CN102901705B - 一种基于单片机的血红蛋白浓度检测***及方法 - Google Patents

一种基于单片机的血红蛋白浓度检测***及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102901705B
CN102901705B CN201210378840.2A CN201210378840A CN102901705B CN 102901705 B CN102901705 B CN 102901705B CN 201210378840 A CN201210378840 A CN 201210378840A CN 102901705 B CN102901705 B CN 102901705B
Authority
CN
China
Prior art keywords
converter
voltage
circuit
current
photodiode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201210378840.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102901705A (zh
Inventor
李宏
陈炜钢
胡文龙
阎伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningbo University
Original Assignee
Ningbo University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningbo University filed Critical Ningbo University
Priority to CN201210378840.2A priority Critical patent/CN102901705B/zh
Publication of CN102901705A publication Critical patent/CN102901705A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102901705B publication Critical patent/CN102901705B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于单片机的血红蛋白浓度检测***和方法，包括光源模块、比色池、光电二极管、光信号处理模块和单片机，光源模块包括D/A转换器、压控恒流源和LED发光二极管，光信号处理模块包括光电转换器、A/D转换器和人机交互界面，单片机与D/A转换器连接，D/A转换器与压控恒流源连接，压控恒流源与LED发光二极管连接，发光二极管发出的光透过比色池后，由光电二极管接收，光电二极管与光电转换器连接，光电转换器与A/D转换器连接，A/D转换器与单片机连接，人机交互界面与单片机连接，优点是采用压控恒流源控制光源，对后级信号转换及电压的稳定提供可靠的保证同时也使测量更加准确。

