专利名称：基于图像传感器的尿液生物标记物浓度分析仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种医疗器械技术领域的分析仪，特别是一种基于图像传感器的 尿液生物标记物浓度分析仪。
背景技术：
现有尿液分析仪的检测元件是试纸，试纸表面喷涂特定的反应试剂。尿液样 品滴到试纸表面，样品中所含的生物标记物质与反应试剂起变色反应，尿液分析 仪通过光强传感器检测入射光在试纸上的反射率获取尿液生物标记物质浓度信 息。不同的测试项目所需的最佳单色光光源不完全一样，因此需要多个单色光光 源，并需根据不同的测试项目进行光源切换。所用光强传感器一般输出模拟量， 故此类尿液分析仪有专用模数转换电路。测试结果以半定量的方式输出，即用加 减号的组合输出阴性、阳性程度。
经对现有技术文献的检索发现，尚新娟在《机电产品开发与创新》(3， 68-69， 2007)上撰文"新型尿液分析仪的研制"，该文介绍了一种尿液分析仪，其测量 原理是采用硅光电池测量样品反射光强，输出电压信号，经整形滤波，送至A/D (模数转换器)，再由微处理器运算得出尿液信息，由于硅光电池输出信号是模 拟量，需要滤波整形以及进行模数转换，在一定程度上导致软件硬件成本上升。 另一方面，该仪器需要根据不同生物标记物选择匹配的单色光光源进行照射检 测，使得硬件结构复杂，增加了硬件成本。此外，该仪器缺少历史测试数据查询 功能，不能实现对用户信息的长期监视、跟踪和对比。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种基于图像传感器的尿 液生物标记物浓度分析仪，使其能够完成多种尿液生物标记物浓度信号采集和数 据处理，同时提供历史数据存储管理和回溯功能。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括单片计算机、存储器、时
钟管理器、液晶显示器、电源管理器、图像传感器、键盘控制器、打印机控制器 及光源，连接关系为光源为图像传感器提供透射光，图像传感器、键盘控制器 和存储器与单片计算机数据引脚和时钟信号引脚相连，图像传感器的十三个引 脚、键盘控制器中表示键盘状态的引脚、液晶显示器十四个引脚、打印机控制器 三个引脚、时钟管理器三个引脚均与单片计算机相连，电源管理器与各个组成部 件相连，并为各个组成部件提供电源。
所述数据引脚和时钟信号引脚，是单片计算机的P0.2和P0.3引脚，分别与 图像传感器的SI0_C、 SIO—D引脚，键盘控制器的SCL、 SDA引脚和存储器的SCL、 SDA引脚相连。
所述图像传感器的十三个I/O引脚，即VSYNC、 HREF、 Y7、 Y6、 Y5、 Y4、 Y3、 Y2、 Yl、 Y0、 PCLK、 SI0—D和SI0—C分别与单片计算机中的I/O 口 PO. 19、 PO. 18、 PO. 15、 PO. 14、 PO. 13、 PO. 12、 PO. 11、 PO. 10、 PO. 9、 PO. 8、 PO. 7、 PO. 3、 PO. 2 相连，其中Y7、 Y6、 Y5、 Y4、 Y3、 Y2、 Yl、 Y0是图像传感器颜色数据输出口 ， VSYNC是帧信号输出口，服EF是行信号输出口， PCLK是像素信号输出口， SIO—D 及SI(LC是初始化图像传感器内部寄存器所使用的数据口和时钟口；在图像传感 器初始化阶段，通过SI0JD及SI0_C两个引脚将配置参数表写入图像传感器内部 寄存器， 一帧图像信息是按480行采集，每行采集640个点，VSYNC帧信号口输 出一个高电平脉冲后处于低电平状态表示一帧图像开始传输，服EF行信号口输 出高电平表示一行数据开始传输，高电平状态维持到一行颜色数据输出完毕， PCLK像素信号口处于上升沿跳变状态时表示数据已经稳定输出到Y7、 Y6、 Y5、 Y4、 Y3、 Y2、 Yl、 Y0并行数据输出口。单片计算机通过查询VSYNC帧信号口和 m^EF行信号口状态判断一帧的开始和一行的开始，在PCLK像素信号口处于上升 沿跳变的时刻，并行采样Y7、 Y6、 Y5、 Y4、 Y3、 Y2、 Yl、 Y0数据，获取颜色数 据， 一行结束后再根据冊EF信号的提示读取下一行，直到一帧信号读取完毕， 单片计算机再对三原色数据进行数据处理。
