荧光信号采集系统设计与分析

万方数据
叁圭蕉：篁夔查焦量塞苤墨丝丛盐墨坌堑
系统上Βιβλιοθήκη Baidu后。单片机与ＴＦｒ．ＬＣＤ液晶屏初始化，主要设 置单片机通信协议和显示液晶屏初始化界面，该初始化界面 一帧显示２．５ ｓ．
初始化完成后，单片机处于等待接收触摸屏状态，如果 接收到坐标数据则调用坐标判断子程序．如果收到“自动”或 。单次”按键范围内坐标数据。就执行调用ＭＤ采集子程序， 完成荧光信号数据的采样与读取。
５试验分析
为了测试本系统对牙齿的监测性能．对两种牙齿进行试 验检测，一种为蛀牙牙齿，另一种为无蛀牙齿，做５次实验， 牙髓荧光信号采集结果如图６所示
图６牙髓荧光信号采集结果
从测量结果看，第１次荧光的相对强度很低，仅０．６ ｍＶ， 而第２—５次荧光强度信号的幅值较高．同时看到信号并不是 一条水平线，说明探头照射位置的改变等因素也会带来一定 影响。无蛀牙齿的荧光强度相对有蛀牙齿的要高，变化较明 显，说明牙齿的牙髓活力状况与自身的反射荧光大小有直接 关系。
百Ｕ丽引脚电平拉低表示正在进行转换；经过约８“ｓ后，转
换完成．ＢＵＳＹ引脚电平相应变高；再把彤ｅ引脚电平拉高． 这样，ＣＳ引脚脉冲的下降沿即把转换结果输出到数据总线。
ＡＴ８９Ｃ５ｌ单片机利用４个Ｉ，０端口为ＡＤＳ７８０４器件提 供下作时序，该时序由单片机软件完成。ＡＤＳ７８０４的石、 ＢＵＳＹ、ＢＹＴＥ、Ｒ／Ｃ分别与单片机的Ｐ１．０、ＰＩ．１、Ｐ１．２、Ｐ１．３相 连，将示波器连接Ｐ１．Ｏ、Ｐ１．１、Ｐ１．２、Ｐ１．３引脚检测ＡＤＳ７８０４ 一次采集，单片机提供工作时序，图３为Ａ／Ｄ转换启动时序。
同时，荧光相对强度与检测放大电路有密切相关，检测 放大电路的放大倍数越大，荧光信号的相对强度也越高四。
６结论
基于系统荧光信号的采集与显示电路。采用１２位Ａ／Ｄ转 换器与真彩色、低功耗的Ⅱ；ＴＩ＇．ＬＣＤ相结合．设计基于单片机 的荧光信号采集程序１６１。初步验证了该系统可完成对牙髓荧 光信号的采集与显示。在试验中检测的对象数量较少．程序 的稳定性有待进一步提高。采集系统设计将为后来系统功能 的升级提供帮助。 参考文献： 【１】李翰山，雷志勇，王泽民．基于ＬＣＤ的牙髓荧光信号采集
匪刊耆孝篡羹耄嚣悃 理．利用Ｔ丌．ＬＣＤ终端显示输出。图ｌ为总体设计框图。
激光光源
单片机采集与处理
ＴＦＴ－ＬＣＤ 显示
图ｌ 牙髓活力荧光检测系统总体设计框图
３采集与显示电路设计
某些物质受光照射激发能发射比激发光波长更长的光．
采集系统采用１２ ｂｉｔ ＡＤＳ７８０４转换器．其内部采用逐次
此物质能从外界吸收并储存能量（如光能、化学能等），并进
Ｄ９
ＤＺ
Ｄ８
ＤＺ
Ｄ７
ＤＺ
Ｄ６
ＤＯ
Ｄ５
ＤＪ
Ｄ４
Ｄ２
ＤＧＮＤ
Ｄ３
ＡＤＳ７８０４
ＶＣＣ ＋ｃ６ —１０¨Ｆ ＧＮＤ ＲＸＤ—ＴＦＴ ＴＸＤ ＴＦＴ ＲＸＤ ＴＸＤ
ＣＩｌ ０．１Ｉｊ Ｆ
Ｃｌ ２０ｐＦ
Ｃ２ ２０ｐＦ
图２信号采集接口电路
眦上
Ｒｌ １０ｋｏ
— ＶＣＣ
Ｐ０．０
Ｐ
Ｐ０．１
Ｐ
而１
Ｐ０．３
ＰＰ Ｐ０ ４
器件提供启动转换时序信号。然后等待Ａ／Ｄ转换完成．即等 待ＢＵＳＹ引脚电平变高．完成后，ＡＤＳ７８０４器件的转换结果 是１２位，需２次读取８位单片机，最后处理采样数据． ＡＴ８９Ｃ５１的Ｐｏ口读取采集数据．Ｐｏ．０一Ｐ０．７引脚分别连接 ＡＤＳ７８０４的１３—６引脚，根据其使用说明，当ＢＹＴＥ脚为低电 平时，数据总线上输出高字节；反之，输出低字节。所以将采集 数据右移４位得到真正转换结果。图４是Ａ／Ｄ采集流程。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｄｅｔｅｃｔ ａｎｄ ｇａｔｈｅｒ ｔｈｅ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｓｉｇｎａｌｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｎｔａｌ ｐｕｌｐ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｏｔｈ．ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｌａｓｅｒ ｉｎｄｕｃｅｄ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｉｓ ｕｓｅｄ．Ｔｈｅ ｇａｔｈｅｒ ａｎｄ ｄｉｓｐｌａｙ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｓｉｇｎａｌｓ ａｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．