CN102749358A

CN102749358A - 一种通用生化指标测量系统

Info

Publication number: CN102749358A
Application number: CN2012102391477A
Authority: CN
Inventors: 何兵兵; 张永茂; 宋岩
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2012-07-11
Filing date: 2012-07-11
Publication date: 2012-10-24

Abstract

本发明涉及一种通用生化指标测量系统，其特征在于包括信息检测单元、硬件识别接口单元、信号处理单元和串行通讯接口；所述信息检测单元包括传感器和信号调理电路，传感器将外界生物或化学量浓度转化为电压信号输出至信号调理电路，信号调理电路将电压信号调理到A/D转换器适用电压范围后输出至硬件识别接口单元，信号处理单元A/D转换器和I/O接口与硬件识别接口单元连接，处理器对传感器采集到的信号进行校正处理，然后送到数据存储器中存储和通过串行通讯接口输出至上位机。本发明通用性强，原理科学，接插任意接口均可得出准确的测量结果。

Description

一种通用生化指标测量系统

技术领域

本发明属于自动化检测领域，涉及一种通用生化指标测量系统，具有地址识别和数据校正功能，可以单通道单独使用也可多通道同时使用，随插随用，结果精确。

背景技术

随着国民素质的提升以及法制的健全，在生产、生活、监察执法等方面特别需要一种通用生化测量系统，例如工商部门在执法现场需要当机立断的给出科学准确的检测结果，以判断食品，药物，化妆品等物品是否添加物超标，是否感染致病菌等；环保部门也有同样的问题，如不当场给出准确的结果，可能失去制裁违法者的机会；同时，随着科学研究的深入以及“造假”技术的发展，该系统应能随时更新其校正程序，进行校正计算。

生物和化学量检测在许多领域都有用到，可是，通常针对每一固定测量对象都有一固定测量设备与其对应，这样造成设备复杂，通用性差，系统集成度低等问题；有些设备能同时测量多种生化量，但是整体来看也只能测量确定的几种量，更换传感器则不能使用，没有真正实现通用的功能。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种通用生化指标测量系统，通过硬件识别接口的地址识别作用和信号处理单元的数据校正功能，该系统通用性强，原理科学，接插任意接口均可得出准确的测量结果。

技术方案

一种通用生化指标测量系统，其特征在于包括信息检测单元、硬件识别接口单元、信号处理单元和串行通讯接口；所述信息检测单元包括多个传感器和与传感器相连接的多个信号调理电路，传感器将外界生物或化学量浓度转化为电压信号输出至信号调理电路，信号调理电路将电压信号调理到A/D转换器适用电压范围后输出至硬件识别接口单元；所述硬件识别接口单元包括一对公母头配套的连接器，其中公头与信息检测单元的多个信号调理电路链接，为每一个生化量测量通道分配一个地址，母头连接信号处理单元；所述的信号处理单元包括A/D转换器、处理器、ROM单元和I/O接口；A/D转换器和I/O接口与硬件识别接口单元的母头连接，经过转换的信号输出至处理器，处理器对传感器采集到的信号进行校正处理，然后送到数据存储器中存储和通过串行通讯接口输出至上位机。

所述公母头配套的连接器的针数包括一路与信号处理单元连接的高电平信号线，多路与多个传感器连接的地址线和两路模拟信号线。

所述对传感器采集到的信号进行校正处理采用校正方程为：y′_m＝f(x₁,x₂...x_n,y_m)，采用逆波兰式方法进行结算；其中：n代表不需要校正的生化量测量通道地址，为正整数；m代表需要校正的生化量测量通道地址，为正整数；x_n为不需要校正的生化量测量通道检测量；y_m为需要校正的生化量测量通道检测量；y′_m为经校正的生化量。

