一种全自动酶标洗板机的制作方法

本实用新型涉及一种全自动酶标洗板机。

背景技术：

酶标板是用于酶联免疫吸附剂测定(ELISA)的装置，对酶标板的清洗过程不属于ELISA反应步骤，但却是决定试验成败的关键，目的是洗去反应液中没有与固定抗原或抗体结合的物质，以及在反应过程中非特异性吸附于固相载体的干扰物质，具体洗涤步骤为吸干孔内反应液，将洗涤液注满酶标板孔，浸泡一定时间，同时振动酶标板，吸干孔内废液，如此反复3-4次，达到清洗的目的。

酶标洗板机是用来清洗酶标板的一种医疗器械。由于酶标板检测后会有残留物质，导致检测数据误差，酶标洗板机在我国各大医院及科研单位使用已经非常普及，一般和酶标仪配套使用。

传统洗板从最早的手工吸管法洗板，到简易法的自制器具洗板法，再到如今的各种型别的洗板机出现，给生化、酶免等工作带来了方便，越来越简单、时效、快捷。但是，也经常出现一些让人不如意的结果，常因洗涤或吸液不彻底，残留非特异性的物质，显色后易出现假阳性反应。另外，有时血清标本可能析出不完全，有纤维蛋白的缠绕或因盐类沉积，经常堵塞清洗头，使之清洗不到位或使清洗液溢出，造成交叉污染。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于提供一种全自动酶标洗板机，以解决现有技术存在的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种全自动酶标洗板机，包括位于清洗室的清洗头，所述清洗头内平行设置有多个清洗液通道，在每个清洗液通道上布置一排与酶标板内的试管位置对应的清洗孔；

还包括：电源模块；微控制器电路；用于控制不同储液瓶中清洗液的流量实现配比清洗液的清洗液控制电路；用于控制配比后的清洗液切换注入至不同清洗液通道的通道切换电路；用于对清洗液通道进行压力检测的清洗头压力检测电路；用于将清洗后的废液吸出至废液瓶的废液排出电路；用于对储液瓶和废液瓶液位进行检测的液位检测电路；用于抽取储液瓶内的清洗液、并将抽取配比后的清洗液调压后经清洗头通道注入清洗头进行清洗的清洗驱动电路；用于在清洗头对酶标板冲洗时对酶标板进行微振的微振电路；用于驱动清洗头在横向或纵向移动的微调驱动电路；用于对清洗室进行臭氧灭菌的臭氧电路；用于对酶标洗板机的操作、故障、工作状态进行语音提示的语音电路；触摸显示屏；

所述电源模块、清洗液控制电路、通道切换电路、清洗头压力检测电路、液位检测电路、废液排出电路、清洗驱动电路、微振电路、微调驱动电路、臭氧电路、语音电路、触摸显示屏分别与微控制器电路连接。

所述清洗液控制电路包括与储液瓶数量对应的多个清洗液控制子电路，每个清洗液控制子电路主要由与微控制器电路连接的光电耦合器Ⅰ和由光电耦合器控制开关状态的电磁阀Ⅰ组成；所述通道切换电路包括与清洗液通道数量对应的多个通道切换子电路，每个通道切换子电路主要由与微控制器电路连接的光电耦合器Ⅱ和由光电耦合器控制导通截止的电磁阀Ⅱ组成。

所述废液排出电路主要由光电隔离电路和真空吸引泵组成。

所述清洗头压力检测电路主要由检测每个清洗液通道管路压力的压力传感器组成。

所述液位检测电路主要由检测储液瓶液位的液位传感器Ⅰ、检测废液瓶液位的液位传感器Ⅱ和差动放大器组成。

所述清洗驱动电路主要由与微控制器电路连接的光电耦合器Ⅲ和由光电耦合器Ⅲ控制的负压真空泵组成。

所述微振电路主要由与微控制器电路连接的步进电机驱动芯片和由步进电机驱动芯片控制的微振电机组成。

所述微调驱动电路主要由微控制器电路连接的步进电机细分驱动芯片和由步进电机细分驱动芯片控制的步进电机组成。

所述臭氧电路主要由光电耦合器Ⅳ，三极管、二极管、继电器、臭氧发生器组成，所述光电耦合器Ⅳ的输出端连接三极管的基极，三极管的发射极接地，二极管的阳极和继电器线圈的一端均连接到三极管的集电极，二极管的阴极和继电器线圈的另一端均连接到工作电源，继电器的常开触点设置在为臭氧发生器提供工作电源的主回路上。

