碳13红外光谱仪的设计与实现

发布时间：2017-06-06 17:14

  本文关键词：碳13红外光谱仪的设计与实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：幽门螺旋杆菌的传统检查手段是借助胃镜由患者嘴中伸入受检者的食道、胃、十二指肠中取活检标本检查的方法,患者多有恶心感非常痛苦同时胃镜重复利用容易交叉感染。针对该问题,本论文给出了一种基于红外光谱技术快速、无创无痛检测幽门螺杆菌的数字化医疗设备(以下称为红外光谱仪)的设计与实现。本文首先分析了幽门螺旋杆菌几种常见的检测方法及设备的优缺点,确定了碳13同位素标定技术及红外技术作为幽门螺旋杆菌检测方案,并提出了设计需求。为了满足数字化医疗体系建设的需要,引入了嵌入式以太网协议LwIP协议栈实现方法。在完成总体方案框架设计基础上,接下来是对每个模块的详细设计。红外采集器件采用德国InfraTec公司的热释电红外传感器,实现对患者口吹气中碳12和碳13浓度的测量。从实际应用需求、检测精度和电路复杂度考虑,确定了系统核心模块由微处理器LPC2362及16位数据采集模块MAX1168组成。软件上分为：最底层是·μC/OS-Ⅱ(Micro Control Operation System Two)实时操作系统有效提高了设备的可靠性和稳定性,然后是电磁阀、异步串行通信、气路气泵和电机等硬件模块驱动层,同时介绍了电路可靠性提高的措施。在操作系统的支持下,完成呼吸气体的采集、电机气泵控制、二氧化碳浓度分析等应用。最后,本系统通过对阳性、阴性样本的检查调试,完成了红外光谱仪的软件和硬件集成,实现了系统的可靠运行。根据行业对性能的测试方法,结果表明：碳13红外光谱仪的精密度达到0.3‰,稳定性小于±3%,对浓度差在1.1以内的样本检测结果正确。
【关键词】：碳13 红外光谱仪 uC/OS-Ⅱ LwIP 嵌入式微控制器
【学位授予单位】：中国科学院大学(工程管理与信息技术学院)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R446.1;TH776
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 研究背景与意义9-12
• 1.1.1 幽门螺旋杆菌简介9-10
• 1.1.2 幽门螺旋杆菌研究意义10
• 1.1.3 幽门螺旋杆菌的检测方法10-12
• 1.2 本课题的研究现状12-17
• 1.2.1 幽门螺旋杆菌检测研究现状12-13
• 1.2.2 国内外呼气试验设备现状13-15
• 1.2.3 红外探测器研究现状15-17
• 1.3 本文主要研究内容17-19
• 第二章 碳13红外光谱仪总体方案设计19-29
• 2.1 红外信号采集和气体控制19-21
• 2.1.1 气体采集的测量方案19-21
• 2.1.2 气体采集的控制方案21
• 2.2 系统总体框架设计21-27
• 2.2.1 红外光谱仪的气路设计21-23
• 2.2.2 红外光谱仪的电气设计23-25
• 2.2.3 红外光谱仪的软件设计25-27
• 2.3 系统层次的可靠设计27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 红外光谱仪硬件设计29-41
• 3.1 主控系统设计29-32
• 3.1.1 主控系统的方案与器件选型29-30
• 3.1.2 主控系统电路设计30-31
• 3.1.3 电压监控电路设计31-32
• 3.2 电源系统电路设计32-34
• 3.3 气体采集电路设计34-39
• 3.3.1 气体取样控制电路34-35
• 3.3.2 电磁阀控制电路35-36
• 3.3.3 气体浓度测量电路36-39
• 3.4 以太网电路设计39-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第四章 红外光谱仪软件设计41-57
• 4.1 基于LPC2362的uC/OS-Ⅱ实现41-44
• 4.2 LwIP在uC/OS-Ⅱ的实现44-47
• 4.2.1 LwIP协议栈的实现44-46
• 4.2.2 信号量与邮箱操作函数的实现46
• 4.2.3 线程与超时函数的实现46-47
• 4.3 软件设计实现47-56
• 4.3.1 主程序模块47-51
• 4.3.2 AD模数转换模块51-54
• 4.3.3 气体采集模块54
• 4.3.4 异步通信器模块54-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第五章 红外光谱仪验证测试57-65
• 5.1 系统检测57-60
• 5.1.1 红外光谱仪气体收集57
• 5.1.2 红外光谱仪的操作57-60
• 5.2 性能测试60-65
• 5.2.1 红外光谱仪检测依据60-61
• 5.2.2 精密度和稳定性测试61
• 5.2.3 阳性样本的测试61-62
• 5.2.4 不同浓度样本的测试62-63
• 5.2.5 网络功能的测试63-65
• 第六章 结论及展望65-67
• 6.1 结论65-66
• 6.2 展望66-67
• 参考文献67-69
• 致谢69-71
• 个人简历、在学期间发表的论文与研究成果71

【参考文献】

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1 张炜奇,由靖X,胡冰,向祖琼,许春娣;~(13)C尿素呼气试验诊断小儿幽门螺杆菌感染的研究[J];中华儿科杂志;1999年08期

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本文编号：427011