由結(jié)構(gòu)設(shè)計開始的肺癌呼吸檢測儀的設(shè)計.pdf

1、目前，肺癌作為一種高危性惡性腫瘤，其死亡率已居于各類腫瘤之首。肺癌早期檢測可以在很大程度上提高患者的生存率，但目前臨床上仍然缺少快速和低成本的肺癌早期檢測儀器。人體的呼吸氣體中含有一部分與自身是否患有肺癌存在緊密聯(lián)系的物質(zhì)，可將其當(dāng)作檢測肺癌的標(biāo)志物。這種基于傳感技術(shù)的呼吸氣體檢測方法，由于其具有響應(yīng)迅速、高敏感性、價格便宜等優(yōu)點，有希望實現(xiàn)肺癌的早期檢測，進而提高肺癌患者的生存率。
　　傳統(tǒng)儀器在無參考機情況下的開發(fā)步驟為：基礎(chǔ)

2、性研究、制作原理樣機、設(shè)計生產(chǎn)機。原理樣機設(shè)計一般采用自頂向下的方法，主要專注于電氣、機械部分的功能設(shè)計，即電氣機械方案、模塊劃分、參數(shù)計算、器件選型等。對有的開發(fā)過程來說，如果原型機結(jié)構(gòu)簡單明確或已具有初步參考原型機或是儀器本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計會影響到儀器的精度，那么就需要將結(jié)構(gòu)設(shè)計納入到儀器設(shè)計之初來進行整體考慮。針對本文設(shè)計的肺癌呼吸檢測儀，結(jié)構(gòu)設(shè)計會影響檢測精度、功能實現(xiàn)、開發(fā)效率以及市場前景，所以本文在設(shè)計初期將結(jié)構(gòu)設(shè)計考慮在內(nèi)，采

3、用自頂向下的設(shè)計方法，首先對儀器的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，能夠大大地縮短整個儀器的開發(fā)周期，最終將儀器功能完美呈現(xiàn)。另外拋開肺癌呼吸檢測儀本身來說，這種設(shè)計方法能夠為其它儀器的開發(fā)提供一些參考，這對促進現(xiàn)代儀器的快速發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實意義。
　　針對相關(guān)的設(shè)計要求，本文的主要工作包括以下幾個方面：
　　一、根據(jù)功能需求，設(shè)計了肺癌呼吸檢測儀的外形結(jié)構(gòu)。提出了由結(jié)構(gòu)設(shè)計開始的儀器開發(fā)的優(yōu)點，梳理了儀器的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計流程，并將外觀造型

4、設(shè)計方法中的人機工程學(xué)、造型學(xué)、色彩學(xué)、材料學(xué)等不同學(xué)科運用到肺癌呼吸檢測儀的外型造型設(shè)計中，完成了肺癌呼吸檢測儀外形結(jié)構(gòu)的建模及加工。
　　二、分析了肺癌呼吸氣體檢測的過程，總結(jié)出檢測儀在設(shè)計過程中需滿足的要求以及課題組前期研究出的肺癌檢測系統(tǒng)存在的不足，對氣路結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計，以呼出氣體檢測模塊為中心，簡化了氣路設(shè)計。并針對現(xiàn)有肺癌檢測系統(tǒng)中反應(yīng)氣室密閉性較差以及取放卟啉傳感器芯片不方便等問題，對反應(yīng)氣室進行了優(yōu)化設(shè)計；針對

5、現(xiàn)有肺癌檢測系統(tǒng)中不能對攝像頭進行微調(diào)等問題，設(shè)計了一種可以對攝像頭多個方向進行調(diào)節(jié)的裝置，提高了儀器檢測的準(zhǔn)確性；針對現(xiàn)有肺癌檢測系統(tǒng)中不能解決微型氣泵振動等問題，設(shè)計了一種微型氣泵減振器，提高了檢測結(jié)果的穩(wěn)定性。
　　三、根據(jù)檢測儀的整體結(jié)構(gòu)及其功能需求，采用了上下位機式結(jié)構(gòu)的硬件電路設(shè)計。上位機以Tiny6410為主控平臺，進行圖像采集、圖像處理、特征信息提取、目標(biāo)模板匹配識別、結(jié)果分析以及控制整個下位機硬件系統(tǒng)的相應(yīng)動作。

6、下位機硬件控制系統(tǒng)以PIC16F877A單片機為控制核心，針對下位機控制系統(tǒng)中不同的動作和功能要求，設(shè)計了包括預(yù)檢測溫度控制模塊、溫濕度監(jiān)測模塊、電源模塊、微型氣泵調(diào)速及電磁閥調(diào)節(jié)氣流方向模塊、氣體檢測模塊以及通信模塊等在內(nèi)的一整套下位機硬件控制系統(tǒng)。根據(jù)各個硬件模塊的具體功能要求和檢測流程，在 MPLAB軟件環(huán)境中完成了整個下位機控制系統(tǒng)的程序編寫。包括預(yù)檢測溫度控制程序，微型氣泵調(diào)速程序，溫濕度監(jiān)測模塊程序等。
　　四、對儀器