一種生化分析儀電子控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及智能控制領(lǐng)域，具體涉及一種生化分析儀電子控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 生化分析儀是利用光吸收原理來檢測人體血液和體液中多項生化指標(biāo)的常規(guī)儀 器，廣泛應(yīng)用于各醫(yī)院的醫(yī)療檢測；當(dāng)前國內(nèi)的生化分析儀存在分析速度慢、精準(zhǔn)度差、自 動化程度低等諸多問題；生化分析儀的電子控制系統(tǒng)是實現(xiàn)整個儀器實時化監(jiān)測和操控 的核心部件、也肩負(fù)著與上位PC機通信的重要任務(wù)，是整個生化儀自動化程度的保證；當(dāng) 前國產(chǎn)生化分析儀的電子控制系統(tǒng)需要多微控芯片來實現(xiàn)，導(dǎo)致電子控制系統(tǒng)相對比較復(fù) 雜，也增加了數(shù)據(jù)分析和儀器操控時間、儀器出現(xiàn)故障的機會和運行成本。
[0003] 此外，生化分析儀在進(jìn)行生化指標(biāo)測量時，比色杯內(nèi)的各類生化反應(yīng)對溫度漲落 異常敏感，只能在恒溫情況下，才能獲得可靠、準(zhǔn)確的測量分析結(jié)果。因此，生化分析儀的電 子控制系統(tǒng)對比色杯溫度進(jìn)行高精度的測量和恒溫控制顯得尤為重要；當(dāng)前的生化儀溫度 監(jiān)控系統(tǒng)主要采用鉑熱電阻PtlOO來進(jìn)行溫度監(jiān)測，但器件會因通過電流過大而使自身發(fā) 熱而引入誤差；雖然可以在A/D轉(zhuǎn)換器件前加小信號放大電路來減小誤差，但同時也增加 前端溫度采集電路的復(fù)雜程度，降低了高精度控溫的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種簡單、易操作、分析速 度快、高精度的生化分析儀的電子控制系統(tǒng)。
[0005] 本實用新型的具體實施方案是采用ARM控制芯片，搭配強有力的、調(diào)試有序，可實 現(xiàn)實時多任務(wù)管理的嵌入式操作系統(tǒng)對生化分析儀的電子控制系統(tǒng)進(jìn)行操控和管理；利用 電阻溫度系數(shù)大、熱慣性小、響應(yīng)速度快的NTC熱敏電阻傳感器對比色杯進(jìn)行實時溫度測 量，同時搭配基于Fuzzy-PID控制算法對比色杯進(jìn)行恒溫控制。
[0006] 本實用新型提供一種生化分析儀電子控制系統(tǒng)，包含ARM控制芯片、顯示模塊、鍵 盤模塊、步進(jìn)電機模塊、恒溫控制模塊、光路控制模塊、液路控制模塊、I 2C總線和電源。
[0007] 所述ARM控制芯片采用ARM+DSP結(jié)構(gòu)的ARM芯片，用于對步進(jìn)電機模塊、恒溫控制 模塊、光路控制模塊、液路控制模塊進(jìn)行控制，同時完成生化分析儀的數(shù)據(jù)采集和上位計算 機的通信。
[0008] 所述顯示模塊包括ST7920中文圖形液晶模塊驅(qū)動控制器和IXD顯示屏，在ST7920 控制器驅(qū)動配合下，可實現(xiàn)256X32點陣液晶顯示。
[0009] 所述鍵盤模塊包括ZLG7290鍵盤掃描芯片和8 X 8鍵盤。
[0010] 所述I2C總線主要用于ARM控制芯片與上位PC機的通信。
[0011] 所述步進(jìn)電機模塊主要由驅(qū)動電路和步進(jìn)電機構(gòu)成，驅(qū)動電路采用A3977SED細(xì) 分步進(jìn)電機驅(qū)動芯片，接收ARM芯片指令，調(diào)控液路系統(tǒng)中各控制部分的電機運動。
