基于智能手机的便携式生化光谱分析装置研制

摘要

随着当今社会技术的进步和智能手机的日益普及，全球将有超过20亿人拥有智能手机，预计到2020年将进一步增长，覆盖全球约80％的人口。智能手机除传统的通信功能以外，由于具有多种传感器，特别是光电传感，加速度传感，GPS等，使其功能极大丰富。科学实验中化学发光，萤光等发光现象普遍存在，比如说会产生化学发光现象的高锰酸钾和吗啡的氧化还原反应。可见光经过色散后的光谱可分为红橙黄绿青蓝紫七色，也就是说这七色混合成可见光，可见光同时又属于电磁波一种，其波长范围在从380nm到760nm。一般来说鉴别物质及确定它的化学组成和相对含量比较复杂，但可以根据物质的发光的光谱进行鉴别物质，这种技术称为光谱分析技术，利用这种光谱分析技术，可以对不同的被测物质进行定量测量。因为手机的便携性，利用发光现象与智能手机结合，已成为分析检测研究很热的方向。本课题把可见光的光谱分析技术和智能手机结合，基于智能手机摄像头的拍照功能，可以获取拍摄对象的光谱的波长，直接利用手机APP来用于发光动力学分析。基于智能手机的便携式生化传感装置，既包括有手机的便利性，快捷性，又能满足测试分析的功能性，在全球老龄化下，这种方便快捷特色突出的检测方法有很大的应用前景，可以应用在医疗检测，重金属检测等方面。 基于智能手机的便携式生化光谱分析装置主要分为三部分，第一部分是激发光源的电路部分，电路主要是激发光的驱动电路。第二部分是辅助检测装置，辅助检测装置的主要功能是辅助手机用于采集具有光亮强度的图像或者视频，反应试剂的避光存放以及电路通过光纤提供激发光装置。第三部分是基于智能手机和光谱分析的图像检测APP和基于智能手机和光谱分析的视频检测APP,检测APP是基于谷歌公司的Android系统开发的，功能是进行数据分析和检测。 一、激发光的驱动电路 激发光驱动电路分为四部分。第一部分单片机，单片机采用STC15W408AS，STC15W408AS完全可以满足电路所需要的功能需求，而且芯片成熟稳定。第二部分是D/A变换器，D/A变换器选用美国德州仪器生产的DAC8552，DAC8552是一款16位双通道电压输出数模转换器，该器件在正常工作时的低功耗特性使其非常适用于便携式供电设备和其他低功耗应用。第三部分是LED驱动芯片，驱动选用MAX1916，MAX1916是MaximIntegrated（美国美信半导体）生产的稳定，低压差，转化效率高的驱动芯片。第四部分是蓝牙模块，蓝牙选用HC-05模块。 二、辅助检测装置 检测装置主要分为三大部分，遮光盒，电路板盒，手机固定装置。遮光盒用来存放试剂，整个遮光盒是氧化铝合金材质，遮光性能好。电路板通过光纤给遮光盒提供激发光源，手机利用自带摄像头获取发光强度动态视频。 三、基于智能手机和光谱分析的检测APP 基于智能手机的便携式生化光谱分析装置里的检测APP使用Android集成开发工具Android Studio进行开发,Android Studio是谷歌公司开发并推出的，由于Android Studio提供了集成的Android开发工具用于开发和调试，所以使用起来很方便快捷。 基于智能手机的便携式生化光谱分析装置的检测APP分为两个，第一个是基于智能手机的便携式生化光谱分析装置的图像检测APP，第二个是基于智能手机的便携式生化光谱分析装置的视频检测APP。第一个基于智能手机的便携式生化光谱分析装置的图像检测APP是利用辅助装置获得发光图像并分析其波长，获得波长跟反应浓度的数据关系，然后利用此关系取得未知浓度。第二个基于智能手机的便携式生化光谱分析装置的视频检测APP利用辅助装置获得发光视频并直接绘制此发光现象发光亮度的动力学曲线并且显示在APP界面上。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究的现状和进展状况

1.2.1 基于智能手机的检测设备前期发展

1.2.2 基于智能手机的生化传感器发展

1.3 研究内容与目的

1.4 本文的主要工作及章节安排

第二章 激发光的驱动电路以及系统检测装置设计与实现

2.1 检测系统硬件整体设计方案

2.2 激发光的驱动电路设计与实现

2.2.1 驱动电路的功能概括说明

2.2.2驱动电路的整体框架

2.2.3驱动电路的器件选型和具体设计

2.2.4 驱动电路的软件编写

2.3系统检测装置设计与实现

2.3.1 系统检测装置的功能概括说明

2.3.2 系统检测装置的绘图设计

2.4 本章小结

第三章 基于Android的手机检测APP的编写

3.1 Android的开发环境及理论介绍

3.1.1 Android系统架构

3.1.2 搭建Android开发环境

3.1.3 Android基础理论

3.2 基于智能手机和光谱分析的图像检测APP

3.2.1 理论原理

3.2.2 APP界面设计

3.2.3 APP各模块编写

3.3 基于智能手机和光谱分析的视频检测APP

3.3.1 APP界面设计

3.3.2 APP各模块编写

3.4 本章小结

第四章 系统性能测试分析

4.1 激发光的驱动电路功能测试

4.2 系统检测装置的测试

4.3 APP基本功能测试

4.4 本章小结

第五章 总结

5.1工作总结

5.2工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的成果

致谢