ｔｈｅ ＡＤＳ７８０４ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ ａｎｄ ｔｈｅ ＡＴ８９Ｃ５ ｌ ａｒｅ ｕｓｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ．ＴＦＴ—ＬＣＤ ｉｓ ｕｓｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｙ ｔｅｒｍｉｎａｌ。ａ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｓｉｇｎａｌ ｇａｔｈｅｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅａ ｏｎ ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ·ｃｈｉｐ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｄｅａ ｏｆ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｄａｔａ ｍａｐｐｉｎｇ ｃｏｏｒｄｉ· ｎａｔｅ．ｄｅｎｔａｌ ｐｕｌｐ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｓｉｇｎａｌｓ ａｒｅ ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ，ｄｉｓｐｌａｙ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｉｓ ｃｏｎｔｒｏＨｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ－ｃｈｉｐ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ．ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｆｉｎｉｓｈ ｄｉｓｐｌａｙ ｏｆ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｓｉｇｎａｌｓ．７ｒｈｅ ｇａｔｈｅｒ ａｎｄ ｄｉｓｐｌａｙ ｏｆ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｓｉｇｎａｌｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｎｔａｌ ｐｕｌｐ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｏｔｈ ｉｓ ｆｉｎｉｓｈｅｄ ｂｙ ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｓｉｓｎａｌ：ｓｉｎｇｌｅ—ｃｈｉｐ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ；ｇａｔｈｅｒ；ＴＦＴｒ—ＬＣＤ
Ｃ３ １ ０¨Ｆ
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关键词：荧光信号；单片机：采集；ｍ’．ＬＣＤ
中图分类号：ＴＮ２４９；Ｒ７８１．３
文献标识码：Ａ
文件编号：１６７４—６２３６（２００９）１０—００７９—０３
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｓｉｇｎａｌ ｇａｔｈｅｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ
ＺＨＵ Ｗｅｎ·ｃｈｅｎｇ，ＬＩ Ｈａｒｔ－ｓｈａｎ．ＬＥＩ Ｍｉｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓ毋，Ｘｉ’０１１，７１００３２，Ｃｈｉｎａ）
Ｉ墨丝Ｊ
．Ｔ．Ｆ．．Ｔ．｝．．Ｙ．Ｊ．．始．．．化：Ｉ【界 ．．．面 ．．一
等待触模屏 坐标数据
二二［二二
调用坐标判断 子程序
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调用Ａ／Ｄ ｌ
墨墨堡壁ｌ
● 调用数据
二二匕 转换子程片
调用显示 王焦左
＿＝ｒ —停—止—并＿复ＩＬ位 一 ＴＦＴ界面
Ｉ结束Ｉ
图５系统软件设计流程