[0012] 所述恒溫控制模塊包括高精度溫度測量電路和恒溫控制電路，用于對比色杯 中溫度的監(jiān)測和控制；高精度溫度測量電路由恒流源、NTC熱敏電阻傳感器、放大電路、 LTC2400A/D轉(zhuǎn)換芯片以及光電隔離電路構(gòu)成；恒流源主要用于NTC熱敏電阻傳感器提供恒 流電源；NTC熱敏電阻傳感器用于探測比色杯中溫度；LTC2400A/D轉(zhuǎn)換芯片用于模擬信號 向數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。
[0013] 所述光路控制模塊由光學(xué)分度系統(tǒng)(包括光源、前置光學(xué)系統(tǒng)、比色杯、后置光學(xué) 系統(tǒng)、單色器)、光電探測器、線性放大電路、模擬開關(guān)、對數(shù)運算電路、A/D轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。
[0014] 所述液路控制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)盤控制部分、攪拌臂控制部分、采樣和清洗控制部分；轉(zhuǎn) 盤控制部分由定位光偶、霍爾傳感器、轉(zhuǎn)盤電機構(gòu)成；攪拌臂控制部分由定位光偶、液位傳 感器、撞針保護(hù)電路、攪拌臂擺動電機構(gòu)成；采樣和清洗控制部分由定位光偶、清洗閾開關(guān) 電路以及注射采樣電機構(gòu)成。
[0015] 所述電源模塊主要為自動分析儀提供電源，包括整流、穩(wěn)壓、濾波、去噪、電磁兼容 電路。
[0016] 本實用新型的有益效果在于，提供的生化分析儀電子控制系統(tǒng)，是采用ARM控制 芯片，搭配強有力的、調(diào)試有序，可實現(xiàn)實時多任務(wù)管理的嵌入式操作系統(tǒng)對生化分析儀 的電子控制系統(tǒng)進(jìn)行操控和管理；電子控制系統(tǒng)的電機驅(qū)動模塊由ARM發(fā)出的指令經(jīng)過 A3977SED細(xì)分步進(jìn)電機驅(qū)動芯片可有效調(diào)控液路系統(tǒng)中各控制部分的電機運動，而無需對 各電機分芯片控制；電子控制系統(tǒng)的恒溫控制系統(tǒng)利用電阻溫度系數(shù)大、熱慣性小、響應(yīng)速 度快的NTC熱敏電阻傳感器對比色杯進(jìn)行實時溫度測量，同時搭配基于Fuzzy-智能PID復(fù) 合控制算法對比色杯進(jìn)行恒溫控制，可以高精度控制比色杯中樣品的反應(yīng)溫度；由于電子 系統(tǒng)由單一的ARM控制芯片集中控制管理，且該芯片集成定時、計數(shù)器、存儲器等豐富的片 上資源，具有運行速度快等各種優(yōu)勢；另外，NTC熱敏電阻傳感器、Fuzzy-PID控制算法為生 化分析儀提供了高精度恒溫控制系統(tǒng)可提高分析生化指標(biāo)的準(zhǔn)確性；因此，該電子控制系 統(tǒng)即具有空間體積小、簡單易操作、分析速度快等優(yōu)點，又可提高生化分析儀的準(zhǔn)確性。
【附圖說明】
[0017] 圖1所示為本實用新型中生化分析儀電子控制系統(tǒng)框圖。
[0018] 圖2所示為本實用新型中步進(jìn)電機細(xì)分芯片電路圖。
[0019] 圖3所示為本實用新型中恒溫控制模塊框圖。
[0020] 圖4所示為本實用新型中恒流源電路圖。
[0021] 圖5所示為本實用新型中高精度溫度測量電路。
[0022] 圖6所示為本實用新型中Fuzzy-智能PID復(fù)合控制算法原理圖。
[0023] 圖7所示為本實用新型中光路控制模塊框圖。
[0024] 圖8所示為本實用新型中液路控制模塊框圖。
[0025] 圖9所示為本實用新型中恒溫控制程序流程圖。