所述时钟管理器的三个I/O 口引脚，即REST、 SCLK和10分别与单片计算机 中的I/O 口 Pl. 19、 Pl. 20和Pl. 21相连。
所述打印机控制器的三个I/O 口引脚，即BUSY、 T1IN和R10UT分别与单片 计算机的I/O 口 PO. 21、 PO. 0和PO. 1相连。
所述液晶显示器十四个I/O 口引脚，即DBO、 DB1、 DB2、 DB3、 DB4、 DB5、 DB6、 DB7、 RES、 CS1、 CS2、 D/I、 E和R/W分别与单片计算机的I/O 口 PO. 22、 PO. 23、 PO. 24、 P0.25、 PO. 27、 PO. 28、 PO. 29、 PO. 30、 Pl. 18、 Pl. 17、 Pl. 16、 PO. 6、 PO. 5和P0. 4相连。
所述键盘控制器中表示键盘状态的I/O 口引脚，即INT与单片计算机的I/O 口 PO. 20相连。
所述单片计算机，负责控制各个模块和处理数据。
所述的图像传感器，是CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器，接收单 片计算机的指令，采集图像三原色数据，输出三原色数字量，并将数字量传送给 单片计算机。
所述时钟管理器，在开机后系统初始化过程中由单片计算机设置，提供实时 时钟信息。
所述打印机控制器接受单片计算机的指令，控制外配打印机进行打印操作，
输出测量结果。
所述液晶显示器显示各种输出信息，能够显示中英文操作界面、测试结果。 所述键盘控制器，负责将各种信息输入单片计算机，连接4*4键盘，实现数 值输入、确认、翻页、删除、退出功能。
所述存储器接受单片计算机的指令，保存测量数据和支持数据回溯。 所述电源管理器提供三路电源，其中一路与图像传感器相连，第二路与单片 计算机、图像传感器相连，第三路与单片计算机、存储器、时钟管理器、液晶显 示器、图像传感器、键盘控制器和打印机控制器相连。
所述光源，采用白色冷光源，照射待测样品，其透射光被图像传感器采集。 本发明工作时，首先插上电源开机，开机后系统首先对液晶显示器、时钟管 理器、存储器进行初始化，接着处于等待调整时间状态，用户可以根据需要通过 键盘操作修改日期时间，单片计算机将会根据用户的输入重新设置时钟管理器， 接着进入图像传感器初始化阶段，单片计算机对图像传感器内部寄存器进行设 置，主要包括帧频、数据格式及将图像传感器设计成采集三原色数据模式，初始 化结束后，进入等待测试或者历史数据查询阶段，如果用户选者进入历史数据查 询环节，单片计算机将根据用户输入的用户号在存储器中査找，并由液晶显示器
输出该用户的测试结果；如果用户选择进入测试环节，用单一白色光源照射待测 样品，待测样品为尿液液体与反应试剂的混合物，单片计算机自动向图像传感器 发出指令，启动图像传感器采集尿液图像的三原色数据，采集完毕经单片计算机 比对标准色谱及数据修正后得出对应的尿液生物标记物浓度信息，由液晶显示器 将尿液信息显示出来，单片计算机向打印机控制器发出打印结果的指令，最后根 据用户的需要保存测试结果到存储器。
本发明主要采用了四项技术措施l)在白色光源的照射下，利用图像传感 器采集尿液与试剂显色反应后图像的三原色数据，通过比对标准色谱及数据修正 获取尿液中生物标记物浓度信息；2)通过设立标志位、分配大小相等的存储空间 等一系列软硬件优化手段，在硬件存储容量有限前提下实现快速的数据库管理；
3) 提供中英文操作界面显示、多功能键盘、现场打印及多种历史数据回溯模式；
4) 在实现所需功能的前提下，采用了功能强、结构紧凑且价格低廉的元器件。
