專利名稱：一種基于嵌入式系統(tǒng)的微粒檢測統(tǒng)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明及一種微粒檢測統(tǒng)計方法，尤其是涉及一種基于嵌入式系統(tǒng)的微粒檢測統(tǒng) 計方法。
背景技術(shù)：
電阻抗法(coulter法)和光阻法測電阻用于檢測及統(tǒng)計微粒已有50多年的歷 史。Coulter原理最早是由美國科學(xué)家Coulter在1947年發(fā)明，并且在血細胞分析應(yīng)用上 獲得了成功。目前，國內(nèi)外大部分血細胞分析儀都還在使用Coulter法。光阻法儀器最早 由美國HIAC公司生產(chǎn)，20世紀80年代引進到我國，主要應(yīng)用于航天汽油、醫(yī)藥等領(lǐng)域，在微 粒檢測中有著重要的地位。無論是電阻抗法還是光阻法檢測微粒，都需要對這兩種方法產(chǎn)生的微粒信號脈沖 進行檢測。電阻法和光阻法傳感器都會受到干擾，如電源波動和外界電磁干擾，會產(chǎn)生信號 的干擾脈沖(不是正常的微粒脈沖信號)；或者是由于兩個微粒信號幾乎同時通過傳感器 而產(chǎn)生疊加信號(我們可以稱之為M信號)，對信號的檢測及統(tǒng)計會帶來一定的誤差。傳統(tǒng)的模擬信號檢測微粒方法其中一個確定是無法識別復(fù)雜信號(干擾信號和M 信號)。另一個缺點就是模擬方法檢測信號時其電路復(fù)雜，實際使用時調(diào)試困難，且容易受 到環(huán)境的影響產(chǎn)生電路參數(shù)的變化導(dǎo)致檢測統(tǒng)計不準確。采用數(shù)字化的方法對微粒信號檢 測無疑是解決以上問題的最佳途徑。近些年來，視覺圖像法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法在微粒檢測方法進程中涌現(xiàn)出來，在 實際的使用中也取得了一定的效果，但這些方法硬件資源開銷大，使得該類方法中很少能 實際移植到ARM等嵌入式系統(tǒng)中，對這些方法的推廣起到了一定的阻礙作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能提高微粒信號的識別率和計數(shù)準確性 的基于嵌入式系統(tǒng)的微粒檢測統(tǒng)計方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種基于嵌入式系統(tǒng)的微粒檢測 統(tǒng)計方法，其特征在于具體步驟如下步驟一微粒信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字微粒信 號；步驟二 將數(shù)字微粒信號經(jīng)過數(shù)字濾波器；步驟三定義正常信號峰值幅度范圍為SOOmV 5V，信號寬度范圍為15us 30us，AD采樣率為IMHz，AD參考電壓為5V，AD采樣數(shù)據(jù)為8位；定義Dn為N時刻信號的AD采樣值，DN_i為N_1時刻信號的AD采樣值，信號上升階 段比較閾值Dthi = 200mV，信號上升階段微分比較閾值Dth2 = 100mV/us ；有效信號是指需要存儲的數(shù)字微粒信號，其應(yīng)滿足以下幾個判斷條件，起始點判 斷的條件如下Dn > Dthi
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并且Dn-Dn-I > Dth2即N時刻信號的AD采樣值大于信號上升階段比較閾值Dthi并且信號微分值大于 信號上升階段微分比較閾值Dth2時，為有效信號開始點；Dm為M時刻信號的AD采樣值，M > N，信號下降階段比較閾值Dth3 = IOOmV,信號 寬度閾值Dth4 = 60us ；有效信號結(jié)束點的判斷條件如下DM < DTH3或者M-N > Dth4即M時刻信號的AD采樣值小于信號下降階段比較閾值Dth3，或信號的寬度大于信 號寬度閾值Dth4時，為有效信號結(jié)束點；步驟四當系統(tǒng)存儲了一個有效信號時，微粒信號識別程序正在對該有效信號進 行分析，在分析的這段過程中，有效信號的選擇也在同時進行，當其判斷出下一個有效信號 開始時，如果第一存儲器中數(shù)據(jù)還未被清空，則下一段有效信號應(yīng)存儲在第二存儲器中，第 一存儲器和第二存儲器交替運行才能保證微粒信號識別的正常進行。步驟五1)對數(shù)字微粒信號進行微分，計算微分值過“0”的個數(shù)；2)對兩個及兩個以上微分值過“0”點之間的時間間隔小于等于3us的過“0”點進