图３ Ａ／Ｄ转换启动时序 选用ＴＦＴｒ．ＬＣＤ ＤＭＴ４８２７０Ｓ型７英寸液晶显示器作为显 示终端，由显示器与Ｍ６００人机界面驱动模块组成ＴＦｒ组合 模块，界面支持触摸屏操作。ＴＦ’ｒ组合模块的特点是：具有串 行口，可直接与ＡＴ８９Ｃ５ｌ通讯，数据通讯只需３根线：具有统 一指令集和硬件接口：完整的７ｒＦｒ面板接１２１信号．支持所有 （ＴｒＵＣＭＯＳ）ＲＧＢ接口面板，功耗低，是一种理想的终端显示 组合模块。ＴＦｌ’组合设有两种数据传输速率模式：一种为固 定模式，其波特率为９２１ ６００ ｂ／ｓ，另一种为可设置波特率．其 波特率在ｌ ２００ ｂ／ｓ到１１５ ２００ ｂ／ｓ之间可调。该系统设计选 择１９ ２００ ｂ／ｓ波特率，输出界面模式由单片机软件完成。
４采集与显示程序的设计
４．１～『Ｄ采集程序设计 首先．单片机的ＰＩ．０、ＰＩ．１、Ｐ１．２、Ｐ１．３引脚为ＡＤＳ７８０４
－８０－
图４ Ａ／Ｄ采集流程 ４．２基于ＴＦＴ－ＬＣＤ显示的程序设计
基于硬件电路的设计，通过编写控制与处理程序完成数 据采集与数据显示等功能，单片机执行系统所有功能程序． 系统软件设计流程如图５所示。
第１７卷 第１０期
Ｖ０１．１７
Ｎｏ．１０
电子设计工程
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
２００９年ｌＯ月 Ｏｃｔ．２０Ｄ９
荧光信号采集系统设计与分析
朱文澄，李翰山。雷鸣 （西安．Ｙ－业大学电子信息工程学院．陕西西安７１００３２）
摘要：为有效检测与采集牙齿牙髓荧光信号，将激光诱导荧光技术引入牙齿牙髓活力检测中，设计荧光信号采集与 显示电路，采用ＡＤＳ７８０４高速转换器与ＡＴ８９Ｃ５１单片机为信号采集系统的核心，以ＴＦｒ．ＬＣＤ作为显示终端，设计 基于单片机的荧光信号采集程序．利用采样数据映射坐标的算法思想处理牙髓荧光信号，通过单片机通讯接口控 制显示终端显示荧光信号。系统实现对牙髓荧光信号的采集与显示。
ｌ 引言
牙齿牙髓活力状态是衡量人体牙齿健康与否的关键．在 此摒弃以往用牙髓电活力测试的检测方法．而利用激光照射 牙齿而激发牙髓物质产生荧光的机理。研究发现．荧光强度 与牙髓活力有密切关系，能反映牙髓是否健康．牙髓是否能 康复．通过牙齿的荧光现象判断牙髓活力．是一种诊断牙髓 疾病的客观方法。牙齿在短波长激光的照射下可以产生荧 光，通过入射光纤照射到牙齿表面，再由出射光纤输出荧光 信号．荧光强度会随牙髓活力降低而减弱．将激光诱导荧光 技术应用于牙髓活力检测领域【ｌ－２１。介绍牙髓荧光信号采集与 显示电路设计．详细阐述单片机程序设计。实现对荧光信号 的采集．包括Ａ／Ｄ采集与基于Ⅱ下ＬＣＤ显示的程序设计。
２荧光信号检测原理
个条件：物质的分子必须具有与照射光相同的频率；吸收与 本身特征频率相同能量的分子，必须具有高荧光效率。
设计原理是利用脉冲调制电路将单色激光转变为调制 激光光源，调制激光光源作为系统的激发光源，通过入射光 纤直接照射到牙齿表面，基于激发的荧光通过出射光纤反射 输出．选择光电倍增管作为荧光接收的光电传感器。由于出 射的荧光较微弱．为了直观观察激发出的荧光．设计合理的 放大电路，经Ａ／Ｄ转换。单片机读取采样数据并进行相应处
稿件编号：２００１９０５０４５
ＭＡＸ２３２进行电平转换。直接与，Ｉ＇Ｆ下ＬＣＤ连接。
基金项目：西安工业大学校长基金（ＸＧＹＸＪＪ０５２２）
作者简介：朱文澄（１９８２一），男，陕西西安人。硕士研究生。研究方向：检测技术与自动化装置。
－７９－
万方数据
二二＝＝＝二二二；＝；；；；＝；；；二ｉ；ｉ＝；；二；ｉｉｉ；二《ｉｉ电二ｉ子 ＝；ｉ设二二计二工程 ｉ二）二２＝０＝二０９＝＝年＝；第＝＝＝１二０；期＝＝，＝；ｉ；＝＝＝；；；；＝；；；；ｉ；；＝＝＝＝＝；ｉ；；；ｉｉ；
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根据ＡＤＳ７８０４器件的采集时序要求［４１．首先将彤丁引脚
变为低电平；然后在酉引脚输人一个脉冲．并在其下降沿启
动Ａ／Ｄ转换，此脉冲的宽度要求在４０ ＤＳ～６ ｐ，ｓ之间：这时
为能够在ＴＦＴ－ｌＥＤ正确显示，需对数据进行格式化转 换，读取采样数据判断其正负，然后调用对应子程序处理，该 子程序主要完成十六进制数据与对应电压值的转换，电压值 与显示屏的坐标位置转换。
转换结束后．调用显示子程序，利用本次采样值相对坐 标点与前一次采样值相对坐标点连接的方法，进行连续Ａ／Ｄ 采集，通过，１１叩．１ＥＤ显示终端实时显示，反映荧光信号强度 的动态变化。每次采集时间约为５００ ｍｓ，“自动”模式下进行 多次采集。“单次”模式下进行一次采集。为了便于显示屏的 人机界面操作．通过触摸屏可设置停止、采集与复位清屏等 功能。
逼近式工作原理。单通道输入，模拟输入电压范围为３＝１０ Ｖ，采
人激发态：当其从激发态再回到基态时．过剩的能量以电磁
样速率为１００ ｋＨｚ．采样精度达２ ｍＶ。信号采集电路如图２
辐射的形式放射（即发光），称为荧光１３１。产生荧光必须具备两 所示．ＡＴ８９Ｃ５１单片机为控制处理器，其通信接Ｉ＝ｌ通过
收稿日期：２００９—０５—２０