【正文】 .......................................... 17 光路系統(tǒng) ............................................... 18 溫控系統(tǒng) ............................................... 20 液路系統(tǒng) ............................................... 21 前端數(shù)據(jù)采集和調(diào)理電路 ................................. 22 其他外圍接口模塊 ....................................... 25 系統(tǒng)印刷電路板 (PCB)設(shè)計(jì) .................................... 28 本章小結(jié) ................................................... 30 第四章 生化分析儀的軟件設(shè)計(jì) ...................................... 31 ADS 集成開發(fā)環(huán)境和 HJTAG 仿真器的應(yīng)用 ....................... 31 ADS 集成開發(fā)環(huán)境 ....................................... 31 HJTAG 仿真器的介紹和應(yīng)用 .............................. 33 生化分析儀的軟件結(jié)構(gòu) ....................................... 35 生化分析儀的程序設(shè)計(jì) ....................................... 37 啟動代碼程序設(shè)計(jì) ....................................... 37 鍵盤處理程序 ........................................... 41 實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊程序設(shè)計(jì) ................................... 42 數(shù)據(jù)采集模塊程序 ....................................... 43 數(shù)據(jù)存儲模塊程序 ....................................... 43 江 蘇 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 畢 業(yè) 論 文 ii LCD 液晶顯示模塊 ....................................... 44 溫度控制模塊程序 ....................................... 47 打印模塊 ............................................... 47 本章小結(jié) ................................................... 48 第五章 系統(tǒng)的調(diào)試和性能測試 ...................................... 49 系統(tǒng)調(diào)試 ................................................... 49 硬件調(diào)試 ............................................... 49 軟件調(diào)試 ............................................... 50 系統(tǒng)聯(lián)調(diào) ............................................... 52 調(diào)試中遇到的問題及解決辦法 ............................. 52 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析 ............................................. 53 AD7705 的測試結(jié)果 ...................................... 53 實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果 ........................................... 54 誤差分析 ............................................... 54 第六章 總結(jié)和展望 ................................................ 56 論文工作的總結(jié) ............................................. 56 未來工作的展望 ............................................. 56 參考文獻(xiàn) ........................................................... 58 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文 ..................................... 60 致 謝 ............................................................ 