本实用新型涉及尿液检查技术领域，尤其涉及一种全自动尿液检测装置及应用该装置的智能马桶。
背景技术：
尿液检查作为常见的检查手段之一，被广泛应用在临床中。常见的尿液检查包括尿常规十项指标：尿糖、胆红素、酮体、尿比重、红细胞、尿pH值、尿蛋白、尿胆原、亚硝酸盐与白细胞。通过分析尿常规十项指标，诸多疾病可被及时发现，包括但不限于：糖尿病、泌尿系统感染、肾病、肿瘤、大肠杆菌感染、黄疸等。
随着物联网技术与智能设备的发展，尿液检测装置不断小型化、模块化，为集成尿液检测装置提供了技术储备。其中，以集成尿液检测装置的智能马桶应用最为贴合实际。集成尿液检测装置的智能马桶可以在日常生活中收集尿液样品，可进行快速分析，并能与智能手机、平板电脑等互联，传输并显示检测结果以便于人们日常监测自身身体健康状况。集成尿液检测装置的智能马桶因其日常化、使用方便、可实时监测，获得广泛关注。
现有的具有尿液检测功能的智能马桶，均采用试纸条检测技术作为其尿液检测核心原理，如中国发明专利(CN 103969457 B)、中国实用新型专利(CN 206052898 U)。试纸条技术具有检测线低、送纸机构复杂且不稳定、不易运输、试纸条易受到马桶潮湿环境影响而失效等缺点，严重阻碍了具有尿液检测功能的智能马桶的推广应用。
技术实现要素：
为解决上述问题，本实用新型提供了一种基于微型流道检测芯片的全自动尿液检测装置，将该检测装置集成到马桶上，可实现快速、自动化、多指标的尿液检测，并可实时将检测数据传给手机、电脑等设备，进行快速分析与监测，及时报告监测结果。
本实用新型采用的具体方案如下：
一种全自动尿液检测装置，包括微型流道检测芯片、微型检测工作站、旋转步进电机、微型处理器和无线传输模块，微型流道检测芯片固定在旋转步进电机输出轴上，旋转步进电机带动检测芯片旋转，将芯片中的液体进行定向输送；微型检测工作站用于检测微型流道检测芯片检测槽中液体的相关指标并传输给微型处理器；微型处理器用于控制旋转步进电机的转速、微型检测工作站的检测进程以及处理收集到的检测数据，微型处理器与无线传输模块连接，用于将尿液相关指标的检测结果传送给用户端。
基于被检测指标的不同，可以进行光学或电化学检测，因此可分为微型流道光学检测芯片和微型流道电化学检测芯片两种，即所述微型流道检测芯片为微型流道光学检测芯片或微型流道电化学检测芯片，相应的，所述微型检测工作站为微型光学检测工作站或微型电化学检测工作站。所述微型光学检测工作站是利用光学方法进行尿液成分分析，所述微型电化学检测工作站是利用电化学方法进行尿液成分分析。
所述微型流道光学检测芯片包括光学检测芯片顶盖和光学检测芯片通道层，两者形状尺寸相匹配并且上下叠加固定；所述光学检测芯片顶盖包括位于几何中心的光学检测芯片进样孔、相对于进样孔对称设置的光学检测芯片第一定位孔、至少一条贯穿顶盖上下表面的光学检测芯片衡压通气通道及通道两端不同心的两光学检测芯片衡压通气口；所述光学检测芯片通道层包括进样口、光学检测芯片第二定位孔、光学检测芯片衡压口、至少一组光学检测芯片样品槽、光学检测芯片稀释液槽、光学检测芯片混合槽、反应槽、光学检测槽、光学检测芯片第一废液槽和光学检测芯片第二废液槽，进样口与顶盖上的进样孔对应设置并连通，用于将尿液注入通道层，光学检测芯片第二定位孔与光学检测芯片第一定位孔对应设置，用于将检测芯片与旋转步进电机输出轴连接固定；进样口通过进样通道与各光学检测芯片样品槽连通，同组光学检测芯片样品槽、稀释液槽、混合槽、反应槽、光学检测槽和第二废液槽依次连通构成尿液流通通道；每个反应槽中均装有反应物；光学检测芯片衡压口与顶盖下表面的衡压通气口对应设置并连通尿液流通通道和衡压通气通道；反应槽后侧设有光学检测芯片第一废液槽，第一废液槽用于吸收多余尿液混合液，第二废液槽用于吸收检测之后的废液。
