基于ARM系统的胶体金快速检测仪的实现研究

倪兵

摘要：该文介绍了一种以ARM系统为基础的信息化、智能化胶体金快速检测设备，能够有效应用到胶体金试纸的快速检测工作中。该设备分为四个主要模块，包括ARM主板模块、USB接口高清摄像头模块、通用分组无线服务技术网络模块以及微型打印设备模块等。

关键词：ARM系统;胶体金快速检测仪;设计

中图分类号：TP3 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）03-0255-02

ARM处理器是由英国ACORN公司设计的一块微型处理器设备，具有体积小、耗能低、生产成本低、性能稳定等一系列优势。在实际运用当中，展现出指令执行效率高、速度快，指令长度固定等一系列特点，将其应用在胶体金检测设备中，具有较高的可行性。

1 胶体金检测技术现存问题与ARM架构概念分析

1.1 胶体金检测技术现存问题分析

胶体金检测技术是以纳米基础为依托，一种胶体金免疫层的检验方式。现阶段，胶体金试纸检测技术已经被广泛应用到食品加工、药品生产、化学制品生产、医疗检验等多个行业和领域，该检测技术在检测速度方面不仅相对其他检测技术更快，而且还具备不受实验室约束等一系列的优势。胶体金试纸检测方法的基本检测原理为：通过被检测溶液延伸到试纸表面的检测线与对照线发生反应，继而用对照线判断检测试纸是否真实有效，检测线表面颜色的深浅程度还能够准确判断被检测物体的含量与浓度。但是，现阶段的胶体金技术仍然不够成熟，主要依赖于眼睛的判断，人与人的视觉器官存在差异，甚至部分色盲色弱人员在进行操作的过程中无法对结果进行确认。由此可见，这种检测方式的检测结果具有较大的主观性，与科学研究精神的客观、真实具有一定差距。与此同时，该检测方式普遍应用人为手动记录结果的方式。以上诸多原因导致胶体金稳定、快速检测技术难以大范围推广。

现阶段，在互联网计算机快速发展，检测技术、嵌入技术飞速进步的背景下，生物学领域、农业领域、医疗领域以及药品制造等领域，出现大量具有自动检测功能的检测仪器和设备。在众多自动化检测设备当中，光电法应用光电原理，利用光斑扫描对色条进行检测，继而发出光电信号，实验人员可以通过观察光电信号的强度完成浓度的检验。其基本原理主要依托于朗博比尔定律（Lambert-Beer law）。该自动化检测仪器的缺点包括两个方面：第一，光斑扫描的检验色条显示的均匀性不足.难以站在整体化的角度反映色条信息;第二，对设备要求较高，必须要有电子化扫描仪器，同时相关设备装置结构烦琐复杂、费用高昂。为从根本上改善光电法的两方面缺陷，实验人员利用CCD半导体成像技术（Charge Coupled Device）与现代计算机图像信息处理技术对试纸图像进行处理。该方法具有成像速度快、不需要机械扫描、数据信息读取快速方便等一系列优势。

然而，上述两种检测仪器局限在检测结果判断和显示功能，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，导致相关设备仪器的适用范围大幅缩减，难以全方位满足各行各业的检测业务需求。除此以外，上述类型的仪器缺少互联网支撑，检测内容、设备情况相关信息不能被及时的传送到中心管理部门或系统，致使检测仪器工作状态出现严重的孤岛化现象，与当今“互联网+”时代严重脱轨。

1.2 ARM架构基本概念及基于ARM架构的检测设备可行性分析

ARM架构（Advanced RISC Machines）指的是一个三十二位精简化指令集处理器架构，以该架构系统为基础，能够实现功能更加强劲的硬件、软件嵌入式处理平台的有效建设，现阶段已经被广泛应用到各种类型的嵌入式系统中。本文立足于ARM系统，总结并提出一套以ARM系统为核心，一种快速检测设备的设计方法。并将此作为基础，设计了融括通用分组无线服务技术网络（General Packet Radio Service）的便捷式胶体金高效率智能化检测设备。本设备不但只需要依照被检测物体的试纸显色图像便能够高效率预算出检测指标的基本浓度，完成定量检测和定性检测，并且还可以将检测结果通过通用分组无线服务技术网络上传到中心数据信息部门或系统，既可以有效避免检验结果被人为改动或发生丢失，同时还能够实现数据的一体化、集中化管理。

