一種膠體金便攜式ccd讀數儀的數據采集和處理系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種膠體金讀數儀，特別涉及一種膠體金便攜式CCD讀數儀的數據采集和處理系統。一種膠體金便攜式CCD讀數儀的數據采集和處理系統，該系統包括電源模塊、視頻圖像處理模塊、單片機、FPGA單元、圖像存儲器和DSP視頻采集器，所述的視頻圖像處理模塊連接圖像采集裝置，視頻圖像處理模塊連接FPGA單元，FPGA單元連接DSP視頻采集器，DSP視頻采集器連接圖像存儲器；所述的視頻圖像處理模塊、FPGA單元、按鍵模塊和顯示單元均與單片機相連接。該讀數儀具有體積小、重量輕、便于攜帶的特點，能夠獨立處理數據，達到定量檢測的功能。
【專利說明】一種膠體金便攜式CCD讀數儀的數據采集和處理系統
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種膠體金讀數儀，特別涉及一種膠體金便攜式CCD讀數儀的數 據采集和處理系統。
【背景技術】
[0002] 試紙檢測方法是醫學、藥品、食品和環境領域檢測生物化學量的一種常用的檢測 方法。膠體金標記（簡稱金標）試紙是一種常見的檢測用試紙，它可以定性檢測鹽酸克倫特 羅、萊克多巴胺等多種生物化學量。當樣本中待分析物的含量高于檢測限時，試紙不顯色， 當樣本中待分析物的含量低于檢測限時，不同濃度的樣本將會在試紙上呈現出深淺不一的 顏色。由于試紙檢測是定性檢測，在樣本數量多和檢測精度要求高的情況下不能滿足檢測 要求，因此研制一種能夠定量檢測樣本濃度的生化檢測儀器非常必要。
[0003] 中國發明專利申請（申請號：201110115964. 7申請日：2011-05-06)公開了一種 采用CCD數字圖像技術對被檢測目標進行即時拍攝、處理和讀數的一種CCD型膠體金免疫 層析診斷試紙定量分析系統及分析方法，由圖像采集器、數據處理器、結果輸出器組成；數 據處理器中的主機板信號交換端分別與圖像處理與讀數軟件及圖像采集器中的工業相機 進行雙向數據交換。該專利的檢測方法如下：光由LED照明室發出，照射在反應后的試紙 條上，經試紙條表面漫反射后，光由光學平面鏡反射至工業相機，工業相機拍攝生成數字圖 像，然后傳送至電腦軟件進行分析處理，最終得到膠體金免疫層析診斷試紙上的測試線和 質控線的讀數數值。
[0004] 市面上常見的生化檢測儀器大多數體積較大，不易便攜，適合于在實驗室進行精 密測量。并且多數不能夠獨立處理數據，需要借助計算機等輔助工具進行測量。當需要在 現場進行大量樣本的快速檢測，或者沒有輔助工具需要獨立檢測的情況下，這些大型儀器 就不適用了。
【發明內容】
[0005] 為了解決上述的技術問題，本實用新型的目的是提供一種膠體金便攜式CCD讀數 儀的數據采集和處理系統，該讀數儀具有體積小、重量輕、便于攜帶的特點，能夠獨立處理 數據，達到定量檢測的功能。
[0006] 為了實現上述的目的，本實用新型采用了以下的技術方案：
[0007] -種膠體金便攜式C⑶讀數儀的數據采集和處理系統，該系統包括電源模塊、視 頻圖像處理模塊、單片機、FPGA單元、圖像存儲器和DSP視頻采集器，所述的視頻圖像處理 模塊連接圖像采集裝置，視頻圖像處理模塊連接FPGA單元，FPGA單元連接DSP視頻采集器， DSP視頻采集器連接圖像存儲器；所述的視頻圖像處理模塊、FPGA單元、按鍵模塊和顯示單 元均與單片機相連接。
