基于恩智浦LPC2148的微型尿液分析儀的設(shè)計(jì)

軟件模塊描述

　　本設(shè)計(jì)軟件部分主要分成觸摸屏及LCD模塊、A/D模塊、LED控制模塊和網(wǎng)絡(luò)模塊，見(jiàn)圖3系統(tǒng)流程圖。

圖3  系統(tǒng)主流程圖

　　本設(shè)計(jì)采用帶觸摸屏的LCD顯示器，主要實(shí)現(xiàn)菜單選擇、按鍵操作、測(cè)量的數(shù)據(jù)及狀態(tài)顯示，為本設(shè)計(jì)的操作帶來(lái)極大的方便，讓使用者在輕松、愉快的環(huán)境下使用本產(chǎn)品，是本設(shè)計(jì)的一大亮點(diǎn)。

　　本設(shè)計(jì)可以采用外部A/D或LPC2148內(nèi)部自帶的10位A/D轉(zhuǎn)換器，根據(jù)本設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)據(jù)精度的要求，采用2148自帶的A/D。該模塊主要是檢測(cè)CPLD模塊產(chǎn)生的SH信號(hào)，當(dāng)該信號(hào)為高時(shí)，處理檢測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)設(shè)置啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換的條件，在SH下降沿到來(lái)時(shí)重新啟動(dòng)A/D進(jìn)行下次測(cè)量，直到檢測(cè)結(jié)束。在該模塊中，還有一個(gè)重要的任務(wù)—數(shù)據(jù)處理，在這里，每個(gè)參數(shù)每次采集多組數(shù)據(jù)，求出平均值，同時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，判斷參數(shù)是否屬于正常范圍，并且增加了有無(wú)試紙的軟件識(shí)別。

　　LED控制模塊是通過(guò)恒流帶點(diǎn)校正功能的LED驅(qū)動(dòng)芯片控制不同波長(zhǎng)的LED的亮度、顯示順序及顯示的時(shí)間，使光纖采集到不同參數(shù)的光信號(hào)，輸入到CCD模塊。

　　在網(wǎng)絡(luò)傳輸層有兩個(gè)協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，傳輸控制協(xié)議TCP和用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP，TCP協(xié)議是面向?qū)ο蟮膮f(xié)議，可靠性高，但是費(fèi)用也高；UDP協(xié)議是提供最少服務(wù)和費(fèi)用的傳輸層協(xié)議。UDP是最簡(jiǎn)單的協(xié)議，具有以下特點(diǎn)：無(wú)連接、不可靠、提供應(yīng)用層協(xié)議標(biāo)識(shí)、提高UDP報(bào)的校驗(yàn)和、以及緩沖和分段。Socket接口函數(shù)是TCP/IP的API。使用Socket接口函數(shù)編寫(xiě)通信的任務(wù)時(shí)，分服務(wù)器和客戶機(jī)兩種方式。服務(wù)器方式是先接受到數(shù)據(jù)再進(jìn)行處理，而客戶機(jī)則是先發(fā)生數(shù)據(jù)然后等待回應(yīng)處理，它們所用到的socket API 函數(shù)是相同的。

結(jié)語(yǔ)

　　這是一種針對(duì)家庭用戶設(shè)計(jì)的基于嵌入式的微型尿液分析儀，采用了恩智浦半導(dǎo)體(NXP Semiconductors) 高集成度的LPC2148微處理器，芯片內(nèi)部集成的USB控制器可用來(lái)供電和傳輸數(shù)據(jù)，內(nèi)部集成的ADC可以處理CCD采集到的模擬信號(hào)，內(nèi)部集成SPI接口用于觸摸屏和以太網(wǎng)的通訊。復(fù)位部分采用了NXP公司的74HC125。

　　儀器通過(guò)檢測(cè)尿液中的10項(xiàng)成分來(lái)診斷人體的健康狀況。在用戶把浸過(guò)了尿液的試紙條放入儀器后，通過(guò)LPC2148控制多波長(zhǎng)LED進(jìn)行分時(shí)發(fā)光，然后反射光通過(guò)光纖照射到CCD上，經(jīng)過(guò)信號(hào)的采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換，并在LCP2148中經(jīng)過(guò)歸一化的算法，將結(jié)果輸出至LCD進(jìn)行顯示，或者根據(jù)需要傳輸至PC。

　　本儀器的創(chuàng)新在于整個(gè)過(guò)程使用觸摸屏來(lái)進(jìn)行操作，具有友好的人機(jī)交互接口。設(shè)計(jì)的一種光電檢測(cè)系統(tǒng)，消除了傳統(tǒng)尿液分析儀機(jī)械傳動(dòng)引起的誤差，并減小了體積和功耗。后續(xù)工作可以對(duì)以太網(wǎng)部分做進(jìn)一步的研究，使得遠(yuǎn)程醫(yī)療得到實(shí)現(xiàn)，適合家庭用戶的使用。

圖4  微型尿液分析儀正視圖


圖5  微型尿液分析儀后視圖


圖6  微型尿液分析儀側(cè)視圖

　　在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，也遇到了很多問(wèn)題。比如在調(diào)LCD的時(shí)候，由于購(gòu)買的LCM的控制芯片SDE1335使用的5V電壓，而LPC2148使用的是3.3V電源，數(shù)據(jù)接口需要接上拉電阻，剛開(kāi)始沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題，浪費(fèi)了不少時(shí)間，后來(lái)在數(shù)據(jù)口接上10KW電阻，問(wèn)題才得以解決。還有制作硬件，工藝達(dá)不到和資金問(wèn)題。以及調(diào)觸摸屏的時(shí)候，按鍵識(shí)別不穩(wěn)定等很多時(shí)候會(huì)花費(fèi)比較多的心思和時(shí)間，仍不能解決。感到過(guò)山窮水盡，不過(guò)大家都積極努力，而且互相鼓勵(lì)，在一起交流討論，最后都一一解決。

　　這次恩智浦杯創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽確實(shí)有很多的收獲：讓我們能夠有機(jī)會(huì)把心中的靈感和創(chuàng)意成功地轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)；也讓我體會(huì)到了實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的艱辛和不易；培養(yǎng)了我團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力和意識(shí)；磨煉了永不放棄的精神。

　　由于系統(tǒng)構(gòu)架很大，而時(shí)間相對(duì)不是很充分。雖然我們盡可能地開(kāi)發(fā)，不過(guò)還是有一些問(wèn)題難以做得完善，比如USB通訊的多樣化功能的開(kāi)發(fā)，以及以太網(wǎng)更大的拓展。我們也會(huì)繼續(xù)把開(kāi)發(fā)進(jìn)行下去。

參考文獻(xiàn)：

　　1. 叢玉隆、馬駿龍，‘當(dāng)代尿液分析儀技術(shù)與臨床[M]’，中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社, 1998: 34-57
　　2. Carlson DA, Statland BE, ‘Automated urinalysis[J]’, Clin Lab Med 1988,8(3):449-461
　　3. 周立功，‘USB 2.0與OTG規(guī)范及開(kāi)發(fā)指南[M]’，北京航空航天大學(xué)出版社，2004,9
　　4. 前島隆雄、橙車武同、神田博、他，‘多項(xiàng)目自動(dòng)尿分析裝置’，YELLOW IRIS概要，SPSMEX JOURNAL 1987，10、11