基于USBHUB扩展的多通道胶体金检测卡自动检测系统的制作方法

本发明属于体外诊断免疫层析快速检测设备，特别涉及一种采用单 usb总线经 hub 多路拓展、硬件标识区分采集通道、卡槽限位开关联动自动触发成像判读的多通道胶体金检测卡全自动分析系统，适用于抗原抗体筛查、食品安全、农残兽残、疫病快速检测等胶体金试纸定性 / 定量检测场景。

背景技术：

1、胶体金免疫层析试纸凭借操作便捷、出结果速度快、无需大型配套仪器等优势，是基层现场快速诊断的主流载体。当前商用多通道胶体金检测仪分为两种主流技术路线，均存在难以克服的行业痛点：

2、1.多摄像头独立 usb 直连方案：每一路成像摄像头均单独占用主控设备 usb 接口，主机 pcb 需预留多路 usb 硬件电路，配套多组独立传输排线，整机物料成本、结构装配复杂度大幅上升；设备重启后 usb 设备挂载节点随机变化，软件极易出现通道错乱，只能依靠人工重新匹配通道；设备检测启动依赖人工按键确认插卡，大批量检测人工操作繁琐，自动化程度低。

3、2.单广角摄像头分时扫描方案：仅采用一台相机配合运动机构或广角光路覆盖多个卡槽，单次仅能完成单张试纸扫描，检测通量低；多卡同时放置时试纸边缘互相遮挡、各卡槽光照一致性差，图像分割算法容错率低，易出现显色条带漏识别、误判；运动扫描机构增加机械故障点，设备长期使用稳定性差。

4、此外，现有技术中用于判断试纸是否就位的手段多为图像识别、二维码识别，在光线昏暗、试纸偏移、试纸表面污渍场景下识别失效；少数设备采用红外对射感应卡槽，但仅单独实现插卡检测，未与多路 usb 成像、通道硬件标识、自动采集判读形成软硬件一体化联动闭环，无法从硬件底层解决多通道设备成本高、通道识别紊乱、自动化程度不足的综合缺陷。

5、通用电子领域虽公开 usb hub 多路拓展、通过 pid/vid 区分 usb 设备、限位开关电平采集等基础电子技术，但现有技术从未将三类技术有机耦合，针对性解决胶体金多通道检测设备专属的成像并行采集、通道稳定区分、无人值守自动检测全套需求，不存在完整一体化系统方案。

技术实现思路

1、（1）本发明要解决的技术问题

2、针对现有多通道胶体金检测仪主控 usb 接口资源占用多、硬件布线成本高、重启通道错乱、通量低、插卡识别可靠性差、必须人工启动检测等综合缺陷，本发明提供一种基于 usb hub 扩展的多通道胶体金检测卡自动检测系统，通过单一 usb 总线搭配 1 进 n出 hub 芯片拓展多路独立成像摄像头，利用摄像头固有唯一 pid/vid 硬件标识建立固定通道映射关系，配合卡槽内置限位开关硬件电平信号联动光源、摄像头同步工作，实现试纸插入后无人工干预全自动图像采集、分析、结果输出；整套系统依托多模块软硬件联动形成独有技术闭环，克服单一通用电子技术单独使用无法解决体外诊断多通道成像检测全部痛点的问题。

3、（2）技术方案

4、1. 装置独立权利对应完整系统架构

5、一种基于 usb hub 扩展的多通道胶体金检测卡自动检测系统，其特征在于，包括电源模块、主控模块、usb hub 扩展模块、至少两路摄像头模块、多通道限位开关检测模块、同步光源控制模块、图像数据处理模块；

6、所述电源模块为系统全部硬件单元提供稳定直流供电；

7、所述 usb hub 扩展模块采用1 进 n 出架构，输入端仅通过单根 usb 总线与主控模块通信连接，输出端拓展 n 路独立 usb 通道，每一路 usb 通道一对一匹配一台摄像头模块，n≥6；每台摄像头模块预烧录互不重复的 pid、vid 设备硬件识别码；

8、所述主控模块为 mcu 或嵌入式处理器，内置设备识别单元、通道绑定单元、触发控制单元；所述设备识别单元上电自动读取所有外接摄像头的 pid、vid 编码，所述通道绑定单元依据唯一识别码建立永久固定的通道映射关系，设备重启无需重新匹配通道；

9、所述多通道限位开关检测模块一一对应各检测卡槽，每一个卡槽内部均安装微型限位开关，限位开关根据胶体金检测卡插入 / 拔出动作输出高低电平变化信号并实时传输至主控模块触发控制单元；

10、所述同步光源控制模块包含与摄像头通道数量一一对应的 led 补光光源，受控于主控模块，实现通道级光源独立启停；当某一卡槽限位开关检测到插卡到位信号时，主控同步开启该通道专属 led 光源；检测完成后自动关闭对应光源，降低整机功耗、避免杂光干扰相邻通道成像；