上述顶盖上的进样孔用于加入尿液，进样孔与通道层的进样口连通，使尿液流入通道层。顶盖和通道层的定位孔用于定位且与旋转步进电机固定，并通过电机带动芯片旋转。顶盖上设置衡压通气通道及衡压通气口，并与通道层的衡压口连通，用于将芯片内尿液流通通道与外部空气连通，平衡芯片内的大气压，以实现液体顺利流动。通道层的样品槽用于定量与暂存尿液，稀释液槽用于储存缓冲稀释液，混合槽用于混合尿液和缓冲稀释液。反应槽内预装冻干的反应物，用于与尿液进行化学反应，便于进行光学检测，反应物的类型根据要检测的指标选择。光学检测槽用于存储反应后尿液混合液，进行定量光学检测，检测相关指标。两个废液槽分别用于吸收多余的检测液及混合液。
进一步，每组尿液流通通道在混合槽之后设有多组反应槽、光学检测槽和光学检测芯片第二废液槽，混合槽通过光学检测芯片微通道将混合液分散到各反应槽中，光学检测芯片第一废液槽位于光学检测芯片微通道末端。这样可提供多组反应槽和检测槽，反应槽中可以放入相同的冻干反应物，检测同一指标，取平均值，以免除随机、偶然误差，提高检测精确度；也可以放入不同的冻干反应物，进行平行检测，一次检测多个指标。
优选的，所述光学检测芯片样品槽和光学检测芯片稀释液槽通过光学检测芯片虹吸通道连通，和/或光学检测芯片混合槽和光学检测芯片微通道通过光学检测芯片虹吸通道连通。利用虹吸作用可避免液体粘附在槽壁上，提高液体利用率。
所述微型流道电化学检测芯片包括电化学检测芯片顶盖、电化学检测芯片通道层及夹在顶盖和通道层之间的电化学检测芯片电极层，三者形状尺寸相匹配并且上下叠加固定；所述电化学检测芯片顶盖包括位于几何中心的电化学检测芯片第一定位孔、第一定位孔一侧的电化学检测芯片进样孔、至少一条贯穿顶盖上下表面的电化学检测芯片衡压通气通道及通道两端不同心的两电化学检测芯片衡压通气口；所述电化学检测芯片通道层包括进样通道、电化学检测芯片第二定位孔、电化学检测芯片衡压口、至少一组电化学检测芯片样品槽、电化学检测芯片稀释液槽、电化学检测芯片混合槽、电化学检测槽、电化学检测芯片第一废液槽和电化学检测芯片第二废液槽，进样通道与顶盖上的进样孔连通，用于将尿液注入通道层，电化学检测芯片第二定位孔与电化学检测芯片第一定位孔对应设置，用于将检测芯片与旋转步进电机输出轴连接固定；进样通道通过电化学检测芯片微通道与各电化学检测芯片样品槽连通，同组电化学检测芯片样品槽、稀释液槽、混合槽、电化学检测槽依次连通，电化学检测芯片混合槽末端设有电化学检测芯片第一废液槽，电化学检测槽末端设有电化学检测芯片第二废液槽，第一废液槽用于吸收多余尿液混合液，第二废液槽用于吸收检测之后的废液，样品槽、稀释液槽、混合槽、电化学检测槽、第一废液槽和第二废液槽构成尿液流通通道；每个电化学检测槽中均装有电子传递剂；电化学检测芯片衡压口与顶盖下表面的衡压通气口对应设置并连通尿液流通通道和衡压通气通道；所述电化学检测芯片电极层包括至少一组对电极、参比电极和工作电极，每组电极对应通道层上的一个电化学检测槽位置设置。
上述微型流道电化学检测芯片各部分结构的功能与光学检测芯片同类结构功能相同。电化学检测芯片通道层无反应槽，检测槽中装的是电子传递剂，便于进行电化学检测。电化学检测芯片设有电极层，用来印制电极，电极与检测槽紧密贴合，通过对检测液中物质的电信号进行检测，进行尿液指标的检测。
进一步，电化学检测芯片微通道与电化学检测芯片样品槽和/或电化学检测芯片样品槽与电化学检测芯片稀释液槽和/或电化学检测芯片混合槽与电化学检测芯片第一废液槽和/或电化学检测槽与电化学检测芯片第二废液槽通过电化学检测芯片虹吸通道连通。