所述传感器为生物探针、物理探头或化学电极。

有益效果

本发明提出的一种通用生化指标测量系统，多个测量通道同时使用时，硬件识别接口能准确识别不同通道，将不同测量通道输出电压信号送入信号处理单元进行校正计算，接口顺序可以任意选择；通过地址来识别生化量测量通道，摒弃传统的硬线连接，使生化量测量通道种类数没有限制，因此可以实现真正的通用功能（种类多样）。所述信息检测单元中的传感器可置于同一被测对象中，也可根据需要分开使用。地址线的根数根据需要测量的生化量种类数确定。具有无纸化数据记录功能，可将实时测量结果记录在处理器扩展数据存储器或者U盘中，用于数据分析。串行通讯接口与上位机监控界面相连接，可以实现在线记录、处理、分析数据等功能。每一个需要校正的生化量都有与其对应的校正方程，经校正处理的结果，在原有检测量的基础上加入了外界环境的影响，使测量结果更科学，可信度更高。所述系统中的校正方程解算时采用已有的“逆波兰式”思想，进行解算，优点在于解算表达式时，各个运算是按运算符出现的顺序进行的，无须使用括号来指示运算顺序，所以更新校正方程时，避免软件进行全局性的改变，使随时更新校正方程更为可行。

附图说明

图1通用生化指标测量系统结构图；

图2硬件识别接口单元；

图3数据流图；

图4方法流程图

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本实施例的结构如附图1所示，主要由信息检测单元、硬件识别接口单元和信号处理单元和串行通讯接口，串行通讯接口将该发明与上位机联系起来。

其中信息检测单元包括多个传感器和与传感器相连接的多个信号调理电路，传感器将外界生物或化学量浓度转化为电压信号输出至信号调理电路，信号调理电路将电压信号调理到A/D转换器适用电压范围后输出至硬件识别接口单元；通过传感器感知外界生物或化学量浓度的变化，将这种生化量浓度的变化转化为电压信号的强弱变化，与之对应的电压信号经过由低通滤波、幅值调理和阻抗匹配单元组成的信号调理电路，可以得到清晰的模拟电压信号。

信息检测单元包括所述硬件识别接口单元包括一对公母头配套的连接器，其中公头与信息检测单元的多个信号调理电路链接，为每一个生化量测量通道分配一个地址，母头连接信号处理单元；硬件识别接口单元主要目的是为每一个生化量测量通道分配一个地址，使其具有可识别性。其详细结构如图2所示，以生化量测量通道5为例，5号硬件识别接口上接5号生化量测量通道，下接信息处理单元，由公头和母头共同配套构成。

公头包含两根来自生化量测量通道的信号线S1和S0，3根生化量测量通道地址线A2、A1、A0（假设有8个生化量测量通道），以及一根短接线A。生化量测量通道的地址，也可以说硬件识别接口的值，由A2A1A0组成的8个二进制量000,001,010,011,100,101,110,111来表示，每一个地址对应一个生化量测量通道。短接线A短接对应母头的数字逻辑电源电压Vdd。对于通道5，将其地址线A2和A0与短接线A相连接，地址由101表示。

母头222，包含A/D信号线INi（INi为A/D转换器输入信号线）和模拟地Vss，3根与公头地址线相对应的I/O线I/O.a、I/O.b、I/O.c，以及数字逻辑电源电压Vdd。3根I/O线与公头中的地址信号线相对应，识别不同的生化量测量通道。

不同通道的差异在于公头，所有通道的母头都是一样，所以只要在软件中分配好与地址对应的数据处理程序，就可以实现任意接插，而显示正确科学的测量结果。

最多同时测量的生化量测量通道数目与A/D转换通道数和I/O接口相关。

硬件识别接口单元的公头从信号处理单元引入数字逻辑高电平可以避免外接信号的干扰，特别是防止外部电源突变而引起的微控制器损坏。

本实施例中的信号处理单元主要包括处理器，数据存储器，ROM扩展单元，仿真接口，I/O接口和A/D转换单元，指示灯，按钮，LCD显示单元和电源；其中，数据存储器可以是板上RAM扩展，也可以是U盘，将现场采集到的数据带到实验室进行分析；当同时显示数据较多时，按钮用于显示器的翻页。I/O接口和A/D转换单元中，I/O单元可以是处理器自身的I/O引脚，也可以是I/O扩展芯片的引脚，上接5号硬件识别接口单元中的母头；A/D转换单元是多通道A/D转换芯片，其A/D通道数直接决定了信息检测单元中的通道个数，每一个A/D转换通道对应一个生化量测量通道。