Description

一种基于单片机的血红蛋白浓度检测***及方法
技术领域
 本发明涉及一种血红蛋白浓度检测***及方法，尤其是涉及一种基于单片机的血红蛋白浓度检测***及方法。
背景技术
Lambert-Beer定律是吸收分光光度法中的一条基本定律。它是指在透明溶剂中发色团的吸光度随着样品池光程以及发色团浓度的变化而呈线性变化。该定律是对描述光与物质的相互关系的麦克斯韦远场方程的简化描述。分光光度法是通过测定被测物质在特定波长处或一定波长范围内光的吸收度，对该物质进行定性和定量分析的方法。吸光度是指波长为λ的光通过溶液或某一物质前的入射光强度与该光线通过溶液或物质后的投射光强度比值的对数。
传统的血红蛋白浓度检测方法有单波长分光度法、双波长分光度法和导数分光度法。双波长法大都采用分光镜来得到两种波长的单色光，光学结构相对复杂，实际应用较少。导数风光度法则需要较多不同波段的光源来测量多组溶液浓度，而采用多光源***必然导致***的高度复杂性。单波长分光度法是目前常见的血红蛋白浓度测量方法之一，该法所需要的光学***相对比较简单，而且准确度符合一般的临床测量要求。
近些年来，基于ARM或FPGA的血红蛋白浓度检测方法涌现出来，且实际的使用中也取得了一定的效果，但其多采用开环控制，其缺点是无法保证血红蛋白浓度的准确性和稳定性，另一个缺点是***的硬件结构会比较复杂，实际应用时调试困难，开发成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种检测准确且稳定性好的基于单片机的血红蛋白浓度检测统计***及方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于单片机的血红蛋白浓度检测统计***，包括光源模块、比色池、光电二极管、光信号处理模块和单片机，光源模块包括D/A转换器、压控恒流源和LED发光二极管，所述的光信号处理模块包括光电转换器、A/D转换器和人机交互界面，所述的单片机与D/A转换器连接，D/A转换器与压控恒流源连接，压控恒流源与LED发光二极管连接，发光二极管发出的光透过比色池后，由所述的光电二极管接收，所述的光电二极管与所述的光电转换器连接，所述的光电转换器与A/D转换器连接，A/D转换器与所述的单片机连接，人机交互界面与单片机连接。
光电转换电路包括电流/电压转换电路和电压反相电路，所述的光电二极管与电流/电压转换电路连接，电流/电压转换电路与电压反向电路连接，电压反相电路与A/D转换器连接。
一种基于单片机的血红蛋白浓度检测统计方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：由单片机控制D/A转换器，再将D/A转换器的输出电压值给压控恒流源电路，得到稳定的电流给发光二极管，得到稳定的光源；
步骤二：在比色池中放入稀释液，发光二极管的光透过比色池内的稀释液经过光电二极管得到电流i0，然后经过电流/电压转换电路得到电压值Ui0=-i0×R，R为电流/电压转换电路中的转换电阻，得到的电压值Ui0再经过反相电路后输入到A/D转换器，最后A/D转换器的输出电压值U0=-Ui0，光电二极管对光的敏感度S=i0/I 0，即得I 0=-U0/ SR；
步骤三： 设定电压参考值，计算电压参考值与采集到的电压值U0的差值e(k)，将差值e(k)代入公式：                                               ，其中u(k)为第k次控制时刻计算得到的值，KP为比例系数，Ki为积分系数，再将u(k)代入公式：U(k)=U(k-1)+u(k)得到反馈输出值，然后将反馈输出值U(k)输入到D/A转换器，最后将D/A转换器的输出值输入到压控恒流源电路，来调整发光二极管的光强，若电压值U0还未达到电压参考值，则重复执行本步骤，直到电压值U0等于电压参考值；
步骤四：在比色池中放入被测血样，发光二极管的光透过比色池内的血样经过光电二极管得到电流i1，然后经过电流/电压转换电路得到电压值Ui1=-i1×R，R为电流/电压转换电路中的转换电阻，得到的电压值再经过反相电路后输入到A/D转换器，最后A/D转换器的输出电压值U1=-Ui1，光电二极管对光的敏感度S=i1/I 1， I 1=-U1/ SR；
步骤五：将步骤二得到的I 0 和步骤四得到的I 1 代入公式，即得到血红蛋白浓度的值，其中C为血红蛋白浓度，K为吸光系数，L为比色池厚度。
与现代技术相比，本发明的优点是采用压控恒流源控制光源，对后级信号转换及电压的稳定提供可靠的保证同时也使测量更加准确。本发明采用的各个模块电路简单，成本较低。本发明采用闭环控制，可以有效减少外界因素对血红蛋白浓度稳定性的影响。实测血红蛋白浓度的非线性误差可控制在2.42%以内。
附图说明
图1为本发明的总体结构示意图；
图2为本发明的光电转换电路结构示意图；
图3 本发明的流程图；
图4 为本发明闭环控制的流程图；
图5为本发明所测的血红蛋白浓度稳定性曲线图；
图6为本发明所测的血红蛋白浓度线性曲线图；
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，血红蛋白浓度检测***主要包括：包括光源模块、比色池和光信号处理模块，所述的光源模块包括D/A转换器2、压控恒流源电路3、LED发光二极管4。所述的D/A转换器2与所述的单片机1与所述的压控恒流源电路3连接，所述压控恒流源电路3与所述的LED发光二极管4连接。所述的LED发光二极管4发出的光透过所述的比色池5，所述的光信号处理模块包括光电转换电路7、A/D转换器10、人机交互界面11。所述的光电转换电路7与A/D转换器8连接，其特征在于光电转换电路包括电流/电压转换电路8与反相电路9。所述的电流/电压转换电路8与反相电路9连接。所述的A/D转换器10与单片机1连接。所述的人机交互界面11与单片机1连接。
一种基于单片机的血红蛋白浓度检测方法，具体包括如下步骤，步骤一：由单片机控制D/A转换器2，再将D/A转换器2的输出电压值给压控恒流源电路3，得到稳定的电流给发光二极管4，得到稳定的光源。
步骤二：在比色池5中放入稀释液，发光二极管4的光透过比色池5内的稀释液经过光电二极管6得到电流i0，然后经过电流/电压转换电路8得到电压值Ui0=-i0×R，R为电流/电压转换电路中的转换电阻。得到的电压值再经过反相电路9后输入到A/D转换器10，最后A/D转换器10的输出电压值U0=-Ui0，本发明中光电二极管6对光的敏感度S=i0/I 0,所以I 0=-U0/ SR。图2为光电转换电路结构示意图。
步骤三： 设定电压参考值，计算电压参考值与采集到的电压值U0的差值e(k)，将差值e(k)代入公式：，其中u(k)为第k次控制时刻计算得到的值，KP为比例系数，Ki为积分系数。再将u(k)代入公式：U(k)=U(k-1)+u(k)得到反馈输出值，然后将反馈输出值U(k)输入到D/A转换器，最后将D/A转换器的输出值输入到压控恒流源电路，来调整发光二极管的光强，若电压值U0还未达到电压参考值，则重复执行本步骤，直到电压值U0等于电压参考值。
步骤四：在比色池5中放入被测血样，发光二极管4的光透过比色池5内血样经过光电二极管4得到相应电流i1，然后经过电流/电压转换电路8得到电压值Ui1=-i1×R，R为电流/电压转换电路中的转换电阻。得到的电压值再经过反相电路9后输入到A/D转换器10，最后A/D转换器10的输出电压值U1=-Ui1，本发明中光电二极管对光的敏感度S=i1/I 1,I 1=-U1/ SR。
步骤五：将步骤二得到的I 0 和步骤四得到的I 1 代入公式，其中C为血红蛋白浓度，K为吸光系数，L为比色池厚度。
如图3所示，图中简要描绘了本统计方法的流程图。本统计方法以步骤1→步骤2→步骤3→步骤4→步骤5顺序进行。
如图4所示，图中描绘的是本统计方法中步骤三的闭环控制的流程图。参考电压值与步骤一中采集到的电压值U0之间的差值作为闭环控制的输入，闭环控制的输出值U(k)=U(k-1)+u(k)。若控制器输出为U(k)时，步骤一中采集到的电压值U0还未达到参考值，则继续步骤三的闭环控制，直到步骤一采集到的电压值U0等于参考值。
图5和图6分别为本发明所测的血红蛋白浓度稳定性曲线图和线性曲线图，由于血红蛋白浓度的稳定性和线性与相同。在稳定性测试中，在加入血样浓度为13uL的情况下，连续测量10次，记录每次所测血样的值，得出其平均值为0.299，方差为1.6×10-6。在线性测试中，以2uL为间隔将浓度分成6组，每组测5次得平均值，此时非线性误差为2.42%FS。