行合并；3)合并過“0”點后，若微分值過“0”點的個數(shù)為1時，則為單峰信號，若其峰值電 壓AD的采樣值在800mV 5V之間，信號寬度在15 30us內(nèi)，則認為是合理信號，對其統(tǒng) 計計數(shù)，反之為干擾信號，不計數(shù)；當微分值過“0”點的個數(shù)為多個，則為多峰信號；4)若過“0”點的個數(shù)為2，則認為是雙峰信號，將其拆分成2個單峰信號，按步驟 五中3)判斷是否為合理信號；過“0”點數(shù)大于2的信號則判定為干擾信號；步驟六當經(jīng)過步驟五識別出一個微粒信號后，取出其峰值信號X，以該信號作為 地址在相應(yīng)的數(shù)組Y[x]中計數(shù)累加1 ；步驟七直方圖顯示，以數(shù)組的地址X作為橫坐標，以該地址中數(shù)組中的內(nèi)容Y[x] 作為縱坐標畫出直方圖。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于能夠區(qū)分干擾信號和正常信號，且能識別兩 個信號距離很近而產(chǎn)生的M信號，并且由于采用嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)，不存在模擬信號識別中 存在的問題。本發(fā)明能大大降低實際電路的復(fù)雜程度及成本，且能提高微粒信號的識別率 計數(shù)的準確性。本發(fā)明所涉及的M信號的識別分類方法簡單可靠，根據(jù)信號波形形狀來對其分 類，具體實現(xiàn)過程是通過對存儲器中的數(shù)據(jù)進行微分。根據(jù)其微分判斷該信號是否為M信 號、正常信號或是干擾信號。這種實現(xiàn)方法簡單可靠，很容易嵌入式系統(tǒng)中實現(xiàn)，保證其實 時性、高效性。本發(fā)明的計數(shù)方法是以信號的電壓幅值為標號，在對應(yīng)的數(shù)組元素中累加計數(shù)。 該計數(shù)方法的結(jié)果是最終的結(jié)果不僅能統(tǒng)計微粒個數(shù)目還能反映微粒的體積分布。


圖1為本發(fā)明的流程總框圖；圖2為本發(fā)明的有效信號判斷算法流程圖；圖3為本發(fā)明的微粒信號類型檢測時的算法流程圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。一種基于嵌入式系統(tǒng)的微粒檢測統(tǒng)計方法，其特征在于具體步驟如下步驟一 微粒信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字微粒信號；步驟二 將數(shù)字微粒信號經(jīng)過數(shù)字濾波器；步驟三定義正常信號峰值幅度范圍為SOOmV 5V，信號寬度范圍為15us 30us，AD采樣率為IMHz，AD參考電壓為5V，AD采樣數(shù)據(jù)為8位；定義Dn為N時刻信號的AD采樣值，Dim為N_1時刻信號的AD采樣值，信號上升階 段比較閾值Dthi = 200mV，信號上升階段微分比較閾值Dth2 = 100mV/us ；有效信號是指需要存儲的數(shù)字微粒信號，其應(yīng)滿足以下幾個判斷條件，起始點判 斷的條件如下Dn > Dthi并且Dn-Dim > Dth2即N時刻信號的AD采樣值大于信號上升階段比較閾值Dthi并且信號微分值大于 信號上升階段微分比較閾值Dth2時，為有效信號開始點；Dm為M時刻信號的AD采樣值，M > N，信號下降階段比較閾值Dth3 = IOOmV,信號 寬度閾值Dth4 = 60us ；有效信號結(jié)束點的判斷條件如下Dm < Dth3或者M-N > Dth4即M時刻信號的AD采樣值小于信號下降階段比較閾值Dth3，或信號的寬度大于信 號寬度閾值Dth4則為有效信號結(jié)束點；步驟四當系統(tǒng)存儲了一個有效信號時，微粒信號識別程序正在對該有效信號進 行分析，在分析的這段過程中，有效信號的選擇也在同時進行，當其判斷出下一個有效信號 開始時，如果第一存儲器中數(shù)據(jù)還未被清空，則下一段有效信號應(yīng)存儲在第二存儲器中，第 一存儲器和第二存儲器交替運行才能保證微粒信號識別的正常進行。步驟五1)對數(shù)字微粒信號進行微分，計算微分值過“0”的個數(shù)；2)對兩個及兩個以上微分值過“0”點之間的時間間隔小于等于3us的過“0”點進