与现有技术相比，本发明具有结构简单紧凑、操作简便、信息存储量大的优 点，能够在20秒内定量完成尿液生物标记物浓度信号采集和数据处理，提供历 史数据存储和回溯功能。
图1本发明结构示意图
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案 为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护 范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括单片计算机l、图像传感器2、时钟管理器3、
打印机控制器4、液晶显示器5、键盘控制器6、存储器7、电源管理器8、光源 9。
连接关系为光源9为图像传感器2提供透射光，单片计算机1的数据引脚
P0.2和时钟信号引脚P0.3引脚，分别与图像传感器2的SI0j:、 SICLD引脚， 键盘控制器6的SCL、 SDA引脚和存储器7的SCL、 SDA引脚相连，图像传感器2 的十三个I/0引脚，即VSYNC、 HREF、 Y7、 Y6、 Y5、 Y4、 Y3、 Y2、 Yl、 YO、 PCLK、 SIO—D和SIO—C分别与单片计算机1中的I/O 口 PO. 19、 PO. 18、 PO. 15、 PO. 14、P0. 13、 P0. 12、 P0.11、 PO.IO、 P0.9、 P0. 8、 P0. 7、 P0. 3、 P0. 2相连，键盘控
制器6中表示键盘状态的I/O 口引脚，即INT与单片计算机1的I/O 口 PO. 20 相连，液晶显示器5十四个I/O 口引脚，S卩DBO、 DB1、 DB2、 DB3、 DB4、 DB5、 DB6、 DB7、 RES、 CS1、 CS2、 D/I、 E和R/W分别与单片计算机1的I/O 口 PO. 22、 PO. 23、 P0.24、 P0.25、 PO. 27、 PO. 28、 PO. 29、 PO. 30、 PI. 18、 PI. 17、 PI. 16、 PO. 6、 PO. 5和PO. 4相连，打印机控制器4的三个I/O 口引脚，即BUSY、 T1IN 和R10UT分别与单片计算机1的I/O 口 PO. 21、 PO. 0和PO. 1相连，时钟管理器 3的三个I/O 口引脚，即REST、SCLK和IO分别与单片计算机1中的I/O 口 PI. 19、 P1.20和P1.21相连，电源管理器8与各个组成部件相连，并为各个组成部件提 供电源。
所述单片计算机1，负责控制各个模块和处理数据，采用LPC2144FB064型 芯片。
所述的图像传感器2，其Y7、 Y6、 Y5、 Y4、 Y3、 Y2、 Yl、 YO引脚是图像传 感器2颜色数据输出口， VSYNC是帧信号输出口，服EF是行信号输出口， PCLK 是像素信号输出口， SI0—D及SI0J]是初始化图像传感器2内部寄存器所使用的 数据口和时钟口；在图像传感器2初始化阶段，通过SIOJ)及SI0—C两个引脚将 配置参数表写入图像传感器2内部寄存器， 一帧图像信息是按480行采集，每行 采集640个点，VSYNC帧信号口输出一个高电平脉冲后处于低电平状态表示一帧 图像开始传输，HREF行信号口输出高电平表示一行数据开始传输，高电平状态 维持到一行颜色数据输出完毕，PCLK像素信号口处于上升沿跳变状态时表示数 据己经稳定输出到Y7、 Y6、 Y5、 Y4、 Y3、 Y2、 Yl、 YO并行数据输出口。单片计 算机1通过査询VSYNC帧信号口和服EF行信号口状态判断一帧的开始和一行的 开始，在PCLK像素信号口处于上升沿跳变的时刻，并行采样Y7、 Y6、 Y5、 Y4、 Y3、 Y2、 Yl、 Y0数据，获取颜色数据， 一行结束后再根据服EF信号的提示读取 下一行，直到一帧信号读取完毕，单片计算机1再对三原色数据进行数据处理。
