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血糖含量影响着人体的健康,定期进行血糖检测可以及早发现糖尿病及糖调节异常患者,早期干预和治疗对防治糖尿病的并发症有着重要作用。血糖监控和测量的巨大需求推动了血糖检测技术的不断进步。
针对患者的日常检测需要,目前市场上已出现了种类繁多的便携手持式血糖检测仪。根据采血方式有微创、无创和连续式等几类检测仪器。不过由于当前存在准确性和稳定性上的问题,无创和连续式血糖检测仪器在实际的临床应用中仍然无法取代传统血糖检测仪的地位,而微创式血糖检测产品作为一个过渡仍然占据了大部分的市场空间,是当前监测血糖、进行药物剂量调整的首选。随着个人健康意识增强,性能良好、使用方便的用于社区、家庭和个人的自我检测设备将成为现代家庭中的新“家电”。与检测技术的发展一样,血糖仪设备也将随着电子技术的发展而发展。血糖检测将朝着仪器小型化,功能多样化、智能化和测量精确化、稳定化的方向发展。
本文设计的嵌入式血糖检测系统相对于微创的便携式仪器具有测量获取的数据更准确,数据操作更灵活的特点。此外,相对于大型的生化分析仪器,专门的嵌入式血糖检测仪有自己的优势:首先,运用高性能的嵌入式微处理器,将基于Linux的嵌入式系统应用与血糖分析设备,能实现更加友好的人机界面;其次,由于体积较小,方便搬运,适合应用到家庭及社区服务站。
本文的研究内容就是在分析传统生化分析仪的基础上,将嵌入式微处理器S3C2440和嵌入式Linux操作系统应用于血糖检测系统。课题的研究内容主要包括了以下几点:(1)以朗伯比尔定律为理论基础,运用光电比色法实现光信号到样本浓度测定,前端光信号采集模块中主要应用的器件有高精度16位A/D转换器.ADS1110和暗电流为硅光电池;(2)将嵌入式控制器S3C2440A应用于系统,移植Linux操作系统,其中包括了bootloader的移植,内核移植及相应的根文件系统移植;(3)进行基于系统的硬件设计开发,设计内容主要包括了LCD接口电路、电阻式触摸屏电路,热敏式打印机电路,吸液系统的电机驱动电路,存储部分的SD卡接口电路,以太网接口电路:(4)鉴于Qt良好的跨平台性、面向对象的编程和丰富的API,应用Qt4.5.0作为开发嵌入式仪器的人机界面的开发工具,进行相关的系统应用程序设计,完成数据的采集、存储、分析和远程传输。
系统的研究设计涉及到软硬件设计的各方面,文中主要从下面4个方面对该系统进行了系统的设计和描述。
1.课题的背景和意义属于正文第一章,提出了本文的研究背景和意义,分析了当前医疗器械的发展形势,归纳了血糖浓度检测对人体健康的重要性,总结了血糖检测类仪器相对目前的不足和发展趋势。最后简要介绍了基于Linux的嵌入式系统的优势。
2.血糖检测的原理和方法该部分内容在正文的第二章,主要介绍了系统设计所基于的原理与方法:首先介绍吸光度与浓度的关系,给出了描述了溶液颜色的深浅与浓度之间的数量关系的郎伯-比尔定律;其次介绍了对样本溶液浓度进行定量分析的方法终点法,给出了具体的吸光度和浓度的计算方法。
3.血糖检测系统的硬件组成该部分对应文中第三章,主要对系统的各个模块进行了详细介绍,其中包括的光路系统的设计、液路控制系统、恒温控制电路、触摸屏和热敏打印机电路等。光路是硬件设计的关键模块,该模块的职责就是得到高纯度的单色光,涉及到光源、滤光片、透镜及光电池的选择等;液路部分关键是要处理步进电机的控制,从而实现系统的吸液功能;生化反应对温度的变化非常敏感,温控电路的功能就是要将比色皿的温度稳定在一定的范围;还介绍了人机交互的接口触摸屏,和打印机电路的实现;最后在附录中给出电路PCB图。
4.血糖检测系统的软件平台构建该部分对应文中第四章,Linux作为一款嵌入式操作系统具有实时性强、软硬件可裁剪的特点。可灵活实现对功能、成本、体积、功耗等的控制。目前已广泛应用到工业控制、信息家电、通信设备和医疗仪器等众多领域中。该部分内容主要是阐述如何在系统的处理器(S3C2440)上实现BootLoader的移植、Linux内核的移植以及文件系统的创建过程。
5.血糖检测系统的图形界面设计该部分对应文中第五章,首先介绍使用人机界面的开发工具Qt开发流程、Qt中的工具以及其核心技术;其次对血糖检测系统界面进行整体规划,将血糖检测系统的主界面划分为参数设置、定标测试、样本测试、仪器维护、结果查询、使用帮助6部分并给出设计框图;然后详细阐述了在Qt designer环境中完成系统人机界面应用程序开发的步骤给出实现的界面图形;最后阐述了如何实现交叉编译和qt-embedded-linux在处理器上的移植。
6.测试方法和内容总结该部分内容对应文中第六和第七章。主要针对影响系统测量准确性的关键电路进行误差分析,介绍了系统测试的步骤方法,并给出测试结果:接着概括本文所做的工作内容、系统开发存在的不足和创新点以及下一步待研究的方向。