原创 尿液分析仪

.d nb.L`%?b44606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。电子园51单片机学习网n'_q vCbc;M*J

1基本原理                                

Pm2O)zAh%w;p7R?!u44606    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。

ySH%NkWH446062硬件设计

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C6] _X1@8Q%lB K44606电子园51单片机学习网*S*d!xBB9a lA!\:u

k#j/^I$qjtd446062.1.1 MCU电子园51单片机学习网V R4GH/r5E5k:q c(ez;A'K

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。电子园51单片机学习网_)j R*iKIR#g2O

2.1.2 数据存储器电子园51单片机学习网M0p)b-]t

/F9D!y4GK+inI5[h5k44606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。

l(c O%~5V@44606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。电子园51单片机学习网 Xu8I/Ilhe)^ G

.AP@p@-YI446062.2采样控制

"W U)EtQi} t44606    采样控制部分框图如图2：电子园51单片机学习网}8_nPW9`2l R

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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电子园51单片机学习网 w c6u1j U:}d

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。电子园51单片机学习网Yfj3zIM

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。电子园51单片机学习网'QE`h [

(L6ln;po-RB(u{J446063 软件设计电子园51单片机学习网xm yp4q|;{

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。

]/Jm)H k44606    该仪器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。电子园51单片机学习网h;q:s{6XfdW&~

v;H*R |.DH.wFJ(za3O44606电子园51单片机学习网1A"\J+H!Is,zt'K'c

参考文献电子园51单片机学习网wg&]fS zk[7Q7f

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5 甘心照  近代电子医疗设备与技术南京大学出版社  1991电子园51单片机学习网V*n(w2k Kc