Claims (1)

1.一种基于单片机的血红蛋白浓度检测方法，其特征在于包括光源模块、比色池、光电二极管、光信号处理模块、单片机和人机交互界面，光源模块包括D/A转换器、压控恒流源和LED发光二极管，所述的光信号处理模块包括光电转换器、A/D转换器，所述的单片机与D/A转换器连接，D/A转换器与压控恒流源连接，压控恒流源与LED发光二极管连接，发光二极管发出的光透过比色池后，由所述的光电二极管接收，所述的光电二极管与所述的光电转换器连接，所述的光电转换器与A/D转换器连接，A/D转换器与所述的单片机连接，人机交互界面与单片机连接；
光电转换电路包括电流/电压转换电路和电压反相电路，所述的光电二极管与电流/电压转换电路连接，电流/电压转换电路与电压反向电路连接，电压反相电路与A/D转换器连接；具体步骤如下：
步骤一：由单片机控制D/A转换器，再将D/A转换器的输出电压值给压控恒流源电路，得到稳定的电流给发光二极管，得到稳定的光源；
步骤二：在比色池中放入稀释液，发光二极管的光透过比色池内的稀释液经过光电二极管得到电流i0，然后经过电流/电压转换电路得到电压值Ui0＝-i0×R，R为电流/电压转换电路中的转换电阻，得到的电压值Ui0再经过反相电路后输入到A/D转换器，最后A/D转换器的输出电压值U0＝-Ui0，光电二极管对光的敏感度S＝i0/I0，即得I0＝U0/SR；
步骤三：设定电压参考值，计算电压参考值与采集到的电压值U0的差值e(k)，将差值e(k)代入公式：其中u(k)为第k次控制时刻计算得到的值，KP为比例系数，Ki为积分系数，再将u(k)代入公式：U(k)＝U(k-1)+u(k)得到反馈输出值，然后将反馈输出值U(k)输入到D/A转换器，最后将D/A转换器的输出值输入到压控恒流源电路，来调整发光二极管的光强，若电压值U0还未达到电压参考值，则重复执行本步骤，直到电压值U0等于电压参考值I；
步骤四：在比色池中放入被测血样，发光二极管的光透过比色池内的血样经过光电二极管得到电流i1，然后经过电流/电压转换电路得到电压值Ui1＝-i1×R，R为电流/电压转换电路中的转换电阻，得到的电压值再经过反相电路后输入到A/D转换器，最后A/D转换器的输出电压值U1＝-Ui1，光电二极管对光的敏感度S＝i1/I1，I1＝U1/SR；
步骤五：将步骤三得到的I和步骤四得到的I1代入公式即得到血红蛋白浓度的值，其中C为血红蛋白浓度，K为吸光系数，L为比色池厚度。
CN201210378840.2A 2012-10-08 2012-10-08 一种基于单片机的血红蛋白浓度检测***及方法 Expired - Fee Related CN102901705B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210378840.2A CN102901705B (zh) 2012-10-08 2012-10-08 一种基于单片机的血红蛋白浓度检测***及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210378840.2A CN102901705B (zh) 2012-10-08 2012-10-08 一种基于单片机的血红蛋白浓度检测***及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102901705A CN102901705A (zh) 2013-01-30
CN102901705B true CN102901705B (zh) 2015-04-29

