CN104836942B - 胶体金便携式ccd读数仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种胶体金读数仪，特别涉及一种胶体金便携式CCD读数仪。该读数仪包括上罩、下罩、前上罩、图像采集装置、显示单元、处理系统和电源模块；上罩和下罩通过螺钉相固定，上罩的左侧上方设置有凹口，凹口内设置图像采集装置，凹口上方设置前上罩封闭，并在上罩上设置有供样品进入图像采集装置的插入口；上罩的右侧上方设置斜面，在斜面上设置有按键模块，并在按键模块的上设置有透明窗口，显示单元设置在透明窗口下方，安装口下方的下罩上固定设置处理系统，处理系统分别连接图像采集装置、按键模块、显示单元和电源模块。本发明该读数仪具有体积小、重量轻、便于携带的特点，能够独立处理数据，达到定量检测的功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种胶体金读数仪，特别涉及一种胶体金便携式CCD读数仪。
背景技术
试纸检测方法是医学、药品、食品和环境领域检测生物化学量的一种常用的检测方法。胶体金标记(简称金标)试纸是一种常见的检测用试纸，它可以定性检测盐酸克伦特罗、莱克多巴胺等多种生物化学量。当样本中待分析物的含量高于检测限时，试纸不显色，当样本中待分析物的含量低于检测限时，不同浓度的样本将会在试纸上呈现出深浅不一的颜色。由于试纸检测是定性检测，在样本数量多和检测精度要求高的情况下不能满足检测要求，因此研制一种能够定量检测样本浓度的生化检测仪器非常必要。
中国发明专利申请（申请号：201110115964.7 申请日：2011-05-06）公开了一种采用CCD数字图像技术对被检测目标进行即时拍摄、处理和读数的一种CCD型胶体金免疫层析诊断试纸定量分析系统及分析方法,由图像采集器、数据处理器、结果输出器组成；数据处理器中的主机板信号交换端分别与图像处理与读数软件及图像采集器中的工业相机进行双向数据交换。该专利的检测方法如下：光由LED 照明室发出，照射在反应后的试纸条上，经试纸条表面漫反射后，光由光学平面镜反射至工业相机，工业相机拍摄生成数字图像，然后传送至电脑软件进行分析处理，最终得到胶体金免疫层析诊断试纸上的测试线和质控线的读数数值。
市面上常见的生化检测仪器大多数体积较大，不易便携，适合于在实验室进行精密测量。并且多数不能够独立处理数据，需要借助计算机等辅助工具进行测量。当需要在现场进行大量样本的快速检测，或者没有辅助工具需要独立检测的情况下，这些大型仪器就不适用了。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种胶体金便携式CCD读数仪，该读数仪具有体积小、重量轻、便于携带的特点，能够独立处理数据，达到定量检测的功能。
为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：
胶体金便携式CCD读数仪，该读数仪包括上罩、下罩、前上罩、图像采集装置、显示单元、处理系统和电源模块；所述的上罩和下罩通过螺钉相固定，上罩的左侧上方设置有凹口，凹口内设置所述的图像采集装置，凹口上方设置所述的前上罩封闭，并在上罩上设置有供样品进入图像采集装置的插入口；上罩的右侧上方设置斜面，在斜面上设置有按键模块，并在按键模块的上设置有透明窗口，所述的显示单元设置在透明窗口下方，安装口下方的下罩上固定设置所述的处理系统，处理系统分别连接所述的图像采集装置、按键模块、显示单元和电源模块；所述的图像采集装置包括卡片座、上卡片座、压片、CCD座、CCD摄像头和发光光源；所述的卡片座的前端设置有开口的凹槽，上卡片座设置在凹槽的上方形成样品槽，样品槽与所述的插入口相对接，样品槽的上方敞口，样品槽的后端设置所述的压片；所述的卡片座的后端设置有固定槽，所述的CCD座为“Z”字形，CCD座的下端固定设置在固定槽内，上端设置有CCD安装口，所述的CCD摄像头安装设置在CCD安装口内，CCD摄像头的镜头正对样品槽；所述的CCD安装口的外侧下方设置有连接柱，所述的发光光源固定设置在连接柱上，发光光源中部设置有供光线或镜头穿过的中孔；所述的处理系统包括电源模块、视频图像处理模块、单片机、FPGA单元、图像存储器和DSP视频采集器；所述的图像采集装置连接视频图像处理模块，视频图像处理模块连接FPGA单元，FPGA单元连接DSP视频采集器，DSP视频采集器连接图像存储器；所述的视频图像处理模块、FPGA单元、按键模块和显示单元均与单片机相连接；所述的视频图像处理模块采用SAA7114视频转换芯片，单片机采用ATMEGA64单片机，图像存储器采用两片44引脚IS51LV25616芯片，FPGA单元为一片存储FPGA的程序的EEPROM。
作为进一步改进，所述的压片为弹性金属片，前端设置有向下的压口，后端通过螺钉固定设置在CCD座上。
作为进一步改进，所述的按键模块采用薄膜开关组件。
作为进一步改进，所述的SAA7114视频转换芯片将标准的视频信号转换成24位数字信号，分为亮度信号Y、色差信号U和V输出；提取包含数字图像中像素的位置信息的行同步信号、场同步信号，以供FPGA单元生成图像存储地址。
作为进一步改进，所述的SAA7114视频转换芯片内部有25个8位寄存器，通过IIC总线接口可编程选择其工作模式，当SAA7114视频转换芯片的IIC SA引脚接地时，IIC读地址为49H，写地址为48H；采用ATMEGA64单片机模拟IIC总线协议对SAA7114视频转换芯片的25个寄存器编程；ATMEGA64单片机2的P3.4引脚、P3.5引脚分别与SAA7114的SCL、SDA相连，模拟IIC总线对于SAA7114视频转换芯片的数字部分供电电压为3.3V和ATMEGA64单片机2为5V，电平兼容。
作为进一步改进，所述的DSP视频采集器，通过GPIO4使FPGA单元采集一帧视频数据，FPGA单元完成后通过INT4送中断信号给DSP视频采集器,DSP视频采集器再读取SRAM中的数据，处理后把结果送给单片机。
本发明由于采用上述的技术方案，首先插入标准色卡建立标准曲线，存储在仪器CPU主板中的单片机处理器中。标准色卡由浅到深的标准的8段灰色组成，8段标准值的图像采集后，由单片机处理生成内部标准的色彩曲线，校正采集的图像数据，使测试值更精确。当再次测量时，输入一幅采集到的试纸图片就能够自动计算出灰度特征值，并且根据预先设定的函数关系得到相应的待检测的样本浓度。进行试纸检测时，把检测卡插入样品槽，采用CCD摄像头采集试纸图像，由图像处理模块进行图像分析处理，处理后的数据传入单片机中，与标准曲线进行比对，得出所测浓度，然后由显示屏输出。仪器本身集成图像采集处理和输出，脱离计算机。仪器的人机界面有按键操作，可进行相关设置并通过显示屏读取最终数据。仪器本身构造轻便，适合随身携带，且检测数据比较准确，克服了大型检测仪器笨重不方便移动的问题。仪器的构成模块所需器件比较常见，价格比较低，使仪器的整体价格比较低，符合市场需求。
附图说明
图1、图2为本发明的结构示意图。
图3为上罩的结构示意图。
图4为图像采集装置的结构示意图。
图5为处理系统的结构框图。
图6~图7为单片机的电路结构图。
图8为电源的电路结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。
如图1、图2所示的胶体金便携式CCD读数仪，该读数仪包括上罩1、下罩2、前上罩3、图像采集装置4、显示单元6、处理系统5和电源模块8；所述的上罩1和下罩2通过螺钉相固定。如图3所示，上罩1的左侧上方设置有凹口11，凹口11内设置所述的图像采集装置4，凹口11上方设置所述的前上罩3封闭，并在上罩1上设置有供样品10进入图像采集装置4的插入口12；上罩1的右侧上方设置斜面13，在斜面13上设置有薄膜开关组件7，并在薄膜开关组件7的上设置有透明窗口，所述的显示单元6设置在透明窗口下方，安装口下方的下罩2上固定设置所述的处理系统5，处理系统5分别连接所述的图像采集装置4、薄膜开关组件7、显示单元6和电源模块8。
