基于ARM系統的膠體金快速檢測儀的實現研究

倪兵

摘要：該文介紹了一種以ARM系統為基礎的信息化、智能化膠體金快速檢測設備，能夠有效應用到膠體金試紙的快速檢測工作中。該設備分為四個主要模塊，包括ARM主板模塊、USB接口高清攝像頭模塊、通用分組無線服務技術網絡模塊以及微型打印設備模塊等。

關鍵詞：ARM系統;膠體金快速檢測儀;設計

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）03-0255-02

ARM處理器是由英國ACORN公司設計的一塊微型處理器設備，具有體積小、耗能低、生產成本低、性能穩定等一系列優勢。在實際運用當中，展現出指令執行效率高、速度快，指令長度固定等一系列特點，將其應用在膠體金檢測設備中，具有較高的可行性。

1 膠體金檢測技術現存問題與ARM架構概念分析

1.1 膠體金檢測技術現存問題分析

膠體金檢測技術是以納米基礎為依托，一種膠體金免疫層的檢驗方式。現階段，膠體金試紙檢測技術已經被廣泛應用到食品加工、藥品生產、化學制品生產、醫療檢驗等多個行業和領域，該檢測技術在檢測速度方面不僅相對其他檢測技術更快，而且還具備不受實驗室約束等一系列的優勢。膠體金試紙檢測方法的基本檢測原理為：通過被檢測溶液延伸到試紙表面的檢測線與對照線發生反應，繼而用對照線判斷檢測試紙是否真實有效，檢測線表面顏色的深淺程度還能夠準確判斷被檢測物體的含量與濃度。但是，現階段的膠體金技術仍然不夠成熟，主要依賴于眼睛的判斷，人與人的視覺器官存在差異，甚至部分色盲色弱人員在進行操作的過程中無法對結果進行確認。由此可見，這種檢測方式的檢測結果具有較大的主觀性，與科學研究精神的客觀、真實具有一定差距。與此同時，該檢測方式普遍應用人為手動記錄結果的方式。以上諸多原因導致膠體金穩定、快速檢測技術難以大范圍推廣。

現階段，在互聯網計算機快速發展，檢測技術、嵌入技術飛速進步的背景下，生物學領域、農業領域、醫療領域以及藥品制造等領域，出現大量具有自動檢測功能的檢測儀器和設備。在眾多自動化檢測設備當中，光電法應用光電原理，利用光斑掃描對色條進行檢測，繼而發出光電信號，實驗人員可以通過觀察光電信號的強度完成濃度的檢驗。其基本原理主要依托于朗博比爾定律（Lambert-Beer law）。該自動化檢測儀器的缺點包括兩個方面：第一，光斑掃描的檢驗色條顯示的均勻性不足.難以站在整體化的角度反映色條信息;第二，對設備要求較高，必須要有電子化掃描儀器，同時相關設備裝置結構煩瑣復雜、費用高昂。為從根本上改善光電法的兩方面缺陷，實驗人員利用CCD半導體成像技術（Charge Coupled Device）與現代計算機圖像信息處理技術對試紙圖像進行處理。該方法具有成像速度快、不需要機械掃描、數據信息讀取快速方便等一系列優勢。

然而，上述兩種檢測儀器局限在檢測結果判斷和顯示功能，在集成度、成本控制、功能多元化、拓展能力等方面仍然存在缺陷，導致相關設備儀器的適用范圍大幅縮減，難以全方位滿足各行各業的檢測業務需求。除此以外，上述類型的儀器缺少互聯網支撐，檢測內容、設備情況相關信息不能被及時的傳送到中心管理部門或系統，致使檢測儀器工作狀態出現嚴重的孤島化現象，與當今“互聯網+”時代嚴重脫軌。