所述的图像传感器2为CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器，接收单 片计算机l的指令，采集图像三原色数据，输出三原色数字量，并将采集的数据 交给单片计算机l，图像传感器2采用0V9620型芯片。
所述时钟管理器3在开机后系统初始化过程中由单片计算机1设置，提供实
时时钟信息，时钟管理器3采用HT1381型芯片。
所述打印机控制器4接受单片计算机1的指令，控制外配打印机进行打印操 作，输出测量结果，打印机控制器4采用sp3232EEN型控制芯片。
所述液晶显示器5显示各种输出信息，能够显示中英文操作界面、测试结果， 液晶显示器5采用12864-3点阵式显示模块。
所述键盘控制器6将各种信息输入单片计算机1，键盘控制器6采用 zlg7290cs型芯片，连接4*4键盘，实现数值输入、确认、翻页、删除、退出功 能。
所述存储器7接受单片计算机1的指令，保存测量数据和支持数据回溯，存 储器7采用CSI24C256WI型芯片。
所述电源管理器8提供三路电源，其中一路V1与图像传感器2相连，第二 路V2与单片计算机1 、图像传感器2相连，第三路V3与单片计算机1、存储器 7、时钟管理器3、液晶显示器5、图像传感器2、键盘控制器6和打印机控制 器4相连。
所述光源9，采用白色冷光源，亮度为1150毫坎德拉，照射待测样品，其 透射光被图像传感器2采集。
本实施例工作时，首先插上电源开机，开机后系统首先对液晶显示器5、时 钟管理器3、存储器7进行初始化，接着处于等待调整时间状态，用户可以根据 需要通过键盘操作修改日期时间，单片计算机1将会根据用户的输入重新设置时 钟管理器3，接着进入图像传感器2初始化阶段，单片计算机1对图像传感器2内 部寄存器进行设置，主要包括帧频、数据格式及将图像传感器2设计成采集三原 色数据模式，初始化结束后，进入等待测试或者历史数据査询阶段，如果用户选 者进入历史数据査询环节，单片计算机1将根据用户输入的用户号在存储器7 中査找，并由液晶显示器5输出该用户的测试结果；如果用户选择进入测试环节， 用单一白色光源照射待测样品，待测样品为尿液液体与反应试剂的混合物，单片 计算机1自动向图像传感器2发出指令，启动图像传感器2采集尿液图像的三原 色数据，采集完毕经单片计算机1比对标准色谱及数据修正后得出对应的尿液生 物标记物浓度信息，由液晶显示器5将尿液信息显示出来，单片计算机l向打印 机控制器4发出打印结果的指令，最后根据用户的需要保存测试结果到存储器7。
权利要求
1.一种基于图像传感器的尿液生物标记物浓度分析仪，包括单片计算机(1)、图像传感器(2)、液晶显示器(5)、电源管理器(8)、光源(9)，其特征在于，还包括时钟管理器(3)、打印机控制器(4)、键盘控制器(6)、存储器(7)，连接关系为光源(9)为图像传感器(2)提供透射光，图像传感器(2)、键盘控制器(6)和存储器(7)与单片计算机(1)的数据引脚和时钟信号引脚相连，图像传感器(2)的十三个引脚、键盘控制器(6)中表示键盘状态的引脚、液晶显示器(5)十四个引脚、打印机控制器(4)三个引脚、时钟管理器(3)三个引脚均与单片计算机(1)相连，电源管理器(8)与各个组成部件相连，并为各个组成部件提供电源，所述数据引脚和时钟信号引脚，是单片计算机(1)的P0.2和P0.3引脚，分别与图像传感器(2)的SIO_C、SIO_D引脚，键盘控制器(6)的SCL、SDA引脚和存储器(7)的SCL、SDA引脚相连，所述图像传感器(2)的十三个I/O引脚，即VSYNC、HREF、Y7、Y6、Y5、Y4、Y3、Y2、Y1、Y0、PCLK、SIO_D和SIO_C分别与单片计算机(1)中的I/O口P0.19、P0.18、P0.15、P0.14、P0.13、P0.12、P0.11、P0.10、P0.9、P0.8、P0.7、P0.3、P0.2相连，其中Y7、Y6、Y5、Y4、Y3、Y2、Y1、Y0是图像传感器(2)颜色数据输出口，VSYNC是帧信号输出口，HREF是行信号输出口，PCLK是