随着现代医学的发展,人体呼出气体与疾病之间的对应关系已经成为研究热点,如何精确定量检测分析人体呼出气体的浓度迫在眉睫,其在医学诊断和疾病预防等领域有着广泛的应用前景。论文基于前人的研究成果,采用电化学传感器为核心传感单元设计了一套人体呼出气体多组分检测系统。人体呼出气体携带有独特的新陈代谢信息,如:人体呼气中一氧化氮、氨气、丙酮分别为哮喘疾病、肾病、糖尿病的标志气体。人体呼气检测因为无痛无创,操作简单等优点,已经广泛用于疾病的预防和诊断,能够实现疾病的早发现早诊断早治疗,减少治疗成本并降低死亡率。本文介绍了人体呼气与哮喘疾病、糖尿病、肾病之间的致病机理并分析了人体呼出气体的检测方法。设计了一套人体呼出气体多组分检测系统用来检测人体呼出的一氧化氮,氨气,丙酮,一氧化碳气体,实际中根据需求优先实现了人体呼出的一氧化氮气体检测系统。本文介绍了系统的设计思路,功能技术指标,硬件以及软件设计方案,并详细介绍了STM32F103ZET6最小系统单元、数据存储、通信等硬件系统模块的设计和数据滤波、系统标定、人机交互系统、上位机程序等的软件设计。系统硬件设计的环境使用的是Altium Designer14,通过对系统硬件设计中所涉及到的元器件从功能、功耗等多方面对比分析之后,遵循系统的设计方案和原则以及技术指标等,在Altium Designer14中模块化的画出系统的原理图,然后将每个元器件进行封装,根据硬件设计的电路原理图完成PCB板的布线和绘制。硬件的具体设计从核心控制器的选型,核心传感器选型,最小系统设计和模块电路的设计,到数据存储模块,IIC电路设计,通信模块和人机交互模块电路等都依据硬件设计原则,满足最初的设计需求。在硬件设计的同时预留出可以拓展的接口,方便进行功能的扩展和技术的更新。本文中软件设计包含下位机和上位机的设计,软件设计要尽可能满足简单化,分模块化,移植性强,操作简单以及易学习等特点。下位机的软件结构包括系统初始化、信号采集处理、数字滤波、数据存储与读取、LCD彩屏显示、触屏按键输入以及串口通信等功能,上位机软件设计是在LABVIEW(实验室虚拟仪器集成环境)进行设计,通过串口与下位机进行通信,将下位机检测处理过的结果上传至上位机,进行缓存、波形显示。同时在缓存区的数据可以进行下载和数据查询,检测的数据可进行保存。上位机形成一个友好的用户操作界面,方便用户进行检测观察,将检测结果下载成Excel、TXT及图片形式。本文对系统硬件电路和软件系统分别进行了调试,确保硬件不存在连接错误,搭锡焊等情况,各模块电路和电压均达到理想状况;上位机和下位机软件运行无异常无错误,能够按照设计方案执行相应的操作。系统调试完成后,进行一氧化氮气体检测实验,首先通入标准气体对系统进行校准,校准后分别通入多个浓度标准气体进行检测,检测结果误差在0.865%FS。然后分别通入浓度为50ppb和99ppb的一氧化氮气体,模拟患者人体呼出一氧化氮气体,多次检测平均值分别达到47.62ppb和92.27ppb,检测误差分别是-0.238%FS和-0.673%FS。最后通过志愿者呼气进行检测,正常健康人体呼出一氧化氮浓度在10~25ppb,系统检测的一位健康志愿者检测结果为16ppb。实验结果表明,人体呼出气体检测系统能够满足系统的功能指标和技术指标。