一种智能马桶，包括水箱和马桶座，还包括上文所述的全自动尿液检测装置，以及人体排出物检测传感器、尿液采集控制器、尿液定量传输装置、尿液传输管和真空冲水管；全自动尿液检测装置集成在水箱上，人体排出物检测传感器位于马桶座内腔中，用于分辨排出物性质并向尿液采集控制器发送不同信号；尿液定量传输装置用于根据尿液采集控制器的信号控制尿液传输管的通断，定量采集尿液；尿液传输管用于将采集的尿液传输到全自动尿液检测装置；全自动尿液检测装置用于利用微型流道检测芯片和微型检测工作站检测尿液指标并传输到用户端；真空冲水管用于向马桶注水清洗。
进一步，所述尿液定量传输装置包括位于马桶座上沿底部的红外测距传感器、位于尿液传输管中的传输管电磁阀以及用于控制电磁阀开闭的继电器控制电路，红外测距传感器用于测量马桶座腔内液体表面与马桶座上沿的距离，从而获得液体高度，以便在达到设定高度时采集尿液，继电器控制电路根据尿液采集控制器的信号控制电磁阀打开并延时关闭，实现尿液定量传输到全自动尿液检测装置。
进一步，所述人体排出物检测传感器采用红外线传感器、可见光传感器、光度传感器、湿度传感器或压力传感器。优选红外线传感器。
本实用新型的有益效果：
1、本实用新型所提供的具有尿液检测功能的智能马桶，集成有基于微型流道光学或电化学检测芯片的全自动尿液检测装置，该装置体积小，安装结构简单，检测精度高，将其集成在马桶上，可充分克服传统的试纸条集成在马桶中进行尿液检测的缺点。
2、本实用新型所提供的全自动尿液检测装置，注入尿液后即可自动分析尿液各项指标，并能将检测数据发送到用户端，供用户实时查看。
3、本实用新型所述检测芯片通过合理布置各槽和通道，可提供多组尿液流通通道，分别放置多种反应物，一次检测多个尿液指标，提高了检测效率。
4、本实用新型所提供的微型流道光学或电化学检测芯片，通过辐射状布置液体流通通道和槽，可充分利用芯片旋转的离心力，使尿液与稀释液、反应物等充分混合并流入检测槽，同时利用虹吸通道提高检测液有效利用的比例，从而提高尿液检测的成功率和准确性。
附图说明
图1是本实用新型所述智能马桶的结构示意图；
图2是本实用新型所述智能马桶的控制原理框图；
图3是实施例1全自动尿液检测装置的控制原理框图；
图4是实施例1微型流道光学检测芯片顶盖的俯视图；
图5是实施例1微型流道光学检测芯片通道层的俯视图；
图6是实施例2全自动尿液检测装置的控制原理框图；
图7是实施例2微型流道电化学检测芯片顶盖的俯视图；
图8是实施例2微型流道电化学检测芯片通道层的俯视图；
图9是实施例2微型流道电化学检测芯片电极层的俯视图；
图中，1、水箱，2、储水腔，3、全自动尿液检测装置，4、尿液传输管，5、马桶座，6、真空冲水管，7、尿液采集控制器，8、人体排出物检测传感器，9、红外测距传感器，10、微型流道光学检测芯片，11、微型光学检测工作站，12、旋转步进电机，13、微型处理器， 14、无线传输模块，15、光学检测芯片顶盖，16、光学检测芯片进样孔，17、光学检测芯片第一定位孔，18、光学检测芯片衡压通气口， 19、光学检测芯片衡压通气通道，20、光学检测芯片通道层，21、光学检测芯片第一废液槽，22、光学检测芯片第二废液槽，23、光学检测槽，24、反应槽，25、光学检测芯片微通道，26、光学检测芯片混合槽，27、光学检测芯片虹吸通道，28、光学检测芯片样品槽，29、光学检测芯片衡压口，30、光学检测芯片稀释液槽，31、进样口，32、光学检测芯片第二定位孔，33、微型流道电化学检测芯片，34、微型电化学检测工作站，35、电化学检测芯片顶盖，36、电化学检测芯片衡压通气口，37、电化学检测芯片衡压通气通道，38、电化学检测芯片进样孔，39、电化学检测芯片第一定位孔，40、电化学检测芯片通道层，41、电化学检测芯片第一废液槽，42、电化学检测芯片虹吸通道，43、电化学检测芯片第二废液槽，44、电化学检测芯片混合槽，45、电化学检测槽，46、电化学检测芯片衡压口，47、电化学检测芯片稀释液槽，48、电化学检测芯片样品槽，49、电化学检测芯片微通道，50、进样通道，51、电化学检测芯片第二定位孔，52、电化学检测芯片电极层，53、对电极，54、参比电极，55、工作电极，56、冲水管电磁阀，57、传输管电磁阀。