專利名稱：芯片電泳專用程控電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種芯片電泳專用程控電源系統(tǒng)，系統(tǒng)適用于微流控 芯片電泳的流體驅(qū)動控制，屬于電子信息技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景微流控學以其分析快速、微型易攜、高集成化、高通量高內(nèi)涵和 試劑消耗量少等優(yōu)點，迅速發(fā)展成為分析化學的一個重要熱點分支， 并向材料科學、生物學、醫(yī)學等眾多領(lǐng)域滲透，成為一門新興的交叉 學科。對流體的控制是微流控的操作核心，涉及流體的驅(qū)動、混合、 反應(yīng)、分離等過程。實行流體控制的方式有多種，電滲驅(qū)動因具有易 于操作、便于集成化和樣品帶展寬小等優(yōu)勢，在微流控學的發(fā)展中占 有重要的地位，尤其建立在電驅(qū)動基礎(chǔ)上的芯片電泳一直是微流控學 的主流方向之一。然而，由于微流控學操作要求的多樣性，目前尚缺 乏一種可以適應(yīng)多種操作要求、寬電壓范圍且高精度和高穩(wěn)定度、成 本便宜的程控電源系統(tǒng)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對市場現(xiàn)有的電源控制系統(tǒng)不能同時具備寬電壓范圍、 低電流密度、多路輸出等功能，且精度和穩(wěn)定度也不能滿足芯片電泳 多種操作要求的不足，提供一種芯片電泳專用程控電源系統(tǒng)，該系統(tǒng) 可通過多種電壓控制模式的選擇，實現(xiàn)芯片電泳的不同進樣和分離模 式，可以極大地提高實驗操作的靈活性以及實驗結(jié)果的重現(xiàn)性和靈敏 度。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的， 一種芯片電泳專用程控電源系統(tǒng)，其特征是所述系統(tǒng)采用雙CPU程控電源結(jié)構(gòu)，由上位PC 機、上位PC機連接的監(jiān)控人機界面、下位單片機、下位單片機連接的 多路D/A轉(zhuǎn)換電路、各D/A轉(zhuǎn)換電路分別連接的電源模塊、下位單片 機連接的A/D轉(zhuǎn)換電路以及上、下位機雙CPU之間的串行通信電路組 成；各電源模塊的輸出端外接負載，電源模塊中的電壓電流檢測電路 的輸出連接A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端。所述的各電源模塊均包含P麗脈寬調(diào)制電路、功率開關(guān)管、高頻 變壓器、整流濾波電路、電壓電流采樣電路；PWM脈寬調(diào)制電路的輸 入接D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出，功率開關(guān)管的柵極接P麗脈寬調(diào)制電路輸 出端，功率開關(guān)管的漏極接高頻變壓器的初級，高頻變壓器的次級接 整流濾波電路的輸入端，整流濾波電路的輸出端與負載相連，與整流 濾波電路的輸出端相連的電壓采樣電路和與負載串聯(lián)的電流采樣電路 的輸出端接A/D轉(zhuǎn)換電路輸入端。下位單片機采用MCS-51系統(tǒng)單片機，與上位機PC機之間的通信 采用RS232接口電路，下位機MCS-51系統(tǒng)單片機接收來自上位機的 測試開始及控制電壓信號，MCS-51單片機與D/A轉(zhuǎn)換器相連，通過 D/A轉(zhuǎn)換得到控制電壓的模擬量，提供給穩(wěn)壓電源模塊作為基準電壓， 同時實時采集每個電源模塊的輸出電流、輸出電壓信號，通過A/D轉(zhuǎn) 換成相應(yīng)的數(shù)字量，其數(shù)據(jù)被MCS-51單片機接收，再通過RS232接 口將測試數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機。