智能化八路微流控芯片電泳電驅(qū)動儀主控板的制作方法
【專利摘要】一種智能化八路微流控芯片電泳電驅(qū)動儀主控板，包括CPU、達林頓管、三端可調(diào)分流基準源TL431、晶振、運算放大器和低壓繼電器，CPU有兩個，每個CPU內(nèi)集成有8通道A/D轉(zhuǎn)換器和雙路D/A轉(zhuǎn)換器，同時控制2路輸出，達林頓管控制低壓繼電器，低壓繼電器控制高壓繼電器實現(xiàn)狀態(tài)的切換，三端可調(diào)分流基準源TL431電路連接CPU，提供電壓基準，運算放大器電路連接CPU和電驅(qū)動儀中的高壓模塊，實現(xiàn)CPU控制電壓輸出和實時電壓采樣，晶振連接CPU；實現(xiàn)高壓繼電器輸出0伏（接地）、高壓和懸浮三種狀態(tài)。本發(fā)明體現(xiàn)了集成化、智能化的特點，節(jié)約了生產(chǎn)成本，為研制一種小型化、智能化的電驅(qū)動儀提供了技術(shù)支持。
【專利說明】智能化八路微流控芯片電泳電驅(qū)動儀主控板
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種分析化學儀器設(shè)備中用于智能化、小型化的驅(qū)動微流控芯片內(nèi)試劑樣品的八路電泳電驅(qū)動儀主控板，屬于分析化學儀器設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]微流控芯片技術(shù)(MiCTOfluidics)是把生物、化學、醫(yī)學分析過程的樣品制備、反應、分離、檢測等基本操作單元集成到一塊微米尺度的芯片上，自動完成分析。近20年來，在Manz等提出的微全分析系統(tǒng)(Micro Total Analysis System, ii TAS)理念的引領(lǐng)下構(gòu)建集成在幾平方厘米芯片上的微流控分析系統(tǒng)，使得微流控芯片技術(shù)具有以下特點:散熱快受到焦耳熱的影響較小、液體流動可控、消耗試樣和試劑極少、分析速度成十倍上百倍地提高等優(yōu)點，可以在幾分鐘甚至更短的時間內(nèi)進行上百個樣品的同時分析，可以在線實現(xiàn)樣品的預處理及分析。這使得微流控芯片在生物科學、化學、醫(yī)學、環(huán)境學等領(lǐng)域獲得了巨大的發(fā)展?jié)摿Γ呀?jīng)發(fā)展成為一個生物、化學、醫(yī)學、流體、電子、材料、機械等學科交叉的嶄新研究領(lǐng)域。
[0003]流體驅(qū)動的自動化控制是微全分析系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)，也是滿足微流控分析芯片分離模式、分離過程及分離重現(xiàn)性的重要保證。目前尚無商業(yè)化生產(chǎn)的微流控驅(qū)動儀，國內(nèi)外的科研中所使用的微流控驅(qū)動儀基本是從專門的科研機構(gòu)定制的，個別商品化的儀器，自動化程度低，人、機互動界面質(zhì)量差，價格高，而且體積大、集成化程度不高，不適于單細胞水平上環(huán)境污染物對健康危害性的評價。而主控板是電驅(qū)動儀的核心，因此急需研制一種價格低廉，性能好，體積小，集成化程度高的主控板，來對一種適于在單細胞水平上環(huán)境污染物毒性評價的智能微流控電泳驅(qū)動儀提供技術(shù)支持，從而建立適于單細胞水平上污染物毒性評價的新方法和新技術(shù)，為疾病、特別是癌癥的早期診斷和預警提供技術(shù)和方法的支持。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的旨在克服現(xiàn)有電驅(qū)動儀主控板的技術(shù)不足，提供一種小型化、集成化的智能化八路微流控芯片電泳電驅(qū)動儀主控板，以滿足微流控系統(tǒng)方面的研究。
[0005]本發(fā)明的智能化八路微流控芯片電泳電驅(qū)動儀主控板，采用以下技術(shù)方案:
[0006]該主控板，包括CPU (中央處理器)、達林頓管、三端可調(diào)分流基準源TL431、晶振、運算放大器和低壓繼電器，CPU有兩個，每個CPU內(nèi)集成有8通道A/D轉(zhuǎn)換器和雙路D/A轉(zhuǎn)換器，同時控制2路輸出，達林頓管控制低壓繼電器，低壓繼電器控制高壓繼電器實現(xiàn)狀態(tài)的切換，三端可調(diào)分流基準源TL431電路連接CPU，提供電壓基準，運算放大器電路連接CPU和電驅(qū)動儀中的高壓模塊，實現(xiàn)CPU控制電壓輸出和實時電壓采樣，晶振連接CPU ；