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。
如图1所示，所述智能马桶包括马桶座5和水箱1，所述水箱1 在储水腔一侧分隔出一独立腔体，其内装有全自动尿液检测装置3。储水腔2通过真空冲水管6与马桶座内腔连通，用于注水清洗马桶。真空冲水管6中设有冲水管电磁阀56。马桶座5内侧设有人体排出物检测传感器8和尿液定量传输装置。所述人体排出物检测传感器8 位于马桶座内腔底部，采用红外线传感器，通过测量温度差异区分排便类型。马桶座外侧设有用于连通马桶座内腔和全自动尿液检测装置的尿液传输管4，所述尿液定量传输装置包括位于马桶座上沿底部的红外测距传感器9、位于尿液传输管中的传输管电磁阀57及用于控制电磁阀的继电器控制电路。马桶座5下方还设有尿液采集控制器7，如图2所示，尿液采集控制器7输入端与人体排出物检测传感器8、红外测距传感器9连接，其输出端与冲水管电磁阀56、继电器控制电路连接。
智能马桶采取真空无水待机模式，在人体排出物检测传感器检测到有尿液排入马桶座内腔时，红外测距传感器检测马桶座内腔中尿液表面距离马桶座上沿的距离，并由尿液采集控制器计算尿液高度，在达到设定高度时，尿液采集控制器给继电器控制电路发送信号，控制传输管路电磁阀开启，尿液流入尿液传输管，并借助分流抽水形成的真空负压使尿液流到全自动尿液检测装置中。而后，控制冲水管路电磁阀开启，对马桶进行注水作业并对马桶进行清洗、消毒。若检测到的排入物不是尿液，则不会对人体排出物做出采集动作，直接打开冲水管路电磁阀，进行注水动作。
根据检测指标的不同，全自动尿液检测装置所采用的检测芯片不同，按照检测芯片的不同可分为以下两个实施例。
实施例1
一种基于微型流道光学检测芯片的全自动尿液检测装置，如图3 所示，包括微型流道光学检测芯片10、微型光学检测工作站11、旋转步进电机12、微型处理器13和无线传输模块14，尿液传输管4末端与微型流道光学检测芯片10的进样孔连通，用于注入尿液。微型流道光学检测芯片10固定在旋转步进电机12输出轴上，旋转步进电机的转速介于每分钟0-10000转，旋转步进电机带动检测芯片旋转，将自进样孔流入的尿液沿芯片内的通道定向输送到光学检测槽。微型光学检测工作站11用于检测微型流道光学检测芯片检测槽中液体的相关指标。微型处理器13输出端与旋转步进电机12、微型光学检测工作站11连接，用于控制旋转步进电机的转速、微型光学检测工作站的检测进程以及处理收集到的检测数据，同时，微型处理器13与无线传输模块14连接，用于将尿液相关指标的检测结果传送给用户端。
在智能马桶完成了定量尿液传输至全自动尿液检测装置后，微型处理器控制旋转步进电机旋转，带动芯片旋转，使尿液与稀释液、反应物等充分混合后流到检测槽中，由微型光学检测工作站对尿液进行光学检测，检测完成后经过微型处理器处理得出检测结果，并通过无线传输模块将尿液的检测数据传送至智能手机、平板电脑或云端进行人体健康指标的实时监测。
