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摘 要
本设计是根据双波长反射原理制成的集电子学、光学于一体的自动分析系统。系统以单片机为核心，采用了高性能的外围芯片对其进行扩展。系统主要由以下部分组成：光电扫描机构、信号转换部分、CPU及存储器、输入/输出设备以及通讯部分、报警、电机驱动、电源、时钟等部分组成。其中，光电扫描机构选用数字电位器X9C102对发光器件两端电压进行精确调整，以确保光源的稳定性。信号转换部分包括光电转换、I/V变换以及模/数转换。光电转换部分采用光敏二极管接受光线，发出光电流；I/V变换部分采用积分电路；模/数转换部分采用LM331芯片组成高精度V/F电路进行模/数转换。CPU采用89C51单片机并用Flash Rom进行扩展，并且它能够同时使用C语言和汇编语言，使编程更加方便；通讯部分选用RS-232串口通讯与计算机实现信息沟通。另外本设计加入了时钟系统，为检测提供了计时功能；本设计还采用故障自诊断系统,在仪器使用不当或发生异常情况下提示系统的故障信息。在软件方面，采用了C语言和汇编语言同时编程，使程序结构更加合理,运行更加稳定。
关键词：双波长反射原理 光电扫描 I/V变换 V/F电路
Urine Analysis Instrument that Based on Microcontroller
Abstract
This design is an automatic analysis system concerned with the rule of twin wavelengths reflects and it makes up to a whole by optics and electronics. The system takes Microcontroller as the main control unit and takes the high performance component to expand it. The system consists of those sections: Light and Electrical Scanning, Signal Conversion, CPU and Storage, I/O, Communication, Alarm, Motor Drive, Power Source and Clock. It takes the Digital Potentiometer X9C102 in the LES section to adjust the voltage on the components to make sure it is accurate and steady. The Signal Conversion consists of Light and Electrical Conversion, I/V Conversion and Analogy _ Digital Conversion. It takes light sensitive diode to input the light and output the electronic current in the LEC section. The I/V Conversion section takes use of the Integral Electric Circuit. The higher accuracy V/F electric circuit based on LM331 is used to Analogy _ Digital Conversion. The 89C51 Microcontroller that has expanded with the ROM is taken as the main control unit. It supports the C language and the assemble language. That will make the programming easier. In the Communication section, the RS-232 is chosen to communicate with the computer. In the design, the Clock system is also chosen. It supplies the counting of time, when the system is detaching. And the alarm would be acting, when the system is incorrectly operate or under the unusual circumstance. In the software, the C language and the assemble language are used in together, which will enhance the stability of the system.
KEY WORDS: the principles of twin wavelengths reflect Light and Electrical Scanning (LES) I/V Conversion V/F electric circuit
目 录
第一章 绪 论. 1
一、尿液自动分析法的发展... 1
二、尿液自动分析的过程... 1
三、反射率测定方法... 2
四、尿液分析仪采用的新技术... 3
五、尿液分析仪的测试指标... 3
第二章 尿液分析系统总体方案设计. 4
一、方案论证... 4
（一）CPU的选择. 4
（二）存储器的选择. 4
（三）时钟电路的选择. 5
二、系统概述... 5
第三章 尿液分析系统的硬件构成原理. 7
一、CPU芯片及其扩展电路介绍... 7
（一）89C51的组成. 7
（二）89C51的硬件结构特点. 8
（三）单片机时钟电路和复位电路. 8
（四）单片机并行口扩展. 9
二、光源部分电路设计... 10
三、信号接收及I/V变转换部分电路设计... 10
四、模/数转换电路设计... 11
五、时钟电路设计... 14
六、电机驱动电路设计... 15
七、键盘电路设计... 16
八、显示电路设计... 16
九、报警电路设计... 18
十、试纸条托盘位置检测电路设计... 18
十一、电源电路设计... 19
十二、通讯部分设计... 19
十三、抗干扰电路设计... 21
（一）电源抗干扰设计. 21
（二）过程通道抗干扰设计. 21
第四章 软件部分. 23
一、编程准备工作... 23
二、程序编写... 23
（一）主程序设计. 24
（三）键盘扫描程序设计. 27
（四）时钟部分软件设计：. 28
（五）检测子程序设计. 29
（六）通讯子程序设计. 30
（七）电机转动程序设计. 32
结 束 语. 34
一、结果分析：... 34
二、结论... 34
致 谢. 35
参考书目. 36
附 录 程序清单. 37
第一章 绪 论
一、尿液自动分析法的发展
尿液检查是临床常规项目，对泌尿系统及全身其它部分诊断具有重要意义。以往多靠一般化学方法和显微镜检查来实现。1956年Comer等应用试纸法检测尿糖，以后又出现蛋白、隐血等试纸，这些试纸有的联合起来，组成各种联合试纸，即所谓的二联、三联等试纸，目前已发展到十一项，以往这些试纸测试多靠人工判读，这带来方便的同时，也影响判断结果的准确性。随着科学技术的进步，才逐渐演变成目前的仪器分析。尿液分析仪可分为湿式和干式化学系统两大类。湿式系统实际上是机械化了的试管法，属于分立式生化分析仪的一种。干式系统则主要着眼于自动评定试纸的结果。干式系统因其结构简单，应用更加普遍。平时所说尿液分析仪即是指此种干式尿液分析仪。
尿液分析仪测试原理实际同干式化学分析仪相同，不过要简单得多，其一般工作原理是：在一块长90mm、宽5mm的塑料条上的一端每隔约2mm粘上一块5mm宽的四方块状的试纸块，共有9—11块，其中一块是不参加反应的空白试纸块；其余几块，每块对应一项所测量的指标。我们把这样一条上面附有试纸块的塑料条叫做试纸条。
当把试纸条浸入尿液中后，除了空白块外，其余的试纸都和尿液发生了化学反应而产生了颜色的变化。例如pH试纸块，仅对尿液中的pH值产生反应。pH值不同，该块反应后生成的颜色深浅不同。即各试纸块所生成的颜色的深浅是该试纸所对应的测试项目在尿液中的含量成比例的。这一颜色的反应在3—30秒钟内就可以完成。
二、尿液自动分析的过程
在测试时，先把试纸条放在尿液中浸泡一下，然后将试纸条放在仪器的测试架上，使其受到光电扫描机构的扫描。如图1-2-1所示。
光电检测机构的上方是一个光源灯。光源灯发出的光可以通过球面积分仪上的下通光孔照射到试纸上。试纸块将一部分光反射到积分球内。试纸块颜色的深浅不同，其所反射的光的强度也不一样。例如，尿液中某种成分的含量较高时，其相应的试纸块的颜色就较深，它所反射的光的强度就较弱。反之，其反射的光的强度就较强。
秋面积分仪具有会聚光线的作用。试纸块上所反射的光被球面积分仪会聚后，通过滤光片投射在光电检测器上。光电检测器将光信号转换成电信号。电信号经过转换，送到微处理器系统。微处理器系统求出被测的每种试剂块的反射率及空白块的反射率，并与事先存在于微处理器中的反射率及表示分析成分浓度的曲线比较，然后，由打印机打出半定量的等级符号及浓度值。
综上所述，因不同的样品中所含的被测成分不一样，使试纸块所生成的颜色的深浅不同。它所反射的光的强度也不一样。这一反射光透过滤光片照在光电二极管上，被光电二极管转变为电信号的大小，计算后去和存储在仪器中的相关数据相比较。最后将比较结果打印出来。
