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用于推断死亡时间的便携式玻璃体液钾钠离子浓度检测系统设计

作　者: 徐升桥
导　师: 徐效文
学　校: 中南大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 玻璃体液 便携式离子浓度检测仪 离子选择电极
分类号: D919
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


玻璃体液中很多物质的死后化学变化较血液与脑脊液内的物质化学变化要缓慢得多,且相对稳定。因此玻璃体液成分分析一直被看作是法医病理学研究的重要方法之一。本文分析了国内外便携式离子浓度计的发展现状,利用离子选择电极法设计了一种便携式测量设备,以此测得玻璃体液中离子的浓度,从而间接的推断出命案现场尸体死后经过时间。本文的主要工作如下：1、针对离子选择电极的高阻抗特性,选用高阻抗差分运算放大器设计了信号前置放大电路。2、为了减小温度对电极输出信号的影响,设计了温度补偿电路。将数字温度传感器DS18B20采集的温度信号传入单片机,以期达到温度补偿的效果。3、设计并实现了基于单片机与CPLD的离子浓度检测系统的硬件电路。4、完成了CPLD的逻辑设计,并通过仿真验证了设计逻辑的正确性,编写了检测系统各模块的软件程序。对离子选择电极的信号、噪声、温度补偿等作出了系统的分析,提出了降低离子选择电极的信号漂移、提高信号精度与稳定性的设计方案。经初步测试,该检测仪器能够在现场快速检测出玻璃体液中钾钠离子的浓度。只需更换相应的离子电极和运放的反馈电阻,即可完成其它离子的检测,进而实现现场快速测量人死后玻璃体液中的离子浓度。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-14
  1.1 研究背景及意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-12
  1.3 本文的研究内容和论文内容安排  12-13
    1.3.1 本文的研究内容  12
    1.3.2 论文内容安排  12-13
  1.4 本章小结  13-14
第二章 离子浓度测量原理与信号分析  14-24
  2.1 基本概念  14-18
    2.1.1 浓度、活度及活度系数  14-15
    2.1.2 半电池、电池、电池电动势及电极、电极电势  15-16
    2.1.3 离子活度与电极电势的关系——能斯特方程  16-18
  2.2 离子电极的结构及工作原理  18-20
    2.2.1 离子选择电极  18
    2.2.2 参比电极  18-19
    2.2.3 复合电极  19
    2.2.4 离子选择电极测量原理  19-20
  2.3 温度补偿  20-21
    2.3.1 温度对信号测量的影响  20
    2.3.2 温度补偿  20-21
  2.4 离子浓度计的标定  21-23
    2.4.1 单点校准  21
    2.4.2 多次标准加入法  21-22
    2.4.3 双次标准加入法  22-23
    2.4.4 双点校准  23
  2.5 本章小结  23-24
第三章 离子浓度检测系统的硬件设计  24-41
  3.1 总体设计  24-26
    3.1.1 系统方案  24-25
    3.1.2 系统结构框图  25-26
  3.2 CPLD模块  26-28
    3.2.1 芯片介绍  26
    3.2.2 CPLD下载接口  26-28
  3.3 单片机模块  28-30
    3.3.1 芯片介绍  28
    3.3.2 报警电路  28-29
    3.3.3 液晶显示电路  29-30
    3.3.4 键盘控制电路  30
  3.4 电源模块与电压转换电路  30-31
    3.4.1 电源模块  30-31
    3.4.2 +5V转到±15V电路  31
  3.5 电极信号测量电路设计  31-33
  3.6 A/D转换电路  33-37
    3.6.1 AD7705  33-35
    3.6.2 AD1674  35-37
  3.7 温度补偿电路  37-38
  3.8 串口通信与程序下载  38-39
  3.9 单片机与CPLD的连接方式  39
  3.10 抗干扰设计  39-40
  3.11 本章小结  40-41
第四章 离子浓度检测系统的软件设计及仿真  41-56
  4.1 编程软件及开发语言  41-43
    4.1.1 单片机开发软件及编程语言  41-42
    4.1.2 FPGA/CPLD开发软件及编程语言  42-43
  4.2 系统流程  43
  4.3 CPLD模块程序设计  43-49
    4.3.1 分频器  44-45
    4.3.2 AD1674工作时序  45
    4.3.3 有限状态机的描述  45-46
    4.3.4 AD1674采样控制程序  46-47
    4.3.5 AD1674综合逻辑  47-48
    4.3.6 8位三态锁存器和多路选择复用器  48-49
  4.4 温度测量程序  49-50
  4.5 键盘扫描程序  50-52
  4.6 液晶显示控制程序  52-53
  4.7 串行通信  53-55
  4.8 本章小结  55-56
第五章 系统调试  56-61
  5.1 实验装置及实验步骤  56
  5.2 整体调试过程  56-59
  5.3 实验结果  59-61
第六章 总结与展望  61-62
  6.1 设计总结  61
  6.2 下一步工作  61-62
参考文献  62-65
致谢  65-66
作者攻读硕士学位期间的主要成果  66

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