本發(fā)明在芯片電泳專用程控軟件的支持下，可對某一路或多路程 控輸出、輸出電壓與運行時間進行設(shè)置、可對進樣、進樣分離、夾流 進樣和夾流進樣分離等多種芯片電泳程控模式進行選擇、顯示實時產(chǎn) 生的測試電流與時間的關(guān)系曲線和數(shù)據(jù)、可實時保存各路測試電流和 時間數(shù)據(jù)并設(shè)置保存數(shù)據(jù)的路徑、具有各路曲線設(shè)置與查詢、坐標設(shè) 置、文件選擇、數(shù)據(jù)査詢、結(jié)束查詢等功能；下位單片機系統(tǒng)與專用程控電源可提供多路直流電壓程控輸出，各路直流電壓0 2500V連續(xù) 可調(diào)，電壓設(shè)置標度間隔為IV，電壓控制和數(shù)據(jù)采集精度為1%0，輸 出電流為1mA 1diA;下位單片機通過RS232接口與上位微機PC機進 行通信。本發(fā)明可使實驗在一個設(shè)定的電壓控制模式下進行，大大提高了 實驗的重現(xiàn)性，并可實現(xiàn)多路芯片電泳實驗。本發(fā)明具有程控多路直流電壓輸出、電壓控制和數(shù)據(jù)采集精度高、 穩(wěn)定度好、多種芯片電泳程控模式、實時顯示測試曲線，保存數(shù)據(jù)及 曲線、數(shù)據(jù)查詢等特點，該程控電源系統(tǒng)適用于芯片電泳有一維和多 維等多種操作模式，并可用于基于電泳分'離基礎(chǔ)上的生化分析等方向 的應(yīng)用。


圖l為本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為本發(fā)明電原理框圖；圖3為本發(fā)明的程控電源系統(tǒng)的PC機監(jiān)控界面。
具體實施方式
結(jié)合附圖和實施例進一步說明本發(fā)明，如圖1所示，本發(fā)明提供 的多路高精度、高穩(wěn)定度的芯片電泳專用程控電源系統(tǒng)包括以下兩個 部分(1)上位機為PC機，通過專用納米加工程控軟件進行控制電壓與時間設(shè)置，進行進樣、進樣分離、夾流進樣和夾流進樣分離等多種芯片電泳程控模式設(shè)置，選擇測試組等設(shè)置，通過RS232接口將設(shè)置 數(shù)據(jù)發(fā)送給下位機。來自下位機所接受的實時測量的電流和電壓數(shù)據(jù)， 通過RS232接口發(fā)送給上位機，并以數(shù)字及曲線形式顯示在PC機監(jiān) 控人機界面，如圖3所示。其測試數(shù)據(jù)按指定路徑或默認路徑進行數(shù) 據(jù)保存。在觀察測試曲線時，進行縱坐標設(shè)置和時間坐標設(shè)置可以實時觀察曲線的細節(jié)部分，還可以通過文件選擇及數(shù)據(jù)査詢把以往保存 的測試結(jié)果以曲線形式顯示出來，便于進行測試結(jié)果的比較。上位機 還具備串口選擇、測試開始、某組測試結(jié)束和各組測試結(jié)束等功能。(2)下位機為MCS-51系統(tǒng)單片機，接收來自上位機的測試開始 及控制電壓信號，通過D/A轉(zhuǎn)換得到控制電壓的模擬量，提供給穩(wěn)壓 電源部分作為基準電壓，同時實時采集每個電源模塊的輸出電流、輸 出電壓信號，通過A/D轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量，通過RS232接口將測試 數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機，如圖2所示。單片機控制的多路直流電源由多路 獨立的D/A轉(zhuǎn)換電路、若干電源模塊和A/D轉(zhuǎn)換電路組成。每個直流 電源模塊包含P麗脈寬調(diào)制電路、功率開關(guān)管、高頻變壓器、整流濾 波電路、電壓電流采樣電路等。每路的輸出電壓通過輸出電壓采樣電 路中的電位器進行微調(diào)，精確校準輸出電壓。本發(fā)明中所涉及的D/A轉(zhuǎn)換電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和電源模塊中的 P麗脈寬調(diào)制電路、整流濾波電路、電壓與電流采樣電路均可采用現(xiàn) 有成熟技術(shù)、成熟電路。實驗過程先將程控穩(wěn)壓電源分別與PC機、芯片電泳裝置相連，在PC機上 打開程控穩(wěn)壓電源系統(tǒng)的專用軟件，在PC機監(jiān)控界面上設(shè)置控制電壓 與時間、芯片電泳程控模式、選擇測試組和串口選擇等，在按下測試 開始鍵后，自動進行實時電壓電流監(jiān)測，進樣龜壓和分離電壓自動切 換，檢測過程中可以進行縱坐標設(shè)置和時間坐標設(shè)置，可以實時觀察 微流控芯片電泳電流曲線的細節(jié)部分，除了按設(shè)置的時間自動停止測 試外，可以手動停止某組測試或同時結(jié)束各組測試。