【具體實施方式】
[0026] 下文將結(jié)合具體附圖詳細(xì)描述本實用新型具體實施例。應(yīng)當(dāng)注意的是，下述實施 例中描述的技術(shù)特征或者技術(shù)特征的組合不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是孤立的，它們可以被相互組合從 而達(dá)到更好的技術(shù)效果。
[0027] 如圖1所示，本實用新型提供一種生化分析儀電子控制系統(tǒng)，包括：電源UARM控 制芯片2、顯示模塊3、鍵盤模塊4、I 2C總線5、步進(jìn)電機模塊6、恒溫控制模塊7、光路控制模 塊8、液路控制模塊9。
[0028] 電源1包括整流、穩(wěn)壓、濾波、去噪、電磁兼容電路，主要用于自動分析儀電子控制 系統(tǒng)的電源供應(yīng)。
[0029] ARM控制芯片2采用ARM+DSP結(jié)構(gòu)的ARM芯片，具有超強的數(shù)學(xué)運算功能，是整個 生化分析儀電子控制系統(tǒng)的控制核心，搭配UCLinux嵌入式操作系統(tǒng)實時對步進(jìn)電機驅(qū)動 模塊、恒溫控制模塊、光路控制模塊、液路控制模塊進(jìn)行控制，同時完成生化分析儀的數(shù)據(jù) 采集和上位計算機的通信。
[0030] 顯示模塊3是利用ST7920中文圖形液晶模塊驅(qū)動控制器驅(qū)動IXD顯示屏，在 ST7920控制器驅(qū)動配合下，可實現(xiàn)256X32點陣液晶顯示；用于生分分析儀控制指令顯示 以及監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示。
[0031] 鍵盤模塊4通過I2C總線連接ZLG7290鍵盤掃描芯片與ARM控制芯片完成數(shù)據(jù)傳 輸，可實現(xiàn)8 X 8鍵盤操作，用于控制指令數(shù)據(jù)輸入。
[0032] I2C總線5主要用于ARM控制芯片與上位機的數(shù)據(jù)通信。
[0033] 步進(jìn)電機模塊6由驅(qū)動電路和步進(jìn)電機構(gòu)成，驅(qū)動電路的實現(xiàn)是采用A3977SED 細(xì)分步進(jìn)電機驅(qū)動芯片，包括熱關(guān)機、欠電壓閉鎖、和交叉保護(hù)電路；輸出由雙H橋電路實 現(xiàn)，步進(jìn)電機芯片細(xì)分電路圖如圖2所示；各處步進(jìn)電機采用開環(huán)控制，步進(jìn)電機運動初始 位置由光電耦合器組成的光電開關(guān)采集步進(jìn)電機運動位置信號，并經(jīng)過濾波去抖處理后， 送入ARM控制芯片，ARM控制芯片存儲位置信息，并依據(jù)位置信息做出相應(yīng)的指令。
[0034] 恒溫控制模塊7包括高精度溫度測量電路和恒溫控制電路；恒溫控制模塊框圖如 圖3所示；該模塊首先通過鍵盤輸入目標(biāo)溫度預(yù)想值及上下限（或由上位PC機直接給定）， 同時NTC熱敏電阻傳感器啟動，實時監(jiān)測比色杯中實際溫度并轉(zhuǎn)化為電壓信號，通過A/D轉(zhuǎn) 換輸送于ARM控制芯片；當(dāng)實際溫度低于目標(biāo)溫度時，ARM控制芯片發(fā)出指令驅(qū)動加熱電路 工作使溫度升高，反之，驅(qū)動制冷電路工作，使溫度降低；最后顯示模塊3對溫度進(jìn)行顯示； 為了防止抑制系統(tǒng)噪聲，消除接地回路的干擾，溫度測量和恒溫控制電路中都加入光電隔 離電路；高精度溫度測量電路由恒流源、NTC熱敏電阻傳感器、放大電路、LTC2400A/D轉(zhuǎn)換 芯片以及光電隔離電路構(gòu)成；恒流源電路如圖4所示，運放U2A將信號放大兩倍，運放U2B 是