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全自动生化分析仪测控系统设计

作　者: 李明
导　师: 朱蕴璞
学　校: 南京理工大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 全自动生化分析仪 STM32 吸光度 RT-Thread USB通信 CAN总线
分类号: TH789
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

全自动生化分析仪是通过检测人体血液或体液样本得到各种生化指标的仪器。目前社会上对生化检验的需要量很大,它的出现极大的减轻了医护人员的工作负担,因此在各级医院得到了广泛的应用。生化分析仪的技术复杂,国内在这方面起步较晚,生产的仪器水平较低,与国外相比有较大差距。本文旨在设计与开发一款功能完善、性能稳定、操作简便的大型全自动生化分析仪的测控系统,为后续产品的开发起到指导性作用。本文首先分析了国内外的研究状况,之后在分析了生化分析仪工作原理和整体结构的基础上,提出了仪器主控系统的总体设计方案,并对硬件电路和下位机软件进行了详细设计。在硬件方面,系统前端采用光电池作为信号检测单元；系统的微处理器采用了STM32F217ZET6芯片,该处理器通过控制A/D转换器采集光电池信号；系统通过USB接口电路和上位机通信,另外考虑到方便调试和远程控制,设计了RS232通信电路和以太网接口电路；主控系统是协调仪器各个模块正确执行的关键,考虑到可靠性、可扩展性和实时性等因素,系统使用CAN总线和各模块通信。在软件方面,采用了应用层、驱动层和操作系统的三层架构。底层选用了适合STM32的RT-Thread操作系统,其提供的实时多任务处理功能满足了仪器对复杂控制的要求。在操作系统的基础上,开发了USB通信和以太网通信的驱动程序。应用层将系统的功能划分为多个线程来实现。最后对系统各模块进行了调试,并进行了实验,对实验数据分析表明,仪器性能达到了设计指标。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-13
  1.1 引言  8
  1.2 国内外生化分析仪发展状况  8-11
  1.3 课题研究意义及主要研究内容  11-13
2 全自动生化分析仪的原理和结构  13-19
  2.1 生化分析仪测量原理  13-14
  2.2 生化分析仪组成  14-17
    2.2.1 机械系统  15-16
    2.2.2 光学系统  16-17
    2.2.3 恒温系统  17
    2.2.4 电路控制系统  17
    2.2.5 上位机管理系统  17
  2.3 生化分析仪工作过程  17-18
  2.4 本章小结  18-19
3 系统总体设计  19-24
  3.1 概述  19-20
  3.2 硬件架构  20-21
  3.3 软件架构  21-23
  3.4 本章小结  23-24
4 系统硬件设计  24-41
  4.1 光电传感器选型  24
  4.2 信号调理电路设计  24-28
  4.3 信号采集电路设计  28-31
  4.4 微处理器电路设计  31-35
    4.4.1 微处理器模块  32-33
    4.4.2 CPU外围扩展电路  33-34
    4.4.3 复位电路及JTAG电路  34-35
  4.5 CPLD电路设计  35-36
  4.6 SPI Flash电路设计  36-37
  4.7 通讯接口电路设计  37-40
    4.7.1 串口通信电路  37-38
    4.7.2 隔离式CAN接口电路  38
    4.7.3 隔离式USB接口电路  38-39
    4.7.4 以太网接口电路  39-40
  4.8 电源模块设计  40
  4.9 本章小结  40-41
5 系统软件设计  41-65
  5.1 RT-Thread操作系统  41-45
    5.1.1 RT-Thread操作系统移植  41-43
    5.1.2 系统启动流程  43-45
  5.2 应用层程序实现  45-55
    5.2.1 上位机通信模块  45-50
    5.2.2 信号采集模块  50-51
    5.2.3 多机协调控制模块  51-55
  5.3 USB通信程序实现  55-59
    5.3.1 STM32 USB固件库移植  55-56
    5.3.2 USB CDC设备实现  56-58
    5.3.3 USB通信程序实现  58-59
  5.4 以太网通信程序实现  59-62
    5.4.1 轻型TCP/IP协议栈LwIP  59-60
    5.4.2 以太网程序实现  60-62
  5.5 CPLD程序实现  62-64
    5.5.1 译码片选程序实现  62-63
    5.5.2 复位计数信号发生程序实现  63-64
  5.6 本章小结  64-65
6 系统调试及实验结果  65-75
  6.1 系统调试  65-69
  6.2 测试结果  69-74
    6.2.1 吸光度线性度  72-73
    6.2.2 吸光度准确度  73
    6.2.3 吸光度稳定性  73
    6.2.4 吸光度重复性  73-74
  6.3 本章小结  74-75
7 总结与展望  75-77
  7.1 全文总结  75-76
  7.2 改进与展望  76-77
致谢  77-78
参考文献  78-81
附录A 硕士期间论文发表情况  81-82
附录B 电路原理图  82-85
附录C 电路实物图  85

全自动生化分析仪测控系统设计

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