A/D转换器和I/O接口与硬件识别接口单元的母头连接，经过转换的信号输出至处理器，处理器对传感器采集到的信号进行校正处理，然后送到数据存储器中存储和通过串行通讯接口输出至上位机。

针对该系统开发的上位机分析监测软件，通过通讯单元，将该系统与上位机进行通讯。串口通讯单元由通讯接口芯片和串行总线组成，串行总线选择CAN，当然根据情况也可选用RS-422,RS-485等。通过上位机可以完成数据分析、报表生成等功能。

在该发明中，数据流动图如图3所示，带处理器的信号处理单元对传感器采集到的信号进行处理、校正，然后送到数据存储器中存储，并直接由LCD显示屏显示；当然，如果系统连接于PC机，那么可以直接进行在线记录分析。

另外，该通用生化指标测量系统具有数据校正功能，使得测量结果更科学，其形式为：

y′_m＝f(x₁,x₂...x_n,y_m)

解算该方程可以对生化量进行校正，使结果更科学准确。在解算该方程时，采用“逆波兰式”的思想，流程图如图4所示，优点在于：解算后缀表达式时，不用特别考虑其中由括号和运算符引起的运算优先级问题，使运算按照运算符出现的顺序进行，这就方便了更新最新的校正方程时，避免大规模的改动应用软件。

该通用生化指标测量系统在上电后能自动检测各个在线生化量测量通道地址，进行匹配判断，如果校正方程中包含此地址，则将此地址对应通道检测量送校正方程进行校正计算；如不包含，则直接测量转换，送存储和显示。

Claims

1.一种通用生化指标测量系统，其特征在于包括信息检测单元、硬件识别接口单元、信号处理单元和串行通讯接口；所述信息检测单元包括多个传感器和与传感器相连接的多个信号调理电路，传感器将外界生物或化学量浓度转化为电压信号输出至信号调理电路，信号调理电路将电压信号调理到A/D转换器适用电压范围后输出至硬件识别接口单元；所述硬件识别接口单元包括一对公母头配套的连接器，其中公头与信息检测单元的多个信号调理电路链接，为每一个生化量测量通道分配一个地址，母头连接信号处理单元；所述的信号处理单元包括A/D转换器、处理器、ROM单元和I/O接口；A/D转换器和I/O接口与硬件识别接口单元的母头连接，经过转换的信号输出至处理器，处理器对传感器采集到的信号进行校正处理，然后送到数据存储器中存储和通过串行通讯接口输出至上位机。

2.根据权利要求1所述通用生化指标测量系统，其特征在于：所述公母头配套的连接器的针数包括一路与信号处理单元连接的高电平信号线，多路与多个传感器连接的地址线和两路模拟信号线。

3.根据权利要求1所述通用生化指标测量系统，其特征在于：所述对传感器采集到的信号进行校正处理采用校正方程为：y′_m＝f(x₁,x₂...x_n,y_m)，采用逆波兰式方法进行结算；其中：n代表不需要校正的生化量测量通道地址，为正整数；m代表需要校正的生化量测量通道地址，为正整数；x_n为不需要校正的生化量测量通道检测量；y_m为需要校正的生化量测量通道检测量；y′_m为经校正的生化量。

4.根据权利要求1所述通用生化指标测量系统，其特征在于：所述传感器为生物探针、物理探头或化学电极。