一种便携式尿液分析仪设计

　　尿液分析仪是测定尿中某些化学成分的自动化仪器。尿常规检查不仅可以反映人体的健康状况，更有助于早期发现肾脏及尿路方面的疾病。21 世纪以来，慢性肾脏病已成为危害全世界人民健康的公敌之一但是由于慢性肾脏病早期没有明显症状或症状轻微，多数患者是在健康体检或患感冒及其他疾病住院时才被发现。此时，其肾功能明显减退，需要进行长期血液透析治疗，费用昂贵。因此，经常性的尿液检查对早期发现慢性肾脏病十分重要。为此，一种能够在家庭中应用、操作简单、价格便宜的微型尿液分析仪的设计方案应运而生。

　　1 测量原理

　　当专用的试纸条蘸上被测尿样时，要发生化学变化，其明显的反应就是颜色发生改变。对于每个测试区域来说对应一个测试项目，其化学配方不同，颜色变化也不同;对同一测试区域来说，尿液浓度不同，其颜色变化也不同。由上述可知颜色与浓度是一一对应的。利用这种对应关系，即通过测量颜色来得到尿液中各成分的浓度值。

　　选用TAOS公司推出的可编程彩色光到频率的转换器 TCS230 来采集颜色信号。它把硅光电二极管阵列与电流频率转换器集成在一个单一的 CMOS 电路上，其输出频率与光强度成线性关系。

　　在单一芯片上还集成了红绿蓝 3 种滤光器。当入射光投射到 TCS230 上时，通过引脚 S2、S3 的不同组合，依次选通 RGB3 色滤波器，从而得到 3 种不同频率的方波，其对应 RGB3 基色的光强。通过这 3 个值，就可以分析投射到 TCS230 传感器上光的颜色。另外，用户还可以通过 S0、S1 两个引脚来选择 100%、20%、2%输出比例因子，即对于不同的微处理器，通过对比例因子的选择，使传感器的输出频率能和微处理器相匹配。

　　TCS230 最大的特点是将信号采集、放大、A/D 接口集于一身。TCS230 输出信号为一系列方波信号，故可直接接至微机(如单片机的计数器管脚)。其不再需要像模拟输出那样要有 A/D 接口和专门的信号处理电路，大大精简了检测系统，使产品成本降低的同时，也达到微型化的设计目标。

　　2 硬件组成

　　系统大致可以分为 4 部分：

　　(1)测量部分：包括 White LED 光源和传感器，实现对光信号的采集;

　　(2)MSP430F1121 单片机：主要是完成采集后数据的后续软件处理及系统主体控制;

　　(3)通讯部分：采用 RS-232 与 PC 机或外围设备(如微型打印机)进行通讯;

　　(4)JTAG 接口：用于在线编程及调试。

　　该测量仪器的硬件原理图如图 1 所示。

　　2.1 TCS230

　　TCS230 采用 8 引脚的 SOIC 表面贴装式封装。S0、S1 用于选择输出比例因子或电源判断模式;S2、S3 用于选择滤波器的类型;OE 是频率输出使能引脚;OUT是频率输出引脚，GND 是芯片的接地引脚，Vcc为芯片提供工作电压。TCS230 与 MSP430F1121 的接口电路如图 2 所示。