[0007]CPU控制D/A轉(zhuǎn)換器輸出控制，實現(xiàn)高壓的輸出；通過達林頓管增大驅(qū)動電流，控制低壓繼電器的吸合，從而使低壓繼電器輸出12V電壓，進而控制電驅(qū)動儀中的高壓繼電器狀態(tài)的切換；TL431電路為A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器輸出2.5V提供基準源；晶振16M提供CPU工作的基本振蕩頻率；運算放大器將輸出電壓轉(zhuǎn)換至0-5V，將輸入的檢測電壓控制到0-2.5V，檢測電流轉(zhuǎn)化為0-2.5V ;低壓繼電器通過CPU的控制來輸出3.3V的開關(guān)量，驅(qū)動達林頓管，進而控制高壓繼電器的開閉，實現(xiàn)高壓繼電器輸出0伏(接地)、高壓和懸浮三種狀態(tài)。
[0008]每個多路流體智能單細胞電驅(qū)動儀設(shè)有兩個上述主控制板，共8路輸出，可以與計算機連接以實現(xiàn)控制、顯示、記錄等功能，該驅(qū)動儀以上述主控板為控制核心，配以光電隔離通訊、高壓模塊、高壓繼電器等電路組件?？刂浦噶钣捎嬎銠C通過通訊模塊送入主控板；主控板通過高壓繼電器來控制電壓輸出；通過D/A轉(zhuǎn)換器，將設(shè)置的控制參數(shù)轉(zhuǎn)換成模擬信號，這種模擬信號通過放大器被進一步放大，放大的模擬信號控制高壓模塊進行高壓輸出，再經(jīng)過高壓繼電器與機身外部的高壓導線及鉬絲電極連接；如果設(shè)定輸出狀態(tài)為接地或者懸浮，主控板將通過驅(qū)高壓繼電器來實現(xiàn)；在主控板和高壓模塊之間設(shè)置了電壓電流采集電路，當電流監(jiān)測值超過報警設(shè)定值時，主控板將斷開高壓繼電器；對于驅(qū)動儀的實時狀態(tài)顯示功能，高壓模塊的輸出電壓和電流信號經(jīng)過放大器放大，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后進入主控板，主控板經(jīng)過智能邏輯運算處理后，由計算機進行實時狀態(tài)顯示。該主控板在設(shè)計上體現(xiàn)了集成化和智能化的優(yōu)點，滿足了研制一種小型化、智能化、經(jīng)濟實用的電驅(qū)動儀的需要。
[0009]本發(fā)明具有以下特點
[0010]1.將微電子技術(shù)與微流控技術(shù)進行結(jié)合，組成了可智能操控的八路電驅(qū)動儀主控板，在設(shè)計和應用上都體現(xiàn)出集成化、智能化和操作簡單的特點。
[0011]2.輸出路數(shù)可達八路，每路輸出可實現(xiàn)“前懸浮、高壓、0伏(接地)、后懸浮”四種，實驗參數(shù)(路數(shù)、電壓、時間、懸浮、接地等)可自由選擇設(shè)置。
[0012]3.輸出電壓穩(wěn)定性高，可以進行電流電壓實時保護。
[0013]4.采用AD，DA集成度在內(nèi)部的高性能單片機，縮小了控制板的體積。
[0014]5.實驗參數(shù)實時顯示:實時顯示每路輸出電壓、輸出電流、輸出剩余時間、循環(huán)次數(shù)等實驗參數(shù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明主控板的電路原理圖。
[0016]圖2是應用本發(fā)明的驅(qū)動儀的運行流程圖。
【具體實施方式】
[0017]如圖1所示，本發(fā)明的智能化八路微流控芯片電驅(qū)動儀主控板包括兩個CPU (中央處理器)、達林頓管、三端可調(diào)分流基準源TL431、晶振、運算放大器和低壓繼電器。CPU為16位。CPU內(nèi)集成有A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器均為12位。每個主控板上設(shè)置有兩個CPU，每個CPU設(shè)有雙路D/A轉(zhuǎn)換器和8通道A/D轉(zhuǎn)換器，可以同時控制2路輸出，所以每個主控板可以同時控制四路。每個電驅(qū)動儀有兩個主控制板，共8路輸出。達林頓管控制低壓繼電器，低壓繼電器控制高壓繼電器實現(xiàn)狀態(tài)的切換，三端可調(diào)分流基準源TL431電路連接CPU，提供電壓基準，運算放大器電路連接CPU和電驅(qū)動儀中的高壓模塊，實現(xiàn)CPU控制電壓輸出和實時電壓采樣，晶振連接CPU。[0018]晶振的頻率是16MHz。晶振電路連接到CPU的52，53管腳，為CPU工作提供系統(tǒng)時鐘。達林頓管輸入連接到CPU的4.0，4.1，4.2，4.3，輸出連接到四個低壓繼電器。三端可調(diào)分流基準源TL431輸入12V電壓，輸出連接到VREF，為AD和DA提供采樣基準源。電壓輸出P6.6，P6.7分別連接到放大電路輸入端，輸出端接入高壓模塊。電壓檢測，通過兩個IK的電阻分壓，將電壓降低到2.5V，連接到P6.2和P6.3AD的輸入端。電流采樣電路先將電流經(jīng)過5K的電阻，再通過跟隨器后送入到CPU的P6.0和P6.1的輸入端。RS485電路MAX485分別連接到CPU的P6.6，P6, ? 7和P3.5另一端連接到485通信模塊。