如图4所示，所述的图像采集装置4包括卡片座41、上卡片座43、压片44、CCD座42、CCD摄像头45和发光光源46；所述的卡片座41的前端设置有开口的凹槽412，上卡片座43设置在凹槽412的上方形成样品槽48，样品槽48与所述的插入口12相对接，样品槽48的上方敞口，样品槽48的后端设置所述的压片44；压片44为弹性金属片，前端设置有向下的压口，后端通过螺钉固定设置在CCD座42上。所述的卡片座41的后端设置有固定槽411，所述的CCD座42为“Z”字形，CCD座42的下端固定设置在固定槽411内，上端设置有CCD安装口421，所述的CCD摄像头45安装设置在CCD安装口421内，CCD摄像头45的镜头正对样品槽48；所述的CCD安装口421的外侧下方设置有连接柱47，所述的发光光源46固定设置在连接柱47上，发光光源46中部设置有供光线或镜头穿过的中孔。
如图5所示，所述的处理系统5包括电源模块、视频图像处理模块、单片机、FPGA单元、图像存储器和DSP视频采集器；所述的视频图像处理模块采用SAA7114视频转换芯片，单片机采用ATMEGA64单片机。所述的CCD摄像头45连接SAA7114视频转换芯片，SAA7114视频转换芯片连接FPGA单元，FPGA单元连接DSP视频采集器，DSP视频采集器连接图像存储器；所述的视频图像处理模块、FPGA单元、薄膜开关组件7和显示单元6均与单片机相连接。所述的SAA7114视频转换芯片将标准的视频信号转换成24位数字信号，分为亮度信号Y、色差信号U和V输出；提取包含数字图像中像素的位置信息的行同步信号、场同步信号，以供FPGA单元生成图像存储地址。SAA7114视频转换芯片内部有25个8位寄存器，通过IIC总线接口可编程选择其工作模式，当SAA7114视频转换芯片的IIC SA引脚接地时，IIC读地址为49H，写地址为48H；采用ATMEGA64单片机模拟IIC总线协议对SAA7114视频转换芯片的25个寄存器编程；ATMEGA64单片机2的P3.4引脚、P3.5引脚分别与SAA7114的SCL、SDA相连，模拟IIC总线对于SAA7114视频转换芯片的数字部分供电电压为3.3V和ATMEGA64单片机2为5V，电平兼容。为此在SCL和SDL传输线上无需添加双向电平转换芯片，IIC总线仍能可靠的传输。
图像存储器选用两片44引脚IS51LV25616 (1M SRAM)，以存储采集来的一帧图像。由于系统中采用基于SRAM查找表结构的FPGA芯片，它的程序掉电易失，每次开机后都需要加载FPGA程序。所以系统需要一片EEPROM用来存储FPGA的程序。
SAA7114视频转换芯片行锁时钟信号为27MHZ,DSP的数据晶振时钟为10MHZ。因此如果要用DSP来直接接收转换后的图像信号是不可行的,需要有专门的模块控制图像的采集和存储。在图像采集阶段，模块要把SRAM的数据线交给SAA7114并根据SAA7114输出的时钟同步信号生成SRAM的写信号和对应象素在SRAM中的存储地址，而当采集完成后又要把SRAM的数据线、地址线和读写控制线交由DSP控制。DSP视频采集器通过GPIO4使能FPGA采集一帧视频数据，FPGA完成后通过INT4送中断信号给DSP,DSP再读取SRAM中的数据，处理后把结果送给单片机。单片机通过对数据的分析，对比标准曲线，得出最终数据。然后单片机通过显示单元6输出处理结果，按键模块作为人机界面操作。
为了验证设计系统的可行性和实用性，本次设计采用10种不同浓度的莱克多巴胺标准品溶液作为检测样本。
在室温下，每条金标试纸的检测孔中分别滴加3滴0ng/ml、0.5ng/ml、1.0ng/ml、1.5ng/ml、2.0ng/ml、2.5ng/ml、3.0ng/ml、3.5ng/ml、4.0ng/ml、4.5ng/ml标准品，在室温下反应5min后，将检测卡插入样品10暗盒中，用仪器读取测量结果， 测量结果与标准值比较如下表所示：
由实验结果可以看出：
实验得到的测量值与标准值的比较基本一致，有少许偏差,实现了预期的定量检测功能。