所述微型流道光学检测芯片10包括光学检测芯片顶盖15和光学检测芯片通道层20，顶盖15和通道层20可采用聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯制成，优选聚甲基丙烯酸甲酯，两者均为尺寸大小一致的圆形，上下叠放，通过胶体粘结或化学热压方式焊接在一起。如图4所示，所述光学检测芯片顶盖15圆心处设有一光学检测芯片进样孔16，围绕进样孔设置有一圈光学检测芯片第一定位孔17，在定位孔外围设有内外两组光学检测芯片衡压通气通道19，每组包括三条通道，光学检测芯片衡压通气通道19为夹层通道，贯穿顶盖上下表面并且在上下表面设有两不同心的光学检测芯片衡压通气口18。如图5所示，所述光学检测芯片通道层20上设有分别与顶盖进样孔、第一定位孔位置对应、形状相匹配的进样口31和光学检测芯片第二定位孔32，进样口31与光学检测芯片进样孔16连通，用于将尿液注入通道层，光学检测芯片第二定位孔32与光学检测芯片第一定位孔17对应设置，用于将检测芯片与旋转步进电机输出轴连接固定。光学检测芯片通道层20上设有三组光学检测芯片样品槽28、光学检测芯片稀释液槽30、光学检测芯片混合槽26和光学检测芯片第一废液槽21，每组槽沿径向分布，每个光学检测芯片样品槽 28通过一进样通道与进样口31连通，光学检测芯片样品槽28通过光学检测芯片虹吸通道27与光学检测芯片稀释液槽30连通，光学检测芯片稀释液槽30连接光学检测芯片混合槽26，光学检测芯片混合槽26通过光学检测芯片虹吸通道27连接一条圆弧形的光学检测芯片微通道25，微通道延伸方向上分布有若干组反应槽24、光学检测槽 23和光学检测芯片第二废液槽22，三者沿径向分布并连通，光学检测芯片第一废液槽21位于光学检测芯片微通道25末端，用于吸收多余的混合液，光学检测芯片第二废液槽22位于光学检测槽23之后，用于吸收检测后的废液。同组样品槽、稀释液槽、混合槽、反应槽、光学检测槽、第一废液槽和第二废液槽依次连通后构成一条尿液流通通道，每个反应槽24中预装一种冻干反应物，所装反应物可以相同也可以不同，实现所需指标的检测。光学检测芯片样品槽28和光学检测芯片第一废液槽21一端分别设有一个光学检测芯片衡压口29，分别与顶盖上内侧、外侧一条衡压通气通道下表面的光学检测芯片衡压通气口18对应并连通，用于平衡芯片内的气压。
智能马桶采集的尿液会自动从进样孔进入芯片并流入样品槽，而后通过步进电机旋转产生的离心力和虹吸通道产生的虹吸作用与稀释液槽中的稀释液混合后进入混合槽均匀混合。混合后的混合液通过虹吸通道的虹吸作用流入微通道后，分流到存储着有冻干吸附的反应物的反应槽进行反应。反应完毕后，反应液流入光学检测槽通过微型光学检测工作站进行定量数据采集，检测后的废液流入第二废液槽吸收掉，多余的混合液流入第一废液槽吸收掉。
实施例2
一种基于微型流道电化学检测芯片的全自动尿液检测装置，如图 6所示，包括微型流道电化学检测芯片33、微型电化学检测工作站 34、旋转步进电机12、微型处理器13和无线传输模块14，尿液传输管4末端与微型流道电化学检测芯片33的进样孔连通，用于注入尿液。微型流道电化学检测芯片33固定在旋转步进电机12输出轴上，旋转步进电机的转速介于每分钟0-10000转，旋转步进电机带动检测芯片旋转，将自进样孔流入的尿液沿芯片内的通道定向输送到电化学检测槽。微型电化学检测工作站34用于检测微型流道电化学检测芯片检测槽中液体的相关指标。微型处理器13输出端与旋转步进电机 12、微型电化学检测工作站34连接，用于控制旋转步进电机的转速、微型电化学检测工作站的检测进程以及处理收集到的检测数据，同时，微型处理器13与无线传输模块14连接，用于将尿液相关指标的检测结果传送给用户端。