[0008] 作為進一步改進，所述的視頻圖像處理模塊采用SAA7114視頻轉換芯片，單片機 采用ATMEGA64單片機，圖像存儲器采用兩片44引腳IS51LV25616芯片，FPGA單元為一片 存儲FPGA的程序的EEPROM。
[0009] 作為進一步改進，所述的SAA7114視頻轉換芯片將標準的視頻信號轉換成24位數 字信號，分為亮度信號Y、色差信號U和V輸出；提取包含數字圖像中像素的位置信息的行 同步信號、場同步信號，以供FPGA單元生成圖像存儲地址。
[0010] 作為進一步改進，所述的SAA7114視頻轉換芯片內部有25個8位寄存器，通過IIC 總線接口可編程選擇其工作模式，當SAA7114視頻轉換芯片的IIC SA引腳接地時，IIC讀地 址為49H，寫地址為48H ;采用ATMEGA64單片機模擬IIC總線協議對SAA7114視頻轉換芯片 的25個寄存器編程；ATMEGA64單片機2的P3. 4引腳、P3. 5引腳分別與SAA7114的SCL、SDA 相連，模擬IIC總線對于SAA7114視頻轉換芯片的數字部分供電電壓為3. 3V和ATMEGA64 單片機2為5V，電平兼容。
[0011] 作為進一步改進，所述的DSP視頻采集器，通過GPI04使FPGA單元采集一幀視頻 數據，FPGA單元完成后通過INT4送中斷信號給DSP視頻采集器，DSP視頻采集器再讀取 SRAM中的數據，處理后把結果送給單片機。
[0012] 本實用新型由于采用上述的技術方案，首先插入標準色卡建立標準曲線，存儲在 儀器CPU主板中的單片機處理器中。標準色卡由淺到深的標準的8段灰色組成，8段標準值 的圖像采集后，由單片機處理生成內部標準的色彩曲線，校正采集的圖像數據，使測試值更 精確。當再次測量時，輸入一幅采集到的試紙圖片就能夠自動計算出灰度特征值，并且根據 預先設定的函數關系得到相應的待檢測的樣本濃度。進行試紙檢測時，把檢測卡插入樣品 槽，采用C⑶攝像頭采集試紙圖像，由圖像處理模塊進行圖像分析處理，處理后的數據傳入 單片機中，與標準曲線進行比對，得出所測濃度，然后由顯示屏輸出。儀器本身集成圖像采 集處理和輸出，脫離計算機。儀器的人機界面有按鍵操作，可進行相關設置并通過顯示屏讀 取最終數據。儀器本身構造輕便，適合隨身攜帶，且檢測數據比較準確，克服了大型檢測儀 器笨重不方便移動的問題。儀器的構成模塊所需器件比較常見，價格比較低，使儀器的整體 價格比較低，符合市場需求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 圖1、圖2為本實用新型的結構示意圖。
[0014] 圖3為上罩的結構示意圖。
[0015] 圖4為圖像采集裝置的結構示意圖。
[0016] 圖5為數據采集和處理系統的結構框圖。
[0017] 圖6~圖7為單片機的電路結構圖。
[0018] 圖8為電源的電路結構圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】做一個詳細的說明。
[0020] 如圖1、圖2所示的一種膠體金便攜式(XD讀數儀，該讀數儀包括上罩1、下罩2、 前上罩3、圖像采集裝置4、顯示單元6、數據采集和處理系統5和電源模塊8 ;所述的上罩1 和下罩2通過螺釘相固定。如圖3所示，上罩1的左側上方設置有凹口 11，凹口 11內設置 所述的圖像采集裝置4,凹口 11上方設置所述的前上罩3封閉，并在上罩1上設置有供樣 品10進入圖像采集裝置4的插入口 12 ;上罩1的右側上方設置斜面13,在斜面13上設置 有薄膜開關組件7,并在薄膜開關組件7的上設置有透明窗口，所述的顯示單元6設置在透 明窗口下方，安裝口下方的下罩2上固定設置所述的數據采集和處理系統5,數據采集和處 理系統5分別連接所述的圖像采集裝置4、薄膜開關組件7、顯示單元6和電源模塊8。
