研究的意义。2讨论分析毛细管电泳芯片的工作原理和虚拟仪器的特点，研究分析毛细管电泳芯片输出信号的特性，以及相应的数字信号处理理论和方法（奈奎斯特采样定律、滤波定律、FIR滤波、小波变换）。3设计了采用主从式虚拟仪器技术的从机。根据电泳信号的特点，提出了从机的总体设计方案；采用模块化设计思路，实现了数据采集卡硬件和软件的设计与制作，包括信号调理电路、单片机和A/D转换电路、抗干扰电路及其相应软件设计。4设计了采用主从式虚拟仪器技术的主机。采用了面向对象的设计思想，设计了虚拟面板，并实现了多种数字信号处理算法（有限长单位冲激响应（FIR）滤波器、小波变换等）；根据ACTIVEX技术实现了LABVIEW和MATLAB之间的无缝连接。5对毛细管电泳芯片检测系统的从机（信号采集卡）与主机（信号处理系统）进行了初步模拟验证。采用信号模拟的方法，对研制信号采集卡与处理系统各功能模块进行测试和验证；并采用编制的各种数字信号处理算法对模拟产生的电泳谱峰图进行了数字信号处理，对处理结果进行了比较分析。62展望基于虚拟仪器的毛细管电泳芯片检测系统的开发仅仅是初步的，在某些方面还有待于改进和完善1进一步完善主机的处理软件，特别是对不同信号处理采用的具体的信号处理方法，需要进行大量的、反复的实验；2本文采用的数字信号处理算法，无论是在理论上还是在实际应用中，还有待更深入的研究硕士论文基于LABVIEW的毛细管电泳信号检测系统设计513现在从机和主机采用RS232通信，随着USB成为通用的接口，考虑到使用的方便，可以开发使用基于USB的从机、主机之间的通信。毛细管电泳芯片检测系统的研究己经取得了很大的进展，随着计算机科学、电子学、MEMS技术、生物化学、分析化学和自动化等相交叉的研究领域各项技术的发展，它将为生物、化学和医药分析等领域带来重大的革命性变化。致谢硕士论文52致谢非常感谢我的导师张重雄教授在我研究生生涯中给予的关心与帮助。张老师要求我勇于开拓、敢于创新，对我的课程学习和论文都给予了精心的指导。他严谨的治学态度、勤勉的工作作风永远是我学习的榜样，让我不仅积累了丰富的学识，更在如何做人上学到了很多。本文是在张重雄教授的悉心指导下完成的。在论文撰写的整个过程中，从前期的构思、需要注意的事项，到开题、收集资料、计算过程、结果数据的整理和分析、直到论文的最终定稿等各方面张教授都给予了我具体的安排、指导和全方位的帮助。在论文的创作过程中，张老师不仅是我论文上的导师，更是我生活中的良师益友在此向导张重雄教授致以深深的敬意和由衷的感谢同时，还要感谢南京理工大学电光学院的全体领导、老师，给予我们这次离校后的再一次学习机会，在这里我结合自己的工作实际，学到了通信与信息系统领域更为深刻的知识，收获匪浅。还要特别感谢我的同事刘军教授在我学习中和论文写作中给予的支持和帮助。最后，还要感谢我的父母、我的爱人张桂新先生、我的女儿张可妍小朋友，他们在生活上、精神上给予我很大的支持和鼓励，是他们给予我努力学习的信心和力量。最后，感谢所有关心我、支持我和帮助过我的同学、朋友、老师和亲人。在这里，我仅用一句话来表明我无法言语的心情谢谢你们硕士论文基于LABVIEW的毛细管电泳信号检测系统设计53参考文献硕士论文54参考文献1崔大付,张兆田等生物电子学的研究与进展J中国科学基金,2005,18（4）2彭秋莲光学生物传感器的医学应用及进展J井冈山学院学报（自然科学版）,200653陈锡辉,张银鸿著LABVIEW820程序设计从入门到精通M清华大学出版社,20074NATIONALINSTRUMENTSCORPORATIONLABVIEWANALYSISCONCEPTSMAPRIL20035MANZA,GRABER,N,WIDMER,H,INSMIDDELHOEKED,TRANSDUCERS,89PROCEEDINGSOFTHE5THINTERNATIONALCONFERENCEONSOLIDSTATESENSORSANDACTUATORSANDEUROSENSORSIII,MOTREUX,SWITZERLANDJUNE1989,PP2442486MANZA,FETTINGER,JC,VERPOORTE,E,LUDI,H,WIDMER,HM,HARRISON,DJ,TRENDSANALCHEM1991,10,1441497JACOBCONSC,HERGENRODERR,KOUTNYLB,WARMACKRJ,RAMSEYJMANALCHEM,1994,6617110711138WOOLLEYATSANSABAUGHGF,WATHIESRA,ANALCHEM,1997,6911218121869BURGGARFN,MANZA,EFFENHAUSERCS,VERPOORTEE,DEROOIJNF,WILDMERHMJ,JHIGHRESCHROMATR,1993,16959459610MANZA,VERPOORTEE,EFFENHAUSERCS,BAUGGARFN,RAYMONDDE,WIDMERHM,FRESENIUSJANALCHEM,1994,34856757111BURGGARFN,MANZA,VERPOORTEE,EFFENHAUSERCS,WINDMERHM,DERIJNFSENSORSACTUATORSBCHEMICAL,1994,2010311012DJEDHARRISON,ANDREASMANZ,ZHONGHUIFAN,HANSLUDI,ANDHMICHAELWIDMER,ANALCHEM1992,64,1926193213CARLOSEFFENHAUSER,ARANPAULUS,ANDRESSMANZ,ANDHMICHAELWIDMER,ANALCHEM994,662949295314ADAMTWOOLERYANDRICHARDAMATHIER,ANALCHEM1995,67,3676368015STEPHENCJACOBSONANDJMICHAELRAMSEYANALCHEM1996,68,72072316VANDENBERGAMICROTOTALANALYSISSYSTEMSTASAPPLICATIONOFMINIATURIZATIONTECHNIQUESINANALYTICALCHEMISTRYJANALYSI