一種pcr儀的無線監(jiān)控方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種監(jiān)控方法，尤其是涉及一種PCR儀的無線監(jiān)控方法。
【背景技術(shù)】
[0002]生命科學(xué)儀器的發(fā)展為生命科學(xué)提供了有效工具和強(qiáng)有力的研究手段。使其從細(xì)胞水平上的研究飛躍發(fā)展到分子層次上的深入研究。離開這些現(xiàn)代化生命科學(xué)儀器的支撐，許多重大的研究項(xiàng)目和工程都將舉步維艱。PCR儀器是一種應(yīng)用廣泛、十分重要的生命科學(xué)儀器。聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(polymerase chain react1n,PCR)是一種體外快速擴(kuò)增特異性DNA片段的酶學(xué)方法，其PCR反應(yīng)的基本過程分為三步。第一步，DNA變性(94°C )，雙鏈DNA模板在熱作用下氫鍵斷裂，形成單鏈DNA ;第二步，退火(55°C )，系統(tǒng)溫度降低，引物與DNA模板結(jié)合，形成局部雙鏈；第三步，延伸(72°C)，在Taq酶的作用下，以dNTP為原料從引物的5端到3端延伸，合成與模板互補(bǔ)的DNA鏈。PCR儀就是通過控制樣品達(dá)到不同溫度，對被擴(kuò)增的DNA片段進(jìn)行變性、退火和聚合處理，以達(dá)到將DNA片段的量成倍擴(kuò)增的目的。因此，溫度控制的精度，尤其是各個溫度值的時(shí)間控制，直接影響DNA片段擴(kuò)增的效率。
[0003]現(xiàn)有PCR儀的監(jiān)控方法通常都只對樣品基座底部進(jìn)行溫度采樣和控制，沒有考慮樣品基座的側(cè)壁與外圍空氣的對流換熱對基座溫度均勻性的影響，從而達(dá)不到較高的控溫精度，影響了 DNA片段擴(kuò)增的效率。另一方面，現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的人機(jī)交互界面主要通過機(jī)械按鈕輸入，IXD顯示輸出信息來實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。這就意味著PCR儀運(yùn)行時(shí)，工作人員必須在儀器旁邊，而一個PCR的運(yùn)行時(shí)間為2?4小時(shí)。因此難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，且增加了勞動強(qiáng)度，降低了工作效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種PCR儀的無線監(jiān)控方法，能夠?qū)CR儀的運(yùn)行程序進(jìn)行無線遠(yuǎn)程設(shè)定和對PCR儀的溫控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種PCR儀的無線監(jiān)控方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0006]步驟一，建立無線通信連接:布設(shè)在PCR儀工作現(xiàn)場的溫度控制系統(tǒng)與布設(shè)在遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的監(jiān)控中心上位機(jī)通過無線寬帶互聯(lián)網(wǎng)建立通信連接；所述溫度控制系統(tǒng)和監(jiān)控中心上位機(jī)均連接有WIFI無線網(wǎng)卡；所述溫度控制系統(tǒng)包括主控芯片、EPROM存儲器、LCD顯示器、信號隔離電路、放大濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第三溫度傳感器、第一溫控電路、第二溫控電路、加熱電路、由底座和側(cè)壁組成的樣品基座、設(shè)置在所述樣品基座上用于放置試管的反應(yīng)槽，以及設(shè)置在所述反應(yīng)槽正上方用于維持所述試管頂部溫度以防止試液蒸發(fā)在所述試管頂部形成冷凝水的熱蓋；所述第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第三溫度傳感器均與信號隔離電路相接，所述信號隔離電路、放大濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和主控芯片依次相接，所述第一溫控電路分別與主控芯片和所述底座相接，所述第二溫控電路分別與主控芯片和所述側(cè)壁相接，所述加熱電路分別與主控芯片和熱蓋相接，所述EPROM存儲器和IXD顯示器均與主控芯片相接；
[0007]步驟二，參數(shù)采集命令發(fā)送與接收:監(jiān)控中心上位機(jī)通過WIFI無線網(wǎng)卡經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)向主控芯片發(fā)送參數(shù)采集命令，其溫度采樣頻率設(shè)置為50HZ ;主控芯片接收到所述參數(shù)采集命令后，通知所述第一溫度傳感器、第二溫度傳感器和第三溫度傳感器按照所述采樣頻率進(jìn)行溫度信號采集；