[0021] 如圖4所示，所述的圖像采集裝置4包括卡片座41、上卡片座43、壓片44、C⑶座 42、（XD攝像頭45和發光光源46 ;所述的卡片座41的前端設置有開口的凹槽412,上卡片 座43設置在凹槽412的上方形成樣品槽48,樣品槽48與所述的插入口 12相對接，樣品槽 48的上方敞口，樣品槽48的后端設置所述的壓片44 ;壓片44為彈性金屬片，前端設置有向 下的壓口，后端通過螺釘固定設置在C⑶座42上。所述的卡片座41的后端設置有固定槽 411，所述的C⑶座42為"Z"字形，C⑶座42的下端固定設置在固定槽411內，上端設置有 (XD安裝口 421，所述的(XD攝像頭45安裝設置在(XD安裝口 421內，（XD攝像頭45的鏡 頭正對樣品槽48 ;所述的(XD安裝口 421的外側下方設置有連接柱47,所述的發光光源46 固定設置在連接柱47上，發光光源46中部設置有供光線或鏡頭穿過的中孔。
[0022] 如圖5所示，所述的數據采集和處理系統5包括電源模塊、視頻圖像處理模塊、單 片機、FPGA單元、圖像存儲器和DSP視頻采集器；所述的視頻圖像處理模塊采用SAA7114視 頻轉換芯片，單片機采用ATMEGA64單片機。所述的(XD攝像頭45連接SAA7114視頻轉換 芯片，SAA7114視頻轉換芯片連接FPGA單元，FPGA單元連接DSP視頻采集器，DSP視頻采 集器連接圖像存儲器；所述的視頻圖像處理模塊、FPGA單元、薄膜開關組件7和顯示單元6 均與單片機相連接。所述的SAA7114視頻轉換芯片將標準的視頻信號轉換成24位數字信 號，分為亮度信號Y、色差信號U和V輸出；提取包含數字圖像中像素的位置信息的行同步 信號、場同步信號，以供FPGA單元生成圖像存儲地址。SAA7114視頻轉換芯片內部有25個 8位寄存器，通過IIC總線接口可編程選擇其工作模式，當SAA7114視頻轉換芯片的IIC SA 引腳接地時，IIC讀地址為49H，寫地址為48H ;采用ATMEGA64單片機模擬IIC總線協議對 SAA7114視頻轉換芯片的25個寄存器編程；ATMEGA64單片機2的P3. 4引腳、P3. 5引腳分 別與SAA7114的SCL、SDA相連，模擬IIC總線對于SAA7114視頻轉換芯片的數字部分供電 電壓為3. 3V和ATMEGA64單片機2為5V，電平兼容。為此在SCL和SDL傳輸線上無需添加 雙向電平轉換芯片，IIC總線仍能可靠的傳輸。
[0023] 圖像存儲器選用兩片44引腳IS51LV25616 (1M SRAM)，以存儲采集來的一幀圖像。 由于系統中米用基于SRAM查找表結構的FPGA芯片，它的程序掉電易失，每次開機后都需要 加載FPGA程序。所以系統需要一片EEPR0M用來存儲FPGA的程序。
[0024] SAA7114視頻轉換芯片行鎖時鐘信號為27MHZ，DSP的數據晶振時鐘為10MHZ。因 此如果要用DSP來直接接收轉換后的圖像信號是不可行的，需要有專門的模塊控制圖像的 采集和存儲。在圖像采集階段，模塊要把SRAM的數據線交給SAA7114并根據SAA7114輸出 的時鐘同步信號生成SRAM的寫信號和對應象素在SRAM中的存儲地址，而當采集完成后又 要把SRAM的數據線、地址線和讀寫控制線交由DSP控制。DSP視頻采集器通過GPI04使能 FPGA采集一幀視頻數據，FPGA完成后通過INT4送中斷信號給DSP，DSP再讀取SRAM中的 數據，處理后把結果送給單片機。單片機通過對數據的分析，對比標準曲線，得出最終數據。 然后單片機通過顯示單元6輸出處理結果，按鍵模塊作為人機界面操作。
