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1、南 阳 理 工 学 院本科生毕业设计（论文）学 院： 电子与电气工程学院 专 业： 自动化 学 生： 赵刚 指导教师： 黄大勇 完成日期 2014 年 5 月月南阳理工学院本科生毕业设计（论文）基于试纸颜色识别的尿液分析仪设计基于试纸颜色识别的尿液分析仪设计Urine Analyzer Design Based on Color Recognition总 计： 31 页 表 格： 3 个 插 图： 25 幅南南 阳阳 理理 工工 学学 院院 本本 科科 毕毕 业业 设设 计（论文）计（论文）基于试纸颜色识别的尿液分析仪设计基于试纸颜色识别的尿液分析仪设计Urine Analyzer Desig
2、n Based on Color Recognition学 院： 电子与电气工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 学 生 姓 名： 赵刚 学 号： 1209624086 指 导 教 师（职称）： 黄大勇 （副教授）评 阅 教 师： 完 成 日 期： 南阳理工学院Nan yang Institute of Technology基于试纸颜色识别的尿液分析仪设计I基于试纸颜色识别的尿液分析仪设计基于试纸颜色识别的尿液分析仪设计自动化专业 赵刚摘摘 要要尿液分析是临床上至关重要的一项初步检查，是医学诊断中最为常用的方法之一。目前市场上的各种尿液分析仪种类繁多，本论文采用最新TCS230 芯片设计的快
3、速检测尿液是否健康的一种分析仪。系统中包含了键盘控制、液晶显示、步进电机驱动、试纸感应、微型热敏打印机输出、颜色识别、上位机串行通讯等模块。与以往的尿液检测仪对比，本论文尿液检测设计更稳定、更精确、更快捷，成本更低。关键词关键词颜色识别，单片机，MCS51，尿液试纸。Urine Analyzer Design Based on Color RecognitionAutomation Specialty ZHAO GangAbstract：Urine analysis is a preliminary examination on clinical critical, is one of the
4、 most commonly used method for medical diagnosis。There are many kinds of various urine analyzer on the market at present，This paper uses the TCS230 chip design of rapid detection of urine analyzer is a healthy。The system includes Keyboard control、Liquid crystal display m、Stepper motor drive、Paper in
5、duction、Miniature thermal printer output module、The color recognition module、Serial communication module etcCompared with the urine analyzer in the past, This paper urine detection design more stable, more accurate, more efficient, lower cost.Key words: Color recognition, Microcontroller, MCS51，Urin
6、e dipstick基于试纸颜色识别的尿液分析仪设计II目 录1 引 言.11.1 课题意义及其目的.11.2 研究主要内容和预期目标.11.2.1 本课题工作内容.11.2.2 本课题预期达到的目标.12 系统总体方案设计.12.1.1 尿液分析仪的工作原理.12.1.2 尿液分析仪的系统框图.22.2 MCU 主控模块设计.32.2.1 主控模块设计思路.32.2.2 主要芯片功能介.33 显示、键盘模块设计.63.1 显示模块设计.63.2 键盘模块设计.84 打印输出模块设计.104.1 微型热敏打印机设计.104.1.1 工作原理104.1.2 主要器件选取114.2 热敏打印机硬件
7、电路.114.2.1 LTP1245 热敏打印头 .114.3 进纸步进电机控制.155 试样感应及运动控制模块.165.1 试样条感应模块工作原理.165.2 试样条感应运动模块.175.3 步进电机控制模块.19 6 颜色采集与数据处理.206.1 颜色识别的算法分析.236.2 颜色传感器.236.3 颜色传感器的软件编程.25结束语26基于试纸颜色识别的尿液分析仪设计III参考文献.27致谢.28基于试纸颜色识别的尿液分析仪设计11 引引 言言 1.11.1 课题意义及其目的课题意义及其目的近年来，随着社会的进步和科学技术的发展，尿常规在临床上是至关重要的一项初步检查，不少病变早期就可