行合并；3)合并過“0”點后，若微分值過“0”點的個數(shù)為1時，則為單峰信號，若其峰值電壓AD的采樣值在800mV 5V之間，信號寬度在15 30us內(nèi)，則認為是合理信號，對其統(tǒng) 計計數(shù)，反之為干擾信號，不計數(shù)；當微分值過“0”點的個數(shù)為多個，則為多峰信號；4)若過“0”點的個數(shù)為2，則認為是雙峰信號，將其拆分成2個單峰信號，按步驟 五中3)判斷是否為合理信號；過“0”點數(shù)大于2的信號則判定為干擾信號；步驟六當經(jīng)過步驟五識別出一個微粒信號后，取出其峰值信號X，以該信號作為 地址在相應(yīng)的數(shù)組Y[x]中計數(shù)累加1 ；步驟七直方圖顯示，以數(shù)組的地址X作為橫坐標，以該地址中數(shù)組中的內(nèi)容Y[x] 作為縱坐標畫出直方圖。如圖1所示，基于嵌入式系統(tǒng)的微粒識別系統(tǒng)主要包括AD轉(zhuǎn)化器1、數(shù)字濾波器 2、有效信號判斷模塊3、數(shù)組儲器模塊4、微粒類型識別模塊5、微粒統(tǒng)計模塊6、直方圖顯示 模塊7。本實施例，首先將被檢測液體通過Coulter傳感器(或光阻傳感器)和前置放大 器。在微粒信號采集階段，選擇合理的傳感器，可以使傳感器噪聲達到最小。同時，通過傳 感器產(chǎn)生的信號是亞毫伏的電壓信號，經(jīng)過一個前置放大電路(小信號放大器)將信號放 大，便于后續(xù)信號識別。然后對放大的微粒信號進行一定的預(yù)處理，就是設(shè)計合理的模擬濾 波器來濾除干擾。最后采用高速AD轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。本發(fā)明所述的數(shù)字濾波器2將采用資源消耗很小的限幅濾波法，用于濾除由于A/ D轉(zhuǎn)換器的誤差及電源波動造成的數(shù)據(jù)突變點，以避免在進行微粒識別時系統(tǒng)發(fā)生誤動作。 該方法的基本思想是根據(jù)經(jīng)驗判斷，確定兩次采樣允許的最大偏差值(設(shè)為A)每次檢測 到新值時判斷如果本次值與上次值之差小于等于A，則本次值有效；如果本次值與上次值 之差大于A，則本次值無效，放棄本次值，用上次值代替本次值。本實例中有效信號判斷3是指信號經(jīng)AD采樣和數(shù)字濾波之后，其信號是否大于某 個閾值，其應(yīng)滿足以下幾個判斷條件，起始點判斷的條件如下Dn > Dthi并且DN-DIM > DTH2即N時刻信號的AD采樣值大于信號上升階段比較閾值Dthi并且信號微分值大于 信號上升階段微分比較閾值Dth2時，為有效信號開始點；其有效信號結(jié)束點的判斷條件如下Dm > Dth3或者M-N > Dth4即M時刻信號的AD采樣值小于信號下降階段比較閾值Dth3，或信號的寬度大于信 號寬度閾值Dth4則為有效信號結(jié)束點；本實例中所描述的波形寄存器4實質(zhì)上是在嵌入式系統(tǒng)中開辟的一個數(shù)組，該數(shù) 組元素是某體積微粒的計數(shù)值，該微粒體積對應(yīng)的是數(shù)組下標。本實例中需要兩個或兩個 以上的數(shù)組來交替記錄有效信號。當記錄完一段有效信號時，該段數(shù)據(jù)需要等待系統(tǒng)處理， 故此時的有效信號需要存放到另一個空閑的數(shù)組中。本實例中所涉及的微粒識別5方法簡單可靠，根據(jù)信號波形形狀來對其分類，具
6體實現(xiàn)過程是通過對存儲器中的數(shù)據(jù)進行微分。根據(jù)其微分判斷該信號是否為M信號、正 常信號或是干擾信號。這種實現(xiàn)方法簡單可靠，很容易嵌入式系統(tǒng)中實現(xiàn)，保證其實時性、 高效性。本實例中的微粒統(tǒng)計6是指當微粒識別模塊識別出該信號為微粒信號后，根據(jù)信 號的類型，取波形對應(yīng)的峰值(或谷值)。如當該信號為單峰信號時，取其峰值，如果是M信 號則取其兩個峰值，如果是偽M信號則取其谷值。然后以前面的得到的電壓值對應(yīng)的標號， 對相應(yīng)數(shù)組的元素加1。該計數(shù)方法的結(jié)果是計數(shù)結(jié)果不僅能反映微粒的總數(shù)還能反映微 粒的體積分布。本實例中的直方圖顯示7是指在測量完后對其測量的結(jié)果進行直方圖顯示，橫坐 標對應(yīng)為數(shù)組的標號，縱坐標對應(yīng)為計數(shù)值。由于橫坐標對應(yīng)為微粒的體積，直方圖就能反 映微粒信號的體積分布。圖1中示出的是微粒分析系統(tǒng)中主要的7個任務(wù)。任務(wù)的優(yōu)先等級依次為AD采 樣、均值濾波、有效信號判斷、信號儲存、信號類型判斷、微粒統(tǒng)計和直方圖顯示。圖2中簡要示出了有效信號檢測模塊的算法流程圖。當滿足Dn > Dthi并且DN-DN^1 > DTH2條件時，開始記錄數(shù)據(jù)；當滿足Dm > Dth3或者M-N > Dth4條件時，停止記錄數(shù)據(jù)。當數(shù)據(jù)寬度滿足條件時向系統(tǒng)發(fā)出識別請求，否則認為該 信號不是正常信號，清空。圖3中簡要示出了微粒分析系統(tǒng)中的微粒識別模塊的算法流程圖。算法中先對信 號進行微分，然后對微分值尋找過0點的個數(shù)。這里的過0點并不是絕對的0點，而是一個 比0略大的閾值。通過該算法可以很方便的識別出信號的類型。