11、所述图像数据处理模块接收各路摄像头采集的胶体金试纸图像，完成图像灰度校正、显色控制线 / 检测线区域定位、光信号强度阈值计算，自动生成并存储、输出定性或定量检测结果；

12、主控模块、usb hub 扩展模块、限位开关检测模块、同步光源控制模块、摄像头模块协同联动，形成完整自动化检测闭环：限位开关硬件信号作为触发源，依次驱动光源开启、摄像头图像采集、图像分析、结果输出全流程，全程无需人工按键、图像二次校验确认插卡状态。

13、2. 配套自动检测控制方法（方法权利方案）

14、一种应用上述基于 usb hub 扩展的多通道胶体金检测卡自动检测系统的控制方法，包含如下步骤：

15、s1 系统上电整机初始化：主控模块完成 usb hub、多路摄像头、限位开关、led 光源驱动初始化；

16、s2 摄像头通道绑定：主控自动扫描所有经 usb hub 拓展的摄像头，读取每台摄像头专属 pid、vid 识别码，建立识别码与物理卡槽通道的永久映射表格并本地存储；

17、s3 循环轮询卡槽状态：主控持续采集全部限位开关的电平信号，实时判断各卡槽有无胶体金检测卡插入；若全部卡槽无插卡，则持续循环监测；

18、s4 自动触发单通道检测流程：当任意限位开关检测到试纸插入到位电平跳变信号，主控调取该限位开关绑定的通道编号，根据映射表格匹配对应 pid/vid 摄像头；

19、s5 通道同步光源开启：主控向同步光源控制模块下发指令，仅开启当前检测通道的 led 补光，其余通道光源保持关闭；

20、s6 图像并行采集：驱动匹配完成的摄像头采集卡槽内胶体金试纸完整成像；多卡槽同时插卡时多路摄像头并行同步采集图像；

21、s7 图像处理与判读：图像数据处理模块对采集图像完成预处理、条带识别、信号换算，生成标准化检测结果；

22、s8 光源关闭与结果输出：检测完成后自动关闭该通道 led 光源，屏幕 / 上位机同步输出、保存检测数据，随后返回步骤 s3，持续监测卡槽插卡状态等待下一次检测。

23、（3）有益效果

24、1.单 usb 拓展多路采集，大幅降低整机硬件成本与布线复杂度

25、区别于传统多路摄像头各占用独立 usb 接口的方案，本发明仅通过主控单一路usb 总线配合 hub 芯片拓展六路及以上成像单元，省去主控多组 usb 硬件电路、大量独立数据线材，简化 pcb 布局与设备装配工序，批量生产物料成本降低 15%~30%；同时规避单相机扫描方案的运动机构，减少机械故障点，设备稳定性提升。

26、2.pid/vid 硬件永久绑定通道，彻底解决设备重启通道错乱问题

27、普通多 usb 摄像头设备重启后挂载顺序随机，软件通道匹配频繁错乱；本方案利用摄像头出厂固化、不可修改的 pid/vid 唯一标识建立永久通道映射，设备断电重启后自动识别绑定关系，无需人工重新校准通道，多路成像信号互不干扰，长期连续检测识别准确率 100%。该特征并非 usb 设备通用基础应用，而是针对性适配体外诊断多通道检测仪的专属稳定控制逻辑。

28、3.限位开关硬件触发 + 通道独立光源联动，实现高可靠无人自动化检测

29、现有设备依靠图像、二维码识别试纸存在暗光、污渍失效缺陷，人工按键启动增加操作步骤；本发明采用卡槽内置限位开关硬件电平感知插卡，信号不受光照、试纸外观影响，识别可靠性远高于视觉识别；同时限位信号联动对应通道 led 光源单独启停，避免多通道杂光串扰成像，硬件触发、光源控制、图像采集三者软硬件深度耦合，形成完整自动检测闭环，真正实现 “插卡即测”，大批量筛查效率提升数倍。

30、4.模块化架构拓展性强，适配多品类胶体金检测场景

31、整体硬件采用标准化模块化设计，仅更换不同通道数量的 1 进 n 出 usb hub芯片，即可灵活拓展 4/6/8/12 通道设备，一条产线可兼容多型号高通量检测仪；整套成像、自动触发逻辑通用，可适配医用抗原检测、农残快速筛查、宠物疫病检测等全部胶体金层析试纸品类，市场适用范围广。

32、5.多特征协同产生超出单一技术叠加的复合技术效果，具备非显而易见性

33、usb hub 拓展、pid/vid 设备识别、限位开关感应三项特征单独使用时仅能实现单一基础电子功能；三者在本系统中与 ivd 成像光源、试纸图像分析算法深度联动，同时解决多通道设备成本高、通道紊乱、自动化差、成像光照干扰多重行业痛点，产生单一现有技术无法实现的综合优势，并非公知技术的简单拼凑。