快速组织处理工作站试剂管理系统设计

摘要

病理组织处理机作为处理细胞的医疗器械，其处理速度和效果对各大医院和相关实验室的病理诊断有关键性意义。我们研制的快速组织处理系统能够在同一个处理缸内通过在不同的时间使用不同的试剂，从而实现病理组织的固定、透明、脱水、浸蜡等全部处理过程，并可自动完成处理缸的清洗。试剂管理是实现上述系统自动化处理的关键，也关乎组织处理的质量，因此试剂管理子系统构成了整个快速组织处理系统的核心模块之一。由于处理试剂中包含有熔融的石蜡，为保障旋转开关正常工作，需要对旋转开关进行加热和温度控制；为此，我们设计了一个磁芯的旋转开关，并利用单片机、减速步进电机、处理缸液位采集电路和光电开关实现了对旋转开关的闭环控制，从而实现对试剂的精确管理。系统以STM32F103为核心控制芯片，在uC/OS平台上进行系统搭建及测试，实现了快速病理组织处理系统中试剂的自动管理、处理缸的清洗以及必要的恒温控制。上位机与各控制模块（从机）之间采用RS485总线通信，并采用“手拉手”的方式将多个从机挂接在485总线上构成完整的控制系统。
　　本研究主要内容包括：⑴介绍了本课题的意义和目的，并且具体分析了国内外病理组织处理系统的发展现状，作为新一代研究者应该吸取的教训和采纳的优点。对病理组织处理系统的工作流程做出了介绍。⑵以STM32F103为核心控制芯片，通过算法及搭建外围电路，实现对试剂管理系统各外设的自动控制。详细介绍外围电路，简单介绍CPU的选型及优点、温度传感器PT100的电气特性、RS485通信[2][3]接口的连接方式、步进电机的驱动等。⑶介绍了试剂管理系统的软件整体架构编写、算法实现以及操作系统和通信协议的移植等。具体介绍了信号处理中，为滤除电压毛刺而选用的中值滤波算法。详细介绍了嵌入式实时操作系统μC/OS-II和FreeModbus通信协议，并分别介绍了二者的移植过程。同时列举了步进电机驱动和继电器工作的代码。⑷介绍了温度采集信号，步进电机以及继电器控制的加热棒在病理组织系统中的实时应用，上位机与下位机的寻址与具体响应流程。⑸电路原理图绘制，PCB生成，元器件选购与焊接， PCB板调试。实现了实时嵌入式操作系统μC/OS-II的移植和相关软件算法的编写工作。在测试中，首先编写的软件代码，完成底层驱动；其次进行移植μC/OS-II操作系统；最后与硬件相结合进行多次调试。

目录

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2国内外研究现状

1.3本课题主要完成的工作内容与总结

1.4本章小结

第二章 系统组成

2.1系统框图

2.2基于Cortex-M3内核的微处理器 STM32

2.3温度传感器的选择

2.4 RS485总线的选择

2.5上位机调试平台

2.6本章小结

第三章 快速组织处理工作站试剂管理系统硬件设计

3.1步进电机驱动部分设计

3.2继电器部分设计

3.3温度采集部分设计

3.4光电信号定位部分设计

3.5 液位信号采集控制电路

3.6本章小结

第四章 软件编程及算法实现

4.1实时操作系统μC/OS-II及其在STM32上的系统移植

4.2 FreeModbus通信协议与移植

4.3电机底层驱动

4.4 继电器控制

4.5 温度采集算法及其实现

4.6本章小结

第五章 工作站试剂管理系统在病理组织中的应用

5.1病理处理机的系统结构

5.2工作站试剂管理系统的工作流程

5.3本章小结

第六章 系统软硬件调试

6.1硬件搭建

6.2软件平台搭建测试

6.3测试结果

第七章 总结与展望

7.1项目总结

7.2工作站试剂管理系统存在的不足及展望

参考文献

硕士期间科研成果

致谢