基于单片机与VC++的生物荧光信号采集系统

　　物体发生病变时，体内物质的代谢和结构会出现变化，引起某些组分的含量、结构及环境发生变化。因此，检测生物组织中特异物质的信息有可能提供组织异常的信息。如果可能找到正常人的组织与患病者的组织的信息差异，将可以为疾病的早期诊断做出贡献。激发光照射在生物组织上，不同的结构会在不同的波长激发出荧光，采集激发的生物荧光信号，根据光谱的波形就可以判断组织的情况。系统首先用光电二极管将荧光信号转换为电信号，把电流信号转为电压信号后进行放大滤波处理，然后经过AD转换传入单片机，再由串口传入PC，最终在统上显示出光谱并存储数据。生物体激发的荧光波长大致在400nm~700nm，因此选择此一段来判断。图1为采集系统的结构。

　　1前端电路设计

　　光电转换部分采用硅光电二极管,硅材料的光谱响应波段为400~1300nm。光电二极管在反向电压的条件下，受到光照射会产生光电流，需要放大为电压信号进行采集。系统采用的转换器为AD645。它是常用的低噪声放大器，也是精密的I-V转换器件[1]。AD645具有低噪声、高开环增益(114dB)、高的输入阻抗等特点。引脚2是电流的反向输入端，3是电阻接地端，7和4分别是正负供电部分，6是输出端。以放大器为核心，外围的电容C2、C3、C4、C5是去耦电容，选择光强范围为0.1-1(坎德拉)。此时PIN光电二极管的输出电流的数量级10-5A。为了将信号放大至0.1-1V的范围，需要Rf选用100K的电阻。

　　图2就是AD645电流电压转换的设计原理图。在电压放大部分选用的是运算放大器LM833。该运算放大器是双通道运算放大器。它采用全新的加工技术，提高了低噪音，高速率，不增加外部元件时的宽带加宽。具有低电压噪声，高增益宽带，低输入失调电压，低失真等优点。双通道的使用也节约了材料，在可以实现功能的情况下，节省了花费。图3就是使用了LM833放大器的设计原理图。在这级放大中，电压的放大倍数理想是 ，理论值为5倍，最后的输出电压值约为 。为了消除电源引入的50Hz频率和其他的低频信号，选择使用了压控低通有源滤波[2]。图4是采用的二阶有源滤波的原理图。放大倍数为2.25，截止频率在8Hz附近。

       2数字电路搭建

　　系统采用8051单片机为核心，采用Atmel的AT80C51芯片，以MAX187为AD芯片，以ULN2003为电机控制芯片，以MAX232为接口芯片。 图5为电路设计图。单片机的P14-P16口与AD转换器MAX187连接。MAX187是由MAXIM公司推出的逐次比较式12位AD转换器，5V供电，接受0-5V模拟输入，高速3线串行输出[3]。单片机的P10-P13口与反相器74LS14连接，再接到ULN2003驱动步进电机。通过写入脉冲信号的频率和脉冲数来控制步进电机的转速和停止的位置，电机的转动旋转单色仪悬臂改变单色仪波长，从而采集不同波长的光信号，得到完整的光谱。单片机的RXD口与TXD口连接到MAX232，再由MAX232连接到RS232(DB9)借口接入到PC。