像素信号输出口，SIO_D及SIO_C是初始化图像传感器(2)内部寄存器所使用的数据口和时钟口，在图像传感器(2)初始化阶段，通过SIO_D及SIO_C两个引脚将配置参数表写入图像传感器(2)内部寄存器，一帧图像信息是按480行采集，每行采集640个点，VSYNC帧信号口输出一个高电平脉冲后处于低电平状态表示一帧图像开始传输，HREF行信号口输出高电平表示一行数据开始传输，高电平状态维持到一行颜色数据输出完毕，PCLK像素信号口处于上升沿跳变状态时表示数据已经稳定输出到Y7、Y6、Y5、Y4、Y3、Y2、Y1、Y0并行数据输出口，单片计算机(1)通过查询VSYNC帧信号口和HREF行信号口状态判断一帧的开始和一行的开始，在PCLK像素信号口处于上升沿跳变的时刻，并行采样Y7、Y6、Y5、Y4、Y3、Y2、Y1、Y0数据，获取颜色数据，一行结束后再根据HREF信号的提示读取下一行，直到一帧信号读取完毕，单片计算机(1)再对三原色数据进行数据处理。
2. 根据权利要求1所述的基于图像传感器的尿液生物标记物浓度分析仪， 其特征是，所述图像传感器(2)为互补金属氧化物半导体图像传感器，接收单片计算机(1)的指令，采集图像三原色数据，输出三原色数字量，并将采集的 数据交给单片计算机(1)。
3. 根据权利要求1所述的基于图像传感器的尿液生物标记物浓度分析仪， 其特征是，所述时钟管理器(3)的三个I/0口引脚，即REST、 SCLK和IO分别 与单片计算机(1)中的I/0口P1.19、 P1.20和P1.21相连。
4. 根据权利要求1所述的基于图像传感器的尿液生物标记物浓度分析仪， 其特征是，所述打印机控制器(4)的三个I/0口引脚，即BUSY、 T1IN和R10UT 分别与单片计算机(1)的I/O 口 PO. 21、 PO. 0和PO. 1相连。
5. 根据权利要求1所述的基于图像传感器的尿液生物标记物浓度分析仪， 其特征是，所述液晶显示器(5)十四个I/0口引脚，即DBO、 DB1、 DB2、 DB3、 DB4、 DB5、 DB6、 DB7、 RES、 CS1、 CS2、 D/I、 E和R/W分别与单片计算机(1) 的I/O 口 PO.22、 PO.23、 PO. 24、 PO.25、 PO.27、 PO. 28、 PO.29、 PO. 30、 Pl. 18、 Pl. 17、 Pl. 16、 PO. 6、 PO. 5和P0. 4相连。
6. 根据权利要求1所述的基于图像传感器的尿液生物标记物浓度分析仪， 其特征是，所述键盘控制器(6)中表示键盘状态的I/0口引脚，即INT与单片 计算机(1)的I/O 口 PO. 20相连。
7. 根据权利要求1所述的基于图像传感器的尿液生物标记物浓度分析仪， 其特征是，所述电源管理器(8)提供三路电源，其中一路与图像传感器(2)相 连，第二路与单片计算机(1)、图像传感器(2)相连，第三路与单片计算机(1)、 存储器(7)、时钟管理器(3)、液晶显示器(5)、图像传感器(2)、键盘控制器(6)和打印机控制器(4)相连。
全文摘要
一种医疗器械领域的基于图像传感器的尿液生物标记物浓度分析仪，光源穿过样品为图像传感器提供透射光，图像传感器、键盘控制器和存储器与单片计算机中数据引脚及时钟信号引脚相连，图像传感器与单片计算机相连，键盘控制器中表示键盘状态的I/O口与单片计算机I/O口相连，液晶显示器、打印机控制器、时钟管理器与单片计算机的相应引脚相连，电源管理器提供三路电压，其中一路与图像传感器相连，第二路与单片计算机、图像传感器相连，第三路与单片计算机、存储器、时钟管理器、液晶显示器、图像传感器、键盘控制器和打印机控制器相连。本发明结构简单紧凑、操作简便、信息存储量大。
文档编号G01N21/77GK101178364SQ20071004448
公开日2008年5月14日 申请日期2007年8月2日 优先权日2007年8月2日
发明者丁伟东, 袁景淇, 黄杰胜 申请人:上海交通大学