Family

ID=47574060

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210378840.2A Expired - Fee Related CN102901705B (zh) 2012-10-08 2012-10-08 一种基于单片机的血红蛋白浓度检测***及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102901705B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106725323A (zh) * 2016-12-22 2017-05-31 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 可穿戴式生物信号采集装置
CN111323381A (zh) * 2020-04-14 2020-06-23 深圳联开生物医疗科技有限公司 本底电压自适应方法、测量方法、细胞分析仪、存储介质
CN113777076A (zh) * 2021-08-30 2021-12-10 四川南格尔生物科技有限公司 一种在线实时监测浓度的传感器及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2069114U (zh) * 1990-06-04 1991-01-09 戈鹤川 血红蛋白测定仪
CN2113488U (zh) * 1992-01-23 1992-08-19 浙江省医疗器械研究所 血红蛋白测定仪
EP1197744A2 (en) * 2000-10-06 2002-04-17 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Solution concentration measuring method and solution concentration measuring aparatus
CN101692049A (zh) * 2009-09-29 2010-04-07 北京安控科技股份有限公司 用于cod在线自动监测仪的控制***
CN101915741A (zh) * 2010-08-03 2010-12-15 宁波大学 一种便携式血红蛋白溶液测量***及相应的测量方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08262020A (ja) * 1995-03-17 1996-10-11 Wako Pure Chem Ind Ltd ヒトヘモグロビンの安定化方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2069114U (zh) * 1990-06-04 1991-01-09 戈鹤川 血红蛋白测定仪
CN2113488U (zh) * 1992-01-23 1992-08-19 浙江省医疗器械研究所 血红蛋白测定仪
EP1197744A2 (en) * 2000-10-06 2002-04-17 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Solution concentration measuring method and solution concentration measuring aparatus
CN101692049A (zh) * 2009-09-29 2010-04-07 北京安控科技股份有限公司 用于cod在线自动监测仪的控制***
CN101915741A (zh) * 2010-08-03 2010-12-15 宁波大学 一种便携式血红蛋白溶液测量***及相应的测量方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于增量式PID控制的数控恒流源;张苏红等;《现代电子技术》;20111015;第34卷(第20期);第190-192页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN102901705A (zh) 2013-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106323909A (zh) 果蔬品质手持式近红外光谱检测***及检测方法
CN107643260B (zh) 一种宽光谱多参数水质监测***
CN205808925U (zh) 一种近红外原油含水率检测装置
CN103983589A (zh) 一种土壤或水体中重金属铅污染的快速检测装置及方法
CN104062265A (zh) 基于光谱分析的变压器油中多组分气体检测装置及方法
CN102901705B (zh) 一种基于单片机的血红蛋白浓度检测***及方法
CN108318443A (zh) 基于多特征波长的苹果糖度近红外检测装置及其检测方法
CN105352914A (zh) 一种基于双波长光纤环形腔的气体浓度检测***及其方法
CN109115697A (zh) 一种集合光学探头的水质多参数在线监测装置
CN102519878B (zh) 微流控芯片光电检测光源稳定性自动修正补偿方法与***
CN207675640U (zh) 一种农产品营养品质检测光谱仪
CN109342368B (zh) 一种基于参考光信号的双路对比测量光谱仪及测量方法
CN111781154A (zh) 基于多光谱传感器的低成本牛乳成分分析方法与装置
CN102175627B (zh) 多波长多光源漫反射式比色装置及反射率测定方法
CN107167434A (zh) 一种进行浊度补偿的紫外‑可见光光度法测定khp含量的方法
CN207600941U (zh) 一种宽光谱多参数水质监测***
CN202903666U (zh) 一种基于单片机的血红蛋白浓度检测***
CN111766209A (zh) 基于紫外/可见光谱的牛乳成分分析方法与装置
CN110632015A (zh) 可变光程式气体传感器
CN104048758A (zh) 提高基于电光调制波导的傅立叶变换光谱测量精度的方法
CN105334166A (zh) 一种用于食品成分分析的双探测器近红外光谱仪
CN103398966A (zh) 光谱仪在有机溶液中测定tmc浓度的方法
KR101091967B1 (ko) 적분형 광검출기를 사용한 푸리에 계수 측정법
CN103398946B (zh) 一种参比透射法液体颜色检测装置
CN107796771A (zh) 吸收类分析仪器消除外界杂散光干扰的装置及测量方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20150429

Termination date: 20171008