[0025] 為了驗證設計系統的可行性和實用性，本次設計采用10種不同濃度的萊克多巴 胺標準品溶液作為檢測樣本。
[0026] 在室溫下，每條金標試紙的檢測孔中分別滴加3滴0ng/ml、0. 5ng/ml、l. Ong/ml、 1. 5ng/ml、2. 0ng/ml、2. 5ng/ml、3. 0ng/ml、3. 5ng/ml、4. 0ng/ml、4. 5ng/ml 標準品，在室溫下 反應5min后，將檢測卡插入樣品10暗盒中，用儀器讀取測量結果，測量結果與標準值比較 如下表所示：
【權利要求】
1. 一種膠體金便攜式CCD讀數儀的數據采集和處理系統，其特征在于：該系統包括電 源模塊、視頻圖像處理模塊、單片機、FPGA單元、圖像存儲器和DSP視頻采集器；所述的視頻 圖像處理模塊連接圖像采集裝置（4 )，視頻圖像處理模塊連接FPGA單元，FPGA單元連接DSP 視頻采集器，DSP視頻采集器連接圖像存儲器；所述的視頻圖像處理模塊、FPGA單元、按鍵 模塊（7)和顯示單元（6)均與單片機相連接。
2. 根據權利要求1所述的一種膠體金便攜式CCD讀數儀的數據采集和處理系統，其特 征在于：視頻圖像處理模塊采用SAA7114視頻轉換芯片，單片機采用ATMEGA64單片機，圖像 存儲器采用兩片44引腳IS51LV25616芯片，FPGA單元為一片存儲FPGA的程序的EEPROM。
3. 根據權利要求1所述的一種膠體金便攜式CCD讀數儀的數據采集和處理系統，其特 征在于：SAA7114視頻轉換芯片將標準的視頻信號轉換成24位數字信號，分為亮度信號Y、 色差信號U和V輸出；提取包含數字圖像中像素的位置信息的行同步信號、場同步信號，以 供FPGA單元生成圖像存儲地址。
4. 根據權利要求1所述的一種膠體金便攜式CCD讀數儀的數據采集和處理系統，其 特征在于：SAA7114視頻轉換芯片內部有25個8位寄存器，通過IIC總線接口可編程選擇 其工作模式，當SAA7114視頻轉換芯片的IIC SA引腳接地時，IIC讀地址為49H，寫地址為 48H ;采用ATMEGA64單片機模擬IIC總線協議對SAA7114視頻轉換芯片的25個寄存器編 程；ATMEGA64單片機2的P3. 4引腳、P3. 5引腳分別與SAA7114的SCL、SDA相連，模擬IIC 總線對于SAA7114視頻轉換芯片的數字部分供電電壓為3. 3V和ATMEGA64單片機2為5V， 電平兼容。
5. 根據權利要求1所述的一種膠體金便攜式CCD讀數儀的數據采集和處理系統，其特 征在于：DSP視頻采集器，通過GPI04使FPGA單元采集一幀視頻數據，FPGA單元完成后通過 INT4送中斷信號給DSP視頻采集器，DSP視頻采集器再讀取SRAM中的數據，處理后把結果 送給單片機。
【文檔編號】G01N21/27GK204258929SQ201420649568
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月3日 優先權日:2014年11月3日
【發明者】畢建偉, 張明洲, 駱志成, 方美明, 王振江, 樊偉東, 劉衛, 晏艷 申請人:中國計量學院