2 基于ARM系统的胶体金快速检测仪——系统设计

本见体检快速检测设备的基本功能：第一，利用高清摄像头收集胶体金检测试纸图像，然后对试纸相关图片进行数字分析和处理，继而获取相应检测结果数据信息。第二，将获取到的检验结果数据实施现场打印，利用通用分组无线服务技术网络将结果的数据信息上传到中心服务管理系统。为有效实现以上两方面功能，设备含有具备中央处理器功能的ARM主板，用以无线传输的通用分组无线服务技术网络模块、打印机模块，用于图像收集的高清摄像头等。硬件的基本结构为：第六代电容式触摸屏、ARM主板、USB接口高清摄像头、小型打印设备以及通用分组无线服务技术网络模块，图一为设备的硬件结构构成图。

2.1 ARM主板

ARM主板是整個胶体金快速检测设备的核心部位，融括ARM储存系统和ARM处理器，以及多个外设结构等一系列的硬件。将Slackware Linux系统嵌入于ARM中央处理器上，融括MMU内存管理单元（Memory Management Unit）功能、文件储存系统以及应用性、实时性拓展等。储存系统的作用在于储存操作系统中的各类型文件、系统本身程序、与设备检测相关的各类应用程序以及检测数据库文件等等。为有效确保设备的轻便性、紧凑性，将触摸屏集成在主板上，完成屏幕的光学显示以及各类操作的输入功能。

2.2 通用分组无线服务技术网络模块

通用分组无线服务技术网络模块内部设有无线通讯模块，具有标准化SIM接口以及RS-232接口。利用RS-232接口和主板实施串口通信交换信息;SIM卡和外部GSM通信实现无线网络数据交换。通用分组无线服务技术网络模块具备耗能低、稳定性强等一系列优势，内嵌有TCP协议（TransmissionControl Protocol）和IP协议（Internet Protocol），具有数据信息传输效率高、传输稳定等多方面特点，适用于便捷型设备集成性运用。检测设备在没有互联网的环境下，能够利用通用分组无线服务技术网络与互联网形成连接，向服务器传输相关数据信息。继而，检测设备的应用将有效打破时间空间限制，并便于使用人员携带。

2.3 USB接口高清摄像头

USB接口高清摄像头具有价格低、性能稳定、轻便灵活的特点，有利于嵌入式系统的使用。将USB接口高清摄像头插入到ARM主板USB接口，完成胶体金检测设备试纸图像的收集工作，实现对检验线的识别和处理。

2.4 小型打印设备

小型或者微型打印设备，是完成检验结果打印任务的核心，同时此类设备方便相关检测人员的现场确认。利用微型打印机，不仅能够将字迹打印清晰，而且字迹保存时间也相对较长。

在上述硬件设备的支持下，需要开发软件管理系统，对摄像头、打印机等硬件设备进行有效控制，实现图像精准识别、数据管理编辑、界面之间的交互以及网络信息通信等。

3 结束语

本设备设计选用ARM体系构架开发板作为胶体金快速检测设备的硬件基础，外界USB接口高清摄像头、小型打印设备以及通用分组无线服务技术网络模块。按照以上设计方案制作实际设备，并进行是指浓度——灰度比特曲线模型构建以及样品定量检验的实验研究。结果表明，设备的定量检测精准度高于97.2%，设备的定量检测精准度高于94.3%。由此可见，设备方案设计合理有效，希望未来能够推广使用。

参考文献：

[1]郭会军，张建丰，王志林，等.基于LabVIEW和ARM处理器的大型称重式蒸渗仪测控系统[J].农业工程学报，2013，29（16）：134-141.

[2]邓柳于勤，陈财森，蔡红柳，等，基于ARM处理器Cache特征的计时分析研究[J].四川兵工学报，2015，36（11）：118-121，124.

[3]万华.ARM处理器与嵌入式系统在军事模拟领域的应用实践之研究[J].通讯世界，2016（24）：258-259.

[4]薛媛丽.基于ARM处理器的自来水厂自动控制系统的开发与设计[J].电子设计工程，2019，27（9）：100-105，109.