[0008]步驟三，溫度信號采集與處理:第一溫度傳感器對分布在底座中間部分的反應(yīng)槽溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測；第二溫度傳感器對靠近側(cè)壁的反應(yīng)槽溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測；第三溫度傳感器對熱蓋的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測；所述第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第三溫度傳感器將檢測到的溫度信號分別經(jīng)信號隔離電路傳輸給放大濾波電路；放大濾波電路對所述溫度信號進(jìn)行放大和濾波處理，然后傳輸給A/D轉(zhuǎn)換電路;A/D轉(zhuǎn)換電路將所述溫度信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后傳輸給主控芯片；
[0009]步驟四，PID參數(shù)計(jì)算:主控芯片一方面將溫度數(shù)據(jù)存儲在與其相接的EPROM存儲器中，另一方面與監(jiān)控中心上位機(jī)進(jìn)行信息交互，將所述溫度數(shù)據(jù)通過WIFI網(wǎng)絡(luò)傳輸給監(jiān)控中心上位機(jī)；監(jiān)控中心上位機(jī)將接收到的溫度信號與預(yù)設(shè)溫度值進(jìn)行比較，得出溫度偏差值，然后采用遺傳算法根據(jù)溫度偏差值和偏差的變化率計(jì)算出比例控制系數(shù)、積分控制系數(shù)、微分控制系數(shù)等PID參數(shù)，并向主控芯片發(fā)出溫度控制命令；
[0010]步驟五，控制命令接收，溫度實(shí)時(shí)調(diào)節(jié):主控芯片接收到所述溫度控制命令后，根據(jù)所述比例控制系數(shù)、積分控制系數(shù)、微分控制系數(shù)和溫度偏差值對PCR儀的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，包括以下方式:
[0011]采用第一溫控電路對底座的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)；
[0012]采用第二溫控電路對側(cè)壁的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)；
[0013]采用加熱電路將熱蓋加熱到設(shè)定溫度；
[0014]步驟六，數(shù)據(jù)顯示及溫度超限報(bào)警:主控芯片根據(jù)檢測到的溫度信號和PCR儀的運(yùn)行工況，通過內(nèi)部集成的圖形生成軟件得出溫度控制曲線，并在LCD顯示器上實(shí)時(shí)顯示出來以供參考；同時(shí)監(jiān)控中心上位機(jī)對溫度數(shù)據(jù)做出實(shí)時(shí)判斷，若超出設(shè)定范圍，則驅(qū)動與其相接的報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)警信號，并向工作人員的WIFI手機(jī)發(fā)出故障通知短信；所述WIFI手機(jī)與監(jiān)控中心上位機(jī)無線連接。
[0015]上述一種PCR儀的無線監(jiān)控方法，其特征是:所述主控芯片為ARM微處理器。
[0016]上述一種PCR儀的無線監(jiān)控方法，其特征是:所述第一溫度傳感器、第二溫度傳感器和第三溫度傳感器均為鉬熱電阻PT1000。
[0017]上述一種PCR儀的無線監(jiān)控方法，其特征是:所述遺傳算法計(jì)算所述PID參數(shù)時(shí)采用的是實(shí)數(shù)編碼方式。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):步驟簡單，靈活方便；控制實(shí)時(shí)性能好，監(jiān)控界面生動準(zhǔn)確；能夠同時(shí)對樣品基座的底座和側(cè)壁的溫度進(jìn)行無線遠(yuǎn)程監(jiān)控，保證了樣品基座溫度分布的均勻性，使樣品基座的每個反應(yīng)槽的溫度以及溫度保持的時(shí)間控制精確，有效解決了現(xiàn)有監(jiān)控方法精度不高、DNA片段擴(kuò)增的效率低、工人勞動強(qiáng)度大、工作效率低等問題。
[0019]下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]如圖1所示，本發(fā)明包括以下步驟:
[0022]步驟一，建立無線通信連接:布設(shè)在PCR儀工作現(xiàn)場的溫度控制系統(tǒng)與布設(shè)在遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的監(jiān)控中心上位機(jī)通過無線寬帶互聯(lián)網(wǎng)建立通信連接；所述溫度控制系統(tǒng)和監(jiān)控中心上位機(jī)均連接有WIFI無線網(wǎng)卡；所述溫度控制系統(tǒng)包括主控芯片、EPROM存儲器、LCD顯示器、信號隔離電路、放大濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第三溫度傳感器、第一溫控電路、第二溫控電路、加熱電路、由底座和側(cè)壁組成的樣品基座、設(shè)置在所述樣品基座上用于放置試管的反應(yīng)槽，以及設(shè)置在所述反應(yīng)槽正上方用于維持所述試管頂部溫度以防止試液蒸發(fā)在所述試管頂部形成冷凝水的熱蓋；所述第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第三溫度傳感器均與信號隔離電路相接，所述信號隔離電路、放大濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和主控芯片依次相接，所述第一溫控電路分別與主控芯片和所述底座相接，所述第二溫控電路分別與主控芯片和所述側(cè)壁相接，所述加熱電路分別與主控芯片和熱蓋相接，所