[0019]CPU通過程序與PC通信，控制D/A輸出控制，實現(xiàn)高壓的輸出；通過達林頓管增大驅(qū)動電流，控制繼電器的吸合，從而使低壓繼電器輸出12V電壓進而控制高壓繼電器狀態(tài)的切換；TL431電路為A/D和D/A輸出2.5V提供基準源；晶振16M提供CPU工作的基本振蕩頻率；運算放大器將輸出電壓轉(zhuǎn)換至0-5V，將輸入的檢測電壓控制到0-2.5V，檢測電流轉(zhuǎn)化為0-2.5V ;低壓繼電器通過CPU的控制來輸出3.3V的開關(guān)量，驅(qū)動達林頓管，進而控制高壓繼電器的開閉，實現(xiàn)高壓繼電器輸出0伏(接地)，高壓，懸浮三種狀態(tài)。
[0020]如圖2所示，多路流體智能單細胞電驅(qū)動儀可以與計算機連接來實現(xiàn)控制、顯示、記錄等功能，該驅(qū)動儀以圖1所示主控板為控制核心，配以光電隔離通訊、高壓模塊、高壓繼電器等電路組件構(gòu)成?？刂浦噶钣捎嬎銠C通過通訊模塊送入主控板；主控板通過高壓繼電器來控制電壓輸出；通過D/A轉(zhuǎn)換器，將設(shè)置的控制參數(shù)轉(zhuǎn)換成模擬信號，這種模擬信號通過放大器被進一步放大，放大的模擬信號控制高壓模塊進行高壓輸出，再經(jīng)過高壓繼電器與機身外部的高壓導線及鉬絲電極連接；如果設(shè)定輸出狀態(tài)為接地或者懸浮，主控板將通過驅(qū)高壓繼電器來實現(xiàn)；在主控板和高壓模塊之間設(shè)置了電壓電流采集電路，當電流監(jiān)測值超過報警設(shè)定值時，主控板將斷開高壓繼電器；對于驅(qū)動儀的實時狀態(tài)顯示功能，高壓模塊的輸出電壓和電流信號經(jīng)過放大器放大，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后進入主控板，主控板經(jīng)過智能邏輯運算處理后，由計算機進行實時狀態(tài)顯示。該主控板在設(shè)計上體現(xiàn)了集成化和智能化的優(yōu)點，滿足了研制一種小型化、智能化、經(jīng)濟實用的電驅(qū)動儀的需要。
[0021]本發(fā)明將微電子技術(shù)與微流控技術(shù)進行結(jié)合，組成了可智能操控的八路電驅(qū)動儀主控板，在設(shè)計和應用上都體現(xiàn)出集成化、智能化和操作簡單的特點。輸出路數(shù)可達八路，每路輸出可實現(xiàn)“前懸浮、高壓、0伏(接地)、后懸浮”四種，實驗參數(shù)(路數(shù)、電壓、時間、懸浮、接地等)可自由選擇設(shè)置。
【權(quán)利要求】
1.一種智能化八路微流控芯片電泳電驅(qū)動儀主控板，其特征是: 包括CPU、達林頓管、三端可調(diào)分流基準源TL431、晶振、運算放大器和低壓繼電器，CPU有兩個，每個CPU內(nèi)集成有8通道A/D轉(zhuǎn)換器和雙路D/A轉(zhuǎn)換器，同時控制2路輸出，達林頓管控制低壓繼電器，低壓繼電器控制高壓繼電器實現(xiàn)狀態(tài)的切換，三端可調(diào)分流基準源TL431電路連接CPU，提供電壓基準，運算放大器電路連接CPU和電驅(qū)動儀中的高壓模塊，實現(xiàn)CPU控制電壓輸出和實時電壓采樣，晶振連接CPU ； CPU控制D/A轉(zhuǎn)換器輸出控制，實現(xiàn)高壓的輸出；通過達林頓管增大驅(qū)動電流，控制低壓繼電器的吸合，從而使低壓繼電器輸出12V電壓，進而控制電驅(qū)動儀中的高壓繼電器狀態(tài)的切換；TL431電路為A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器輸出2.5V提供基準源；晶振16M提供CPU工作的基本振蕩頻率；運算放大器將輸出電壓轉(zhuǎn)換至0-5V，將輸入的檢測電壓控制到0-2.5V，檢測電流轉(zhuǎn)化為0-2.5V ;低壓繼電器通過CPU的控制來輸出3.3V的開關(guān)量，驅(qū)動達林頓管，進而控制高壓繼電器的開閉，實現(xiàn)高壓繼電器輸出0伏、高壓和懸浮三種狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化八路微流控芯片電泳電驅(qū)動儀主控板，其特征是，所述CPU為16位。
【文檔編號】G05B19/042GK103454953SQ201310425345
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月17日
【發(fā)明者】劉汝濤, 郝明路, 羅亞慧, 劉衍青, 張強, 戴睿軒, 韓超 申請人:山東大學