8、以出现在蛋白尿或者尿沉渣中。若发现尿异常，通常是尿路或肾脏疾病的一个明显特征，尿液检测也是提供病理过程中本质的重要线索。近年来有许多人强调，主治医生应该为患者尿常规的检查亲力亲为，这也十分有利于医生在第一时间发现肾脏、尿路等疾病。从而可以及早发现病情，得到及时的治疗，具有十分广泛的社会意义。目前在医院中使用的尿液检测仪种类繁多，但是技术成熟，性能稳定，操作快捷简便、价格相对便宜的尿液分析仪仍是凤毛麟角。随着计算机技术的快速发展、新型的高性能低成本的芯片不断涌现，时代的发展迫切需要对这种设备进行更新设计，推陈出新，使其更稳定、更精确、更快捷和更低成本。1.2 研究主要内容研究主要内容和预期目标和
9、预期目标1.2.1 本课题主要完成的工作内容包括：本课题主要完成的工作内容包括：（1）尿液分析仪的主系统板设计：保证系统稳定性、抗干扰性设计基础上重点解决定标值存储易失性问题。（2）试样条感应及运动电机的控制：实现高速测试。（3）颜色采集与比对：重点解决精确度问题。（4）键盘、显示、打印输出设计及系统程序：保证操作简单、快捷。1.2.2 本课题预期达到的目标本课题预期达到的目标和以往的尿液分析仪相比，要保证仪器使其更稳定、更精确、更快捷和更低成本。2 2 系统总体方案设计系统总体方案设计2.1.12.1.1 尿液分析仪的工作原理尿液分析仪的工作原理尿液分析仪也称尿化学分析仪，是检测尿液中是否含
10、有化学成分的自动化仪器设备，它也是医学界中对尿液自动化检测分析常用的重要工具，这种仪器具有操作简单、快速等优势。尿化学分析用尿液试样条检测，不同的厂商提供不同种类的试样条供选择。基于试纸颜色识别的尿液分析仪设计2通常这些的试样条是一个塑料条，上面有一个或几个含有化学物质的反应块，尿液与试剂块接触后产生颜色变化。此仪器大多用微电脑控制，采用感光元器件采纳反射光的方式并针对颜色的变化来进行测定。试纸条是一种对尿液半定量检测十分方便快捷的方法。2.1.22.1.2 尿液分析仪的系统框图尿液分析仪的系统框图图图 2.12.1 XXXX400400 型尿液分析仪系统框图型尿液分析仪系统框图基于试纸颜色识
11、别的尿液分析仪设计32.22.2 MCUMCU 主控模块设计主控模块设计2.2.12.2.1 主控模块设计思路主控模块设计思路主控模块框图如图 2.2 所示：图图 2.22.2 主控模块框图主控模块框图本文系统采用了 MCS51 系列单片机做为主控系统，51 系列的单片机具有八位的数据处理功能，应用广泛、技术成熟、功能强大、性能稳定、价格低廉，市场供应商也最多，更重要的一点就是许多外接口芯片都可兼容。尤其是近些年，微电子技术的飞越发展，工程师们又开发出了更多 51 内核的新型微处理器芯片，功能更强大、价格却更便宜。根据本系统功能的要求，八位机 11.0592MHz 的 51 单片机足够满足设计
12、要求。由于外围接口比较多（键盘、步进电机、液晶显示等等）需要扩展两片可编程并行 I/O接口芯片 8255；采用 74HC573 数据缓冲器；采用译码器法设计地址，用 74LS138 3 线8 线译码器芯片实现。本系统需要采用具有内部寄存器功能的 DAS12887 芯片做为实时时钟， ，一方面是为系统提供精确的实钟效果，另一方面也是为试样条感应器供给频率为 1KHz 的载波；采用 DAS1230 做为存储测试值， 32K 的存储容量，可存储近千条的试样条测试值。选择 P89v51RD2 微控制器可以解决系统需要中文的菜单和系统程序在一起需要 ROM 空间大约 60K 的问题，也能解决需要存放一些
13、易修改，不易丢失的定标值等重要数据的问题。整个系统软件的编程采用 KeilC 语言，编程环境需要是 uvision2 和 MedWin 混和平台。2.2.22.2.2 主要芯片功能介绍主要芯片功能介绍1、飞利浦 89v51RD2 是一款 80C51 微控制器，包含 64kB 程序存储器和 1024 字节的数据存储器。程序存储器同时支持并行与串行在系统编程（ISP）技术。并行编程的方式基于试纸颜色识别的尿液分析仪设计4提供快速分组编程（页编程）方式，降低了编程成本，节约了上市时间。ISP 可以在软件控制的范围内对成品中的元器件进行重复的编程，应用十分广泛。P89V51RD2 并可以在应用中进行编
14、程（IAP） ，实时对 Flash 程序存储器进行重新配置，即便应用程序在运行中也可以。如图 2.3，P89v51RD2 的引脚图：图图 2.32.3 P89v51RD2P89v51RD2 引脚图引脚图2、DS1230 非易失性 RAM，存储容量 32K，拥有掉电保存功能，内置装有电池，数据存储时间十年以上，并且与 6264 芯片管脚兼容，测试的值则存储在 DS1230，能够存储 1K 试样条的测试值,而每个试样条仅 32 个字节。管脚图如图 2.4 。图图 2.42.4 DS1230DS1230 管脚图管脚图基于试纸颜色识别的尿液分析仪设计53、DAS12C887选取美国达拉斯半导体公司研发的 DS12C887 作为时钟日历芯片，自身带有锂电池和晶体振荡器，采用 CMOS 技术制成，在没
