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     新闻资讯

尿液分析仪

  摘  要  介绍了一种以Intel公司的80C196单片机为控制核心,并采用串行E2PROM、JM202A LCD显示和M-T102热敏打印机等器件构成的尿液分析仪。阐述了尿液分析仪的基本原理,使用256K的串行E2PROM和8155的256个数据RAM ,实现数据的采集、处理、显示、打印、串行通信等功能。
  关键字  80C196   尿液分析仪  自动测试  E2PROM
  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500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,另外结构简单,其最主要的光学检测部件是非封闭的,方便用户拆卸和维修。
  1基本原理
  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。
  2硬件设计
  2.1.1 MCU
  本仪器的MCU采用Intel公司的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。
  2.1.2 数据存储器
  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500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。
  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A000H-A0FFH。
  2.2采样控制
  采样控制部分框图如图2:
  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LM224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。
  2.3 显示控制和打印控制
  本仪器选用的是京华的字符型点阵LCD显示器JM202A,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JM202A的初始化,行显示控制。
  打印机选用的是EPSON的微型打印机,打印机芯是M-T102,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
  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、数据处理、显示、打印、串行通信等程序的设计。值得一提的是,在检测到电机停准开始检测时,在软件设计中增加了一个30秒的放试纸等待程序,如果在30秒内完不成则报错,保证了被测试纸的新鲜,提高测量结果的准确性。在数据处理过程中设置了上下限的处理,对极端错误进行排除,如试纸被严重污染的情况。软件流程图如图3所示。
  尿液分析仪样机经过标准试纸条的测试,测试精度达到医用要求。但就操作和显示来说,仍有一定的局限性。下一步,就方便操作和大屏幕显示方面要做进一步的改进,并打算
  增加实时时钟模块,更方便对历史数据的查询。

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