基于STM32全自动生化分析仪的研究与设计

发布时间：2017-09-01 00:17

  本文关键词：基于STM32全自动生化分析仪的研究与设计

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【摘要】：随着现代制造业水平和生活水准的提高,人们对现代医疗器械的准确度,自动化程度以及功能等方面有了更高的要求与期待。目前,国内生产厂商的生化仪设备的基本原理和实现方法基本一致,但由于其价格劣势,生化仪设备只能在县级以上的医院才能承担。针对这种问题,设计一种降低设备成本的控制方案来减少大众的医疗费用,可使更多的人享受现代科学技术带来的方便。论文论述了生化分析仪的发展历史和趋势,分析了生化分析仪相关的关键原理,其中包括分光光度计原理、步进电机控制原理、增量式编码器原理、帕尔贴效应和液面探测原理。在这些原理的基础上,分析和设计了生化分析仪的硬件系统。使用ADuCM360控制光电转化子系统实现光电信号的采集和传输,主要包括光电传感器、可变增益放大器和多路选择器电路;使用STM32F429IGT6控制样本子系统、试剂子系统、反应子系统和液路子系统实现生化分析仪的执行操作,主要包括步进电机、直流电机、开关阀、光耦等电路;使用STM32F103C8T6控制温度控制子系统实现恒温操作,包括温度采集、按键、数码管显示和帕尔贴控制电路。三个控制芯片通过RS-485总线进行通信,所有数据通过RS-232接口传输到PC机。生化分析仪的控制变量众多,对设备响应的实时性有严格的要求,使用实时操作系统来完成程序的整体设计。首先,编写芯片和板级硬件的相关驱动。其次,根据要求编写设备所需的API函数,完成设备硬件操作的相关功能。最后,调用API函数的各个子系统被设计成操作系统的子任务,通过操作系统管理这些子任务实现生化分析仪的所有操作。PCB采用Altium Designer设计,充分考虑信号与电源的完整性。通过对设备的模块调试和国家相关指标的具体测试,其功能和性能满足预期要求。
【关键词】：生化分析仪 STM32 数据采集 自动控制
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH77
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 引言10
• 1.2 生化分析仪的历史与现状10-12
• 1.3 本文的研究意义及主要研究内容12-14
• 第2章 生化分析仪关键原理分析14-22
• 2.1 分光光度计原理14-17
• 2.1.1 比尔-朗伯定律14-15
• 2.1.2 光源15
• 2.1.3 色散元件15-16
• 2.1.4 光电二极管阵列16-17
• 2.2 步进电机控制原理17-19
• 2.2.1 步进电机的结构18
• 2.2.2 步进电机驱动器18-19
• 2.3 增量式编码器原理19-20
• 2.4 帕尔贴效应20-21
• 2.5 液面探测原理21
• 2.6 本章小结21-22
• 第3章 生化分析仪硬件系统设计22-38
• 3.1 硬件需求分析22
• 3.2 总体结构22-27
• 3.2.1 主控制器23-25
• 3.2.2 主控制器通信接口25-27
• 3.3 硬件子系统设计27-37
• 3.3.1 光电转化子系统27-30
• 3.3.2 样本子系统30-33
• 3.3.3 试剂子系统33-34
• 3.3.4 反应子系统34-35
• 3.3.5 液路子系统35-36
• 3.3.6 温度控制子系统36
• 3.3.7 供电子系统36-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第4章 生化分析仪程序设计38-50
• 4.1 系统开发环境38-40
• 4.1.1 编译器与芯片固件库38-39
• 4.1.2 实时操作系统uC/OS-III39-40
• 4.2 程序整体设计40-43
• 4.2.1 任务管理41-42
• 4.2.2 任务通信42-43
• 4.3 子程序设计43-49
• 4.3.1 样本臂子程序44-45
• 4.3.2 试剂臂子程序45-46
• 4.3.3 搅拌臂子程序46
• 4.3.4 样本盘子程序46
• 4.3.5 试剂盘子程序46-47
• 4.3.6 反应盘子程序47
• 4.3.7 温度控制子程序47-48
• 4.3.8 光电转化子程序48-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第5章 生化分析仪的调试50-56
• 5.1 操作界面50
• 5.2 主要操作选项50-55
• 5.2.1 计算机通信与复位50-51
• 5.2.2 吸量器51-52
• 5.2.3 样本臂、试剂臂 1、试剂臂 252
• 5.2.4 温度52-53
• 5.2.5 搅拌臂53
• 5.2.6 样本盘与试剂盘53-54
• 5.2.7 比色杯与反应盘、水泵与水槽阀54-55
• 5.3 本章小结55-56
• 第6章 生化分析仪的性能检验56-64
• 6.1 杂散光56
• 6.2 吸光度的线性范围56-57
• 6.3 吸光度的准确性57-58
• 6.4 吸光度的稳定性58
• 6.5 吸光度的重复性58-59
• 6.6 温度准确度与波动度59-60
• 6.7 样品携带污染率60-61
• 6.8 加样的准确度与重复性61-62
• 6.9 临床项目的批内精确度62-63
• 6.10本章小结63-64
• 第7章 结论64-66
• 参考文献66-68
• 在学研究成果68-69
• 致谢69

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本文编号：768778