在智能马桶完成了定量尿液传输至全自动尿液检测装置后，微型处理器控制旋转步进电机旋转，带动芯片旋转，使尿液与稀释液、反应物等充分混合后流到检测槽中，由微型电化学检测工作站对尿液进行电化学检测，检测完成后经过微型处理器处理得出检测结果，并通过无线传输模块将尿液的检测数据传送至智能手机、平板电脑或云端进行人体健康指标的实时监测。
所述微型流道电化学检测芯片包括电化学检测芯片顶盖35、电化学检测芯片通道层40和电化学检测芯片电极层52，顶盖35、通道层40和电极层52采用聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯制成，优选聚甲基丙烯酸甲酯，三者均为尺寸大小一致的圆形，电极层夹在顶盖和通道层之间，三者上下叠放，通过胶体粘结或化学热压方式焊接在一起。如图7所示，所述电化学检测芯片顶盖35圆心处设有电化学检测芯片第一定位孔39，电化学检测芯片第一定位孔 39一侧设有电化学检测芯片进样孔38，顶盖边缘设有若干条电化学检测芯片衡压通气通道37，电化学检测芯片衡压通气通道37为夹层通道，贯穿顶盖上下表面并且在上下表面设有两不同心的电化学检测芯片衡压通气口36。如图8所示，所述电化学检测芯片通道层40圆心处设有电化学检测芯片第二定位孔51，第一定位孔和第二定位孔紧密贴合并贯通，用于将芯片连接固定到旋转步进电机输出轴上。围绕进样口设有一圆环形进样通道50，进样通道的半径与顶盖进样孔与第一定位孔的距离相等，进样通道50与电化学检测芯片进样孔38 连通，进样通道50上分布有若干辐射状的电化学检测芯片微通道49，每条电化学检测芯片微通道49连接一组径向排列的电化学检测芯片样品槽48、稀释液槽47、混合槽44、电化学检测槽45，电化学检测芯片样品槽48通过电化学检测芯片虹吸通道42与电化学检测芯片稀释液槽47连通，电化学检测芯片稀释液槽47通过电化学检测芯片虹吸通道42与电化学检测芯片混合槽44连通，电化学检测芯片混合槽 44通过电化学检测芯片虹吸通道42连接有电化学检测芯片第一废液槽41，用于吸收多余混合液，电化学检测槽45通过虹吸通道42连接有电化学检测芯片第二废液槽43，用于吸收检测后的废液。电化学检测芯片第一废液槽41和电化学检测芯片第二废液槽43一角均设有一电化学检测芯片衡压口46，电化学检测芯片衡压口46与顶盖衡压通气通道下表面的电化学检测芯片衡压通气口36位置对应，用于平衡芯片内气压。如图9所示，所述电化学检测芯片电极层52在与每个电化学检测槽位置对应处各设有一组电极，每组电极包括对电极 53、参比电极54和工作电极55，参比电极的材料为银或氯化银，对电极和工作电极的材料为石墨或铜，三组电极与通道层的电化学检测槽紧密贴合。各电极通过丝网印刷及湿法刻蚀技术来制做到电极层上，生产的电极厚度为50微米至500微米。
智能马桶采集的尿液会自动从进样孔进入芯片并通过微通道流入样品槽，而后通过旋转步进电机的旋转激发，通过下方的虹吸通道进入稀释液槽，并与稀释液槽中的稀释液混合。而后，混合液通过下方的虹吸通道进入混合槽均匀混合。混合后，混合液一部分流入电化学检测槽，检测槽中存有冻干吸附的电子传递剂，在此进行电化学检测。
需要说明的是，全自动尿液检测装置中的微型处理器对旋转驱动电机、微型检测工作站的控制程序是采用的现有技术，不是本实用新型的改进点，本实用新型的重点是利用微型流道检测芯片进行尿液检测，并利用微型检测工作站自动采集检测指标并通过无线传输模块传给用户查看。智能马桶中对信号的采集和判断分析采用的是电子电路，不涉及程序改进，因此本实用新型中没有对程序方法的改进，符合实用新型客体要求。
以上仅为本实用新型的优选实施例，并不能用于限定本实用新型的保护范围。本领域技术人员在本实用新型提供方案的基础上，所做的相同或等同变形均应列入本实用新型的保护范围。