61 江 蘇 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 畢 業(yè) 論 文 1 第一章 緒論 引言 生化檢驗(yàn)是醫(yī)生確定病人病情的重要手段之一 ,通過對人體體液 （血液、尿液等） 的檢驗(yàn)可以測定其中的各項(xiàng)生化指標(biāo) ,如轉(zhuǎn)氨酶 ： 血糖血脂 、 尿素氮 、 淀粉酶 、 免疫球蛋白等 。 當(dāng)人體某些肌體組織發(fā)生病變時(shí) ,病人體液中的生化指標(biāo)將會出現(xiàn)變化 ； 因此 ， 常規(guī)生化指標(biāo)的分析成為當(dāng)前醫(yī)療檢測的重要手段 ， 對于肝 、 腎 、 心血管疾病及糖尿病的診斷尤為重要 。 生化分析儀就是用于測定人體體液的各種生化指標(biāo)的分析儀器 ， 它可以準(zhǔn)確 、 快速地為醫(yī)生和化學(xué)檢驗(yàn)人員提供檢驗(yàn)數(shù)據(jù) ， 在臨床診 斷和化學(xué)檢驗(yàn)中具有重要作用 [15]。 國內(nèi)外的分類以及研究現(xiàn)狀與趨勢 世界上第一臺用于臨床生化檢驗(yàn)的自動分析儀是美國泰克尼康 (Technicon)公司于 1957 年設(shè)計(jì)生產(chǎn)的，儀器名為 Auto Analyzer，它是一臺單通道、連續(xù)流動式自動分析儀，最初只用于血葡萄糖、尿素氮測定，報(bào)告的結(jié)果是光密度 (O. D.)值，此后世界上許多著名的公司都相繼研制成功了自己的全自動生化分析儀，如美國的貝爾曼公司、日本的日立、島津、德國的拜爾公司等等 [6]，這些公司的各種自動生化分析儀產(chǎn)品都已經(jīng)經(jīng)歷了幾代的 更新，在分析精度和檢驗(yàn)速度方面都得到了不斷的提高。 近幾十年來，隨著科學(xué)技術(shù)尤其是醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種生化分析儀器也取得了飛速的發(fā)展， 可以 從不同的角度 進(jìn)行分類。 按照結(jié)構(gòu)形式來分，可分為連續(xù)式、離心式、分立式和干片式三種 [7]。按自動化程度來分，生化分析儀可以分為全自動和半自動兩種。按儀器同時(shí)測定的項(xiàng)目分，可分為單通道和多通道兩種。單通道型的生化分析儀，每次進(jìn)樣只能測定一個(gè)項(xiàng)目，多通道的一次進(jìn)樣可以同時(shí)測量多個(gè)項(xiàng)目。按儀器復(fù)雜程度來分，可以分為大型、中型和小型三種 [8]。 半自動生化分析儀是指在分析 過程中的部分操作 (如血清分離、加樣、添加試劑 等步驟 )需手工完成，而其余步驟則可由儀器自動完成。這類儀器的特點(diǎn)是體積江 蘇 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 畢 業(yè) 論 文 2 小，結(jié)構(gòu)簡單，靈活性大，既可分開單獨(dú)使用，又可與其他一起配合使用，價(jià)格便宜，一般在分立式分析儀中常見。 全自動生化分析儀 [9]，從加樣至出結(jié)果的全過程完全由儀器自動完成。操作者只需把樣品放在分析儀的特定位置上，選用程序，開動儀器即可等取檢驗(yàn)報(bào)告。由于分析中沒有手工步驟，故主觀誤差很少，且由于這類儀器一般都具有自動報(bào)告異常情況，自動校正自身工作狀態(tài)的各個(gè)功能，因此系統(tǒng)誤差也較小，給使用者帶 來很大的便利 [10]。 半自動生化儀同全自動生化儀相比，在操作過程中雖然依賴手工混合試劑和樣品，但測量過程完全是由儀器完成的，同樣可以保證測量的準(zhǔn)確性。同時(shí)由于其價(jià)格低廉、靈活方便、運(yùn)行費(fèi)用低，特別適合大中型醫(yī)院病房、急診化驗(yàn)，小型醫(yī)院、防疫站、計(jì)劃生育服務(wù)站等門診化驗(yàn)。同時(shí)這類儀器一般不受試劑、方法的限制、國產(chǎn)試劑、自己配置的試劑及自行設(shè)計(jì)的方法均可在儀器上進(jìn)行檢測，而且由于儀器的體積小、重量輕、操作方便、反應(yīng)迅速，尤其適合中、小型檢驗(yàn)單位作為日常生化檢測的主要儀器，也適用于作急診生化檢測或外出執(zhí) 行任務(wù)時(shí)使用。 目前國內(nèi)外診斷技術(shù)趨于兩極化發(fā)展 [11]，一種是高度集成、自動化的儀器診斷，向大型、多通道、全自動方向發(fā)展，以適應(yīng)大中醫(yī)院工作量大、速度快、精度高、測定項(xiàng)目多的要求 ； 另一種是簡單、快速便于普及的快速診斷，向小型、單通道、分立式、可編程自動化的方向發(fā)展，以適應(yīng)中小醫(yī)院的工作需要。而后一種診斷方法更符合社會發(fā)展的需要。目前我國生化分析儀生產(chǎn)水平較低，僅限于半自動和剛剛起步的小型全自動生化儀的生產(chǎn)，難以滿足臨床檢驗(yàn)的需求。國內(nèi)大中醫(yī)院均耗巨資購買進(jìn)口全自動生化分析儀，因價(jià)格昂貴，難以在一般中小醫(yī)院 普及。本課題定 位于上述生化分析儀的第二種發(fā)展方向，研究的就是一種開發(fā)操作方便、 功能較強(qiáng) 、 性價(jià)比高 、 操作方便 ,反映快小型半自動生化分析儀 ， 極大提高了儀器的一體化程度 ， 尤其適合中小型檢測單位或醫(yī)院作為日常生化檢測得主要儀器 ，也可適用作急診生化檢測。 在提高國產(chǎn)儀器的競爭力，適應(yīng)廣大中小型醫(yī)療部門的臨床需要方面，具有重要的意義和實(shí)用價(jià)值。江 蘇 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 畢 業(yè) 論 文 3 本文 研究 的 意義和主要內(nèi)容 生化分析儀自 20 世紀(jì) 50 年代末面世以來，發(fā)展十分迅速。它可用于藥品、水質(zhì)、食品和臨床分析等領(lǐng)域。