權(quán)利要求
一種基于嵌入式系統(tǒng)的微粒檢測統(tǒng)計方法，其特征在于具體步驟如下步驟一微粒信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字微粒信號；步驟二將數(shù)字微粒信號經(jīng)過數(shù)字濾波器；步驟三定義正常信號峰值幅度范圍為800mV～5V，信號寬度范圍為15us～30us，AD采樣率為1MHz，AD參考電壓為5V，AD采樣數(shù)據(jù)為8位；定義DN為N時刻信號的AD采樣值，DN 1為N 1時刻信號的AD采樣值，信號上升階段比較閾值DTH1＝200mV，信號上升階段微分比較閾值DTH2＝100mV/us；有效信號是指需要存儲的數(shù)字微粒信號，其應(yīng)滿足以下幾個判斷條件，起始點判斷的條件如下DN＞DTH1并且DN DN 1＞DTH2即N時刻信號的AD采樣值大于信號上升階段比較閾值DTH1并且信號微分值大于信號上升階段微分比較閾值DTH2時，為有效信號開始點；DM為M時刻信號的AD采樣值，M＞N，信號下降階段比較閾值DTH3＝100mV，信號寬度閾值DTH4＝60us；有效信號結(jié)束點的判斷條件如下DM＜DTH3或者M N＞DTH4即M時刻信號的AD采樣值小于信號下降階段比較閾值DTH3，或信號的寬度大于信號寬度閾值DTH4時，為有效信號結(jié)束點；步驟四當系統(tǒng)存儲了一個有效信號時，微粒信號識別程序正在對該有效信號進行分析，在分析的這段過程中，有效信號的選擇也在同時進行，當其判斷出下一個有效信號開始時，如果第一存儲器中數(shù)據(jù)還未被清空，則下一段有效信號應(yīng)存儲在第二存儲器中，第一存儲器和第二存儲器交替運行才能保證微粒信號識別的正常進行。步驟五1)對數(shù)字微粒信號進行微分，計算微分值過“0”的個數(shù)；2)對兩個及兩個以上微分值過“0”點之間的時間間隔小于等于3us的過“0”點進行合并；3)合并過“0”點后，若微分值過“0”點的個數(shù)為1時，則為單峰信號，若其峰值電壓AD的采樣值在800mV～5V之間，信號寬度在15～30us內(nèi)，則認為是合理信號，對其統(tǒng)計計數(shù)，反之為干擾信號，不計數(shù)；當微分值過“0”點的個數(shù)為多個，則為多峰信號；4)若過“0”點的個數(shù)為2，則認為是雙峰信號，將其拆分成2個單峰信號，按步驟五中3)判斷是否為合理信號；過“0”點數(shù)大于2的信號則判定為干擾信號；步驟六當經(jīng)過步驟五識別出一個微粒信號后，取出其峰值信號X，以該信號作為地址在相應(yīng)的數(shù)組Y[x]中計數(shù)累加1；步驟七直方圖顯示，以數(shù)組的地址x作為橫坐標，以該地址中數(shù)組中的內(nèi)容Y[x]作為縱坐標畫出直方圖。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于嵌入式系統(tǒng)的微粒檢測統(tǒng)計方法，根據(jù)信號波形形狀來對其分類，具體實現(xiàn)過程是通過對存儲器中的數(shù)據(jù)進行微分。根據(jù)其微分判斷該信號是否為M信號、正常信號或是干擾信號，其優(yōu)點在于能夠區(qū)分干擾信號和正常信號，且能識別兩個信號距離很近而產(chǎn)生的M信號，并且由于采用嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)，不存在模擬信號識別中存在的問題。本發(fā)明能大大降低實際電路的復(fù)雜程度及成本，且能提高微粒信號的識別率計數(shù)的準確性。
文檔編號G01N15/10GK101915726SQ20101022219
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月2日
發(fā)明者施金良, 李宏, 汪強, 王吉 申請人:寧波大學(xué)