1.2 ARM架構基本概念及基于ARM架構的檢測設備可行性分析

ARM架構（Advanced RISC Machines）指的是一個三十二位精簡化指令集處理器架構，以該架構系統為基礎，能夠實現功能更加強勁的硬件、軟件嵌入式處理平臺的有效建設，現階段已經被廣泛應用到各種類型的嵌入式系統中。本文立足于ARM系統，總結并提出一套以ARM系統為核心，一種快速檢測設備的設計方法。并將此作為基礎，設計了融括通用分組無線服務技術網絡（General Packet Radio Service）的便捷式膠體金高效率智能化檢測設備。本設備不但只需要依照被檢測物體的試紙顯色圖像便能夠高效率預算出檢測指標的基本濃度，完成定量檢測和定性檢測，并且還可以將檢測結果通過通用分組無線服務技術網絡上傳到中心數據信息部門或系統，既可以有效避免檢驗結果被人為改動或發生丟失，同時還能夠實現數據的一體化、集中化管理。

2 基于ARM系統的膠體金快速檢測儀——系統設計

本見體檢快速檢測設備的基本功能：第一，利用高清攝像頭收集膠體金檢測試紙圖像，然后對試紙相關圖片進行數字分析和處理，繼而獲取相應檢測結果數據信息。第二，將獲取到的檢驗結果數據實施現場打印，利用通用分組無線服務技術網絡將結果的數據信息上傳到中心服務管理系統。為有效實現以上兩方面功能，設備含有具備中央處理器功能的ARM主板，用以無線傳輸的通用分組無線服務技術網絡模塊、打印機模塊，用于圖像收集的高清攝像頭等。硬件的基本結構為：第六代電容式觸摸屏、ARM主板、USB接口高清攝像頭、小型打印設備以及通用分組無線服務技術網絡模塊，圖一為設備的硬件結構構成圖。

2.1 ARM主板

ARM主板是整個膠體金快速檢測設備的核心部位，融括ARM儲存系統和ARM處理器，以及多個外設結構等一系列的硬件。將Slackware Linux系統嵌入于ARM中央處理器上，融括MMU內存管理單元（Memory Management Unit）功能、文件儲存系統以及應用性、實時性拓展等。儲存系統的作用在于儲存操作系統中的各類型文件、系統本身程序、與設備檢測相關的各類應用程序以及檢測數據庫文件等等。為有效確保設備的輕便性、緊湊性，將觸摸屏集成在主板上，完成屏幕的光學顯示以及各類操作的輸入功能。

2.2 通用分組無線服務技術網絡模塊

通用分組無線服務技術網絡模塊內部設有無線通訊模塊，具有標準化SIM接口以及RS-232接口。利用RS-232接口和主板實施串口通信交換信息;SIM卡和外部GSM通信實現無線網絡數據交換。通用分組無線服務技術網絡模塊具備耗能低、穩定性強等一系列優勢，內嵌有TCP協議（TransmissionControl Protocol）和IP協議（Internet Protocol），具有數據信息傳輸效率高、傳輸穩定等多方面特點，適用于便捷型設備集成性運用。檢測設備在沒有互聯網的環境下，能夠利用通用分組無線服務技術網絡與互聯網形成連接，向服務器傳輸相關數據信息。繼而，檢測設備的應用將有效打破時間空間限制，并便于使用人員攜帶。

2.3 USB接口高清攝像頭

USB接口高清攝像頭具有價格低、性能穩定、輕便靈活的特點，有利于嵌入式系統的使用。將USB接口高清攝像頭插入到ARM主板USB接口，完成膠體金檢測設備試紙圖像的收集工作，實現對檢驗線的識別和處理。

2.4 小型打印設備

小型或者微型打印設備，是完成檢驗結果打印任務的核心，同時此類設備方便相關檢測人員的現場確認。利用微型打印機，不僅能夠將字跡打印清晰，而且字跡保存時間也相對較長。

在上述硬件設備的支持下，需要開發軟件管理系統，對攝像頭、打印機等硬件設備進行有效控制，實現圖像精準識別、數據管理編輯、界面之間的交互以及網絡信息通信等。

3 結束語

本設備設計選用ARM體系構架開發板作為膠體金快速檢測設備的硬件基礎，外界USB接口高清攝像頭、小型打印設備以及通用分組無線服務技術網絡模塊。按照以上設計方案制作實際設備，并進行是指濃度——灰度比特曲線模型構建以及樣品定量檢驗的實驗研究。結果表明，設備的定量檢測精準度高于97.2%，設備的定量檢測精準度高于94.3%。由此可見，設備方案設計合理有效，希望未來能夠推廣使用。

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