Claims (5)
1.胶体金便携式CCD读数仪，其特征在于：该读数仪包括上罩（1）、下罩（2）、前上罩（3）、图像采集装置（4）、显示单元（6）、处理系统（5）和电源模块（8）；所述的上罩（1）和下罩（2）通过螺钉相固定，上罩（1）的左侧上方设置有凹口（11），凹口（11）内设置所述的图像采集装置（4），凹口（11）上方设置所述的前上罩（3）封闭，并在上罩（1）上设置有供样品进入图像采集装置（4）的插入口（12）；上罩（1）的右侧上方设置斜面（13），在斜面（13）上设置有按键模块（7），并在按键模块（7）的上方设置有透明窗口，所述的显示单元（6）设置在透明窗口下方，安装口下方的下罩（2）上固定设置所述的处理系统（5），处理系统（5）分别连接所述的图像采集装置（4）、按键模块（7）、显示单元（6）和电源模块（8）；所述的图像采集装置（4）包括卡片座（41）、上卡片座（43）、压片（44）、CCD座（42）、CCD摄像头（45）和发光光源（46）；所述的卡片座（41）的前端设置有开口的凹槽（412），上卡片座（43）设置在凹槽（412）的上方形成样品槽（48），样品槽（48）与所述的插入口（12）相对接，样品槽（48）的上方敞口，样品槽（48）的后端设置所述的压片（44）；所述的卡片座（41）的后端设置有固定槽（411），所述的CCD座（42）为“Z”字形，CCD座（42）的下端固定设置在固定槽（411）内，上端设置有CCD安装口（421），所述的CCD摄像头（45）安装设置在CCD安装口（421）内，CCD摄像头（45）的镜头正对样品槽（48）；所述的CCD安装口（421）的外侧下方设置有连接柱（47），所述的发光光源（46）固定设置在连接柱（47）上，发光光源（46）中部设置有供光线或镜头穿过的中孔；所述的处理系统（5）包括电源模块、视频图像处理模块、单片机、FPGA单元、图像存储器和DSP视频采集器；所述的图像采集装置（4）连接视频图像处理模块，视频图像处理模块连接FPGA单元，FPGA单元连接DSP视频采集器，DSP视频采集器连接图像存储器；所述的视频图像处理模块、FPGA单元、按键模块（7）和显示单元（6）均与单片机相连接；所述的视频图像处理模块采用SAA7114视频转换芯片，单片机采用ATMEGA64单片机，图像存储器采用两片44引脚IS51LV25616芯片，FPGA单元为一片存储FPGA的程序的EEPROM；压片（44）为弹性金属片，前端设置有向下的压口，后端通过螺钉固定设置在CCD座（42）上。
2.根据权利要求1所述的胶体金便携式CCD读数仪，其特征在于：按键模块（7）采用薄膜开关组件。
3.根据权利要求1所述的胶体金便携式CCD读数仪，其特征在于：SAA7114视频转换芯片将标准的视频信号转换成24位数字信号，分为亮度信号Y、色差信号U和V输出；提取包含数字图像中像素的位置信息的行同步信号、场同步信号，以供FPGA单元生成图像存储地址。
4.根据权利要求1所述的胶体金便携式CCD读数仪，其特征在于：SAA7114视频转换芯片内部有25个8位寄存器，通过IIC总线接口可编程选择其工作模式，当SAA7114视频转换芯片的IIC SA引脚接地时，IIC读地址为49H，写地址为48H；采用ATMEGA64单片机模拟IIC总线协议对SAA7114视频转换芯片的25个寄存器编程；ATMEGA64单片机2的P3.4引脚、P3.5引脚分别与SAA7114的SCL、SDA相连，模拟IIC总线对于SAA7114视频转换芯片的数字部分供电电压为3.3V和ATMEGA64单片机2为5V，电平兼容。
5.根据权利要求1所述的胶体金便携式CCD读数仪，其特征在于：DSP视频采集器，通过GPIO4使FPGA单元采集一帧视频数据，FPGA单元完成后通过INT4送中断信号给DSP视频采集器,DSP视频采集器再读取SRAM中的数据，处理后把结果送给单片机。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |