医用智能电子鼻系统软件设计与实现

发布时间：2020-07-12 18:48

【摘要】：当前,国内大多数医院对病人感染细菌的检测主要是依靠传统的检测方法(如医学细菌培养、血清检测等),然而这些检测方法存在持续周期长、操作繁琐、需要专业的操作人员等缺点,有时还需要依赖医生长期的临床经验。这些缺点不可避免地会对病人的诊断产生影响,甚至可能使得病人错过最佳的治疗时期。在医学方面,已经知道了某些疾病会有特定的代谢气体产生,而电子鼻通过其核心部件——传感器阵列,可以实现对气体的检测。同时,凭借操作简便、方便携带、实时检测等特点,电子鼻技术已经引起了人们的广泛关注。本文依托于自主设计并研发的电子鼻硬件系统,并参考其他电子鼻软件的功能界面研发出医用智能电子鼻系统软件,用来检测患者的伤口感染类型,并解决了当前已有电子鼻系统软件中存在的功能单一、界面使用不方便等问题。本文主要完成的工作如下:首先对电子鼻技术的概念、课题的研究背景及意义等进行了概述;然后,论文对医用智能电子鼻系统硬件平台及其工作原理进行了简要介绍,并且指出了医用智能电子鼻系统软件所涉及到的关键技术;最后是本文的核心部分,也即详细介绍该软件的需求分析、设计与实现,具体分为以下几部分:(1)界面设计。根据需求分析获得了该软件所要实现的具体功能,以及医用智能电子鼻系统软件设计的原则和目标,并最终确定了该软件的界面设计方案。(2)流程控制与硬件控制。本文使用模块化设计对控制硬件模块的代码进行划分;根据硬件平台的实际使用情况,采用多线程技术来控制整个实验流程。(3)功能模块的设计。医用智能电子鼻系统软件的功能模块主要包含通信模块、数据库模块、算法嵌入模块等。通信模块是通过串口通信技术实现该软件和硬件系统的正常通信;数据库模块实现了数据字典的设计,并使用SQLite数据库和XML等技术完成了对数据的保存等;算法嵌入模块是嵌入到上位机软件中,使用多线程以及事件与委托等技术实现对待测样本的分析,并给出预测结果。(4)软件测试。通过黑盒测试测试了系统软件,结果表明该系统软件达到了预期的目标,不仅能够准确控制硬件平台,还可以准确采集数据。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP311.52
【图文】：

电子鼻,智能,实物,控制系统

子鼻系统对气体的判别是通过模式识别算法进行检测得到的。在不同的环境下，温湿度也会有所不同，而其值会改变传感器的工作电阻值。因此，为了测出传感器响应值的准确电压值，在电子鼻系统中加入了温度传感器和湿度传感器，以减少环境对传感器电压值的干扰。由于传感器在一定时间不通电放置后，再通电工作，电阻值会发生变化[27]。因此正式实验之前要先预热半小时，使电阻值达到稳定状态，才会采集到准确的传感器电压值。2.2 电子鼻系统硬件平台根据电子鼻系统原理以及实际需求，实验室自主设计并研发了医用智能电子鼻系统作为检测病人伤口感染的主要硬件平台，其主要组成部分如图 2.2 所示，该硬件平台主要由装待测样本的样品室，传感器阵列，MFC 质量流量控制器，AD数据采集卡，单片机，零级空气发生器，计算机，三通电磁阀，进样系统等组成。整体的硬件系统平台结构模型如图 2.3 所示。

结构图,硬件系统,结构图,电子鼻

图 2.3 硬件系统结构图Fig. 2.3 Structure diagram of hardware system2.3 电子鼻系统的硬件控制医用智能电子鼻系统的硬件实物图已在 2.2 节进行展示，并详细讲述了所含有的硬件设备，下面对硬件控制系统的关键模块进行详细讲解。本系统的硬件设计是：进样系统控制三通电磁阀的切换，进而控制实验流程。而本课题所研制的电子鼻系统，在实验的过程中主要有三种工作状态，也即：采集基线、采集样本和清洗系统。通过设置相应的时间来控制各个阶段的工作状态，三种工作状态的具体的气体流向分别为：① 采集基线阶段：气体MFC 传感器阵列样品室MFC

登录界面,用户名

智能电子鼻系统主要是对病人的伤口感染进行检测，而该仪器密的设备，这决定了其使用者是医生或者专业的操作人员，所时候，需要记录下操作人员的信息。本系统软件中也添加了另当用户首次登陆使用时，会有一套预先设置好的实验参数，用需求修改相对应的参数即可。当已使用过系统软件的用户再次会保存用户上次设置好的参数，不需要用户再重新设置，这样节省了用户的时间，因此设计了一个用户登录的界面。用户只才可以跳转到登录界面输入对应账号和密码。的界面（如图 4.1）主要有用户名与密码输入框，假如已经按入对应的信息登入系统软件。假如密码或者用户名提示错误，成功，也就无法进入上位机软件主界面。册界面中（如图 4.2），主要是填写用户名和密码的信息。在填要再次确认密码，如果在输入用户名时，提示用户名已被使用的用户名，再设置密码，最后要确保用户名和密码的匹配性和

【参考文献】