權(quán)利要求
1、一種芯片電泳專用程控電源系統(tǒng)，其特征是所述系統(tǒng)采用雙CPU程控電源結(jié)構(gòu)，由上位PC機、上位PC機連接的監(jiān)控人機界面、下位單片機、下位單片機連接的多路D/A轉(zhuǎn)換電路、各D/A轉(zhuǎn)換電路分別連接的電源模塊、下位單片機連接的A/D轉(zhuǎn)換電路以及上、下位機雙CPU之間的串行通信電路組成；各電源模塊的輸出端外接負載，電源模塊中的電壓電流檢測電路的輸出連接A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯片電泳專用程控電源系統(tǒng)，其特征是 所述的各電源模塊均包含P麗脈寬調(diào)制電路、功率開關(guān)管、高頻變壓 器、整流濾波電路、電壓電流采樣電路；P麗脈寬調(diào)制電路的輸入接 D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出，功率開關(guān)管的柵極接P麗脈寬調(diào)制電路輸出端， 功率開關(guān)管的漏極接高頻變壓器的初級，高頻變壓器的次級接整流濾 波電路的輸入端，整流濾波電路的輸出端與負載相連，與整流濾波電 路的輸出端相連的電壓采樣電路和與負載串聯(lián)的電流采樣電路的輸 出端接A/D轉(zhuǎn)換電路輸入端。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯片電泳專用程控電源系統(tǒng)，其特征是 下位機采用MCS-51系統(tǒng)單片機，與上位PC機之間的通信采用RS232 接口電路，下位機MCS-51系統(tǒng)單片機接收來自上位機的測試開始及 控制電壓信號，MCS-51單片機與D/A轉(zhuǎn)換器相連，通過D/A轉(zhuǎn)換得 到控制電壓的模擬量，提供給穩(wěn)壓電源模塊作為基準電壓，同時實時 采集每個電源模塊的輸出電流、輸出電壓信號，通過A/D轉(zhuǎn)換成相應(yīng) 的數(shù)字量，其數(shù)據(jù)被MCS-51單片機接收，再通過RS232接口將測試 數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種芯片電泳專用程控電源系統(tǒng)，屬于電子信息技術(shù)領(lǐng)域，解決現(xiàn)有電源控制系統(tǒng)不能同時具備寬電壓范圍、低電流密度、多路輸出等功能，本發(fā)明采用雙CPU程控電源結(jié)構(gòu)，由上位PC機、上位PC機連接的監(jiān)控人機界面、下位單片機、下位單片機連接的多路D/A轉(zhuǎn)換電路、各D/A轉(zhuǎn)換電路分別連接的電源模塊、下位單片機連接的A/D轉(zhuǎn)換電路以及上、下位機雙CPU之間的串行通信電路組成，本發(fā)明具有程控多路直流電壓輸出、電壓控制和數(shù)據(jù)采集精度高、穩(wěn)定度好、多種芯片電泳程控模式、實時顯示測試曲線，保存數(shù)據(jù)及曲線、數(shù)據(jù)查詢等特點，該程控電源系統(tǒng)適用于芯片電泳一維和多維等多種操作模式，并可用于基于電泳分離基礎(chǔ)上的生化分析等方向的應(yīng)用。
文檔編號H02M3/24GK101236175SQ20081001860
公開日2008年8月6日 申請日期2008年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月4日
發(fā)明者夏興華, 杜宇人 申請人:揚州大學