在臨床分析方面，生化分析儀主要用來對 人的血液和其他體液中的各種生化指標(biāo)如血紅蛋白、膽固醇、轉(zhuǎn)氨酶、葡萄糖、淀粉酶、尿素氮、白蛋白、無機(jī)磷、尿酸、鈣等進(jìn)行分析。由于生化分析儀可以給醫(yī)生提供受檢者的綜合性信息，近些年來，生化分析儀成為臨床分析最重要的檢驗(yàn)儀器之一 [12]。 近些年來，臨床實(shí)驗(yàn)室迅速發(fā)展，臨床檢驗(yàn)技術(shù)將迅速達(dá)到敏感，特異，準(zhǔn)確，快速，安全的水平。檢驗(yàn)儀器的自動化，檢驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn) 化和實(shí)驗(yàn)室管理的科學(xué)化進(jìn)程越來越快。隨著臨床檢驗(yàn)儀器向著機(jī)械化、 自動化 、 精密化和簡單化的方向發(fā)展，一些高靈敏度 、 多功能 、 高智能化的檢測儀器不斷涌現(xiàn)并被 廣泛應(yīng)用。生物技術(shù)和 IT 技術(shù)在未來將融合得更加緊密。自動生化分析儀的開發(fā)且完全模仿并代替了手工操作。不僅提高了工作效率，而且減少了主觀誤差，穩(wěn)定了檢驗(yàn)質(zhì)量。由于這類儀器一般都具有靈敏、準(zhǔn)確、快速、節(jié)省和標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點(diǎn)，使得生化分析儀在臨床生化分析中得到了廣泛應(yīng)用也具有重要的研究意義。 生化分析儀是醫(yī)院臨床分析的不可或缺的一種檢驗(yàn)儀器。但由于我國醫(yī)療器械產(chǎn)品總體水平落后，國內(nèi)只有為數(shù)不多的幾家半自動生化分析儀廠家，全自動生化分析儀目前仍處于技術(shù)不全面狀態(tài)。國內(nèi)生化分析儀的市場基本上由國外大公司所獨(dú)占，國 內(nèi)生化實(shí)驗(yàn)室采用的基本上是進(jìn)口的產(chǎn)品。開展自動生化分析儀的研究，對于提高我國分析儀器的研究、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)水平具有重大的作用和意義[13]。 本課題側(cè)重從系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、 軟件設(shè)計(jì)及 性能測試與改善四個(gè) 面對儀器進(jìn)行了分析、設(shè)計(jì)、調(diào)試和改進(jìn)。 本文完成的工作如下： 分析生化分析原理，生化測試基礎(chǔ)，討論生化分析儀的控制 系統(tǒng)方案 ，根據(jù)生化分析儀所要達(dá)到的性能指標(biāo)，設(shè)計(jì)生化分析儀控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，對硬件和軟件功能做了合理的分配。 醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)儀器多屬于精密儀器，為改善低濃度試劑信號的信噪比，提高信號采集的 準(zhǔn)確性，設(shè)計(jì)自動增益信號調(diào)理電路，提高生化分析儀的分析精度。以江 蘇 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 畢 業(yè) 論 文 4 LPC2124 為核心，實(shí)現(xiàn)生化分析儀的硬 件設(shè)計(jì)，完成硬件平臺，接口模塊，信號調(diào)理模塊的開發(fā)和設(shè)計(jì)，并使 硬件平臺具有一定的抗干擾能力。 完成生化分析儀控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。選用 C語言進(jìn)行軟件程序的編寫，選用 開發(fā)調(diào)試環(huán)境進(jìn)行開發(fā)。在設(shè)計(jì)中采用模塊化程序設(shè)計(jì)技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)的功能，將軟件分成若干個(gè)獨(dú)立的模塊，包括顯示模塊、 鍵盤模塊 、 數(shù)據(jù)存儲模塊 、 時(shí)鐘顯示模塊 、 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 、 數(shù)據(jù)處理模塊 、 溫度控制模塊等。各個(gè)程序模塊分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，編程和調(diào)試 。最后把各個(gè)調(diào)試好的程序模塊連成一個(gè)完整的程序。 生化分析過程分為兩步進(jìn)行處理，第一步，求取各個(gè)生化反應(yīng)的反應(yīng)吸光度。第二步，綜合各個(gè)反應(yīng)吸光度信息進(jìn)行濃度的分析，對生化進(jìn)行校準(zhǔn)，則是由各標(biāo)準(zhǔn)液的反應(yīng)吸光度通過多點(diǎn)校準(zhǔn)，修正工作曲線 ,對生化測試是把反應(yīng)吸光度代入曲線中計(jì)算待測指標(biāo)的濃度。 對調(diào)試遇到的問題進(jìn)行總結(jié)，在 前面 的基礎(chǔ)上，討論生化分析儀的以后需要改善的地方。 本章小結(jié) 本章介紹了生化分析儀的國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢， 討論了生化分析儀的研 究意義和價(jià)值，明確了生化分析儀系統(tǒng)的研究目標(biāo) 和主要研究的內(nèi)容。 江 蘇 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 畢 業(yè) 論 文 5 第二章 生化分析儀的原理和結(jié)構(gòu) 引言 在本章中 ,我們通過