所述的全自动酶标洗板机还包括用于检测清洗室盖板开合状态的面盖检测电路，用于在电路故障或清洗完毕进行报警的蜂鸣器电路，用于提供日期和时间信息的时钟电路，以及USB接口电路；所述面盖检测电路、蜂鸣器电路、时钟电路、USB接口电路分别与微控制器电路连接。

本实用新型将清洗头分为多个通道，每个通道均匀分布与酶标板内的试管位置对应的清洗孔，通过微调驱动电路对清洗头的方向进行调整，通过通道切换电路将清洗液注入到相应通道对酶标板进行冲洗，通过清洗头压力检测电路对每个通道分别进行压力检测，一旦发生堵孔，单片机响应堵孔位置，方便用户及时清除；采用清洗驱动电路、微振电路、废液排出电路实现了冲洗、振荡、强力排空的清洗方式，降低了物质残留，并采用语音电路实现对洗板机的全程操作进行语音提示，对设备自检、故障诊断、清洗状态、液位状态进行语音播报，操作方便；还增加了臭氧灭菌模块（臭氧电路），对清洗后的酶标板进行适量的臭氧灭菌，进一步降低了交叉污染率，又可让酶标板快速干燥；通过触摸显示屏可方便用户操作和观察酶标洗板机的工作状态。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理框图。

图2为本实用新型的电源模块原理图。

图3为本实用新型的微处理器电路原理图。

图4为本实用新型的清洗液控制电路原理图。

图5为本实用新型的通道切换电路原理图。

图6为本实用新型的清洗头压力检测电路原理图。

图7为本实用新型的废液排出电路原理图。

图8为本实用新型的液位检测电路原理图。

图9为本实用新型的清洗驱动电路原理图。

图10为本实用新型的微振电路原理图。

图11为本实用新型的微调驱动电路原理图。

图12为本实用新型的臭氧电路原理图。

图13为本实用新型的语音电路原理图。

图14为本实用新型的触摸显示屏的电路原理图。

图15为本实用新型的面盖检测电路原理图。

图16为本实用新型的蜂鸣器电路原理图。

图17为本实用新型的时钟电路原理图。

图18为本实用新型的USB接口电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

以下清洗液通道的数量、清洗孔的数量、储液瓶的数量、废液瓶的数量、清洗液控制子电路、通道切换子电路的数量等，均可根据需要进行设置。

一种全自动酶标洗板机，包括位于清洗室的96孔清洗头，所述清洗头内平行设置有四个清洗液通道，在每个清洗液通道上布置24个与酶标板内的试管位置对应的清洗孔；还包括电源模块、微控制器电路、清洗液控制电路、通道切换电路、清洗头压力检测电路、废液排出电路、液位检测电路、清洗驱动电路、微振电路、微调驱动电路、臭氧电路、语音电路、触摸显示屏、面盖检测电路、蜂鸣器电路、时钟电路以及USB接口电路；所述电源模块、清洗液控制电路、通道切换电路、清洗头压力检测电路、液位检测电路、废液排出电路、清洗驱动电路、微振电路、微调驱动电路、臭氧电路、语音电路、触摸显示屏、面盖检测电路、蜂鸣器电路、时钟电路、USB接口电路分别与微控制器电路连接。各功能电路具体描述如下：

1、电源模块

参见图2，电源模块采用开关电源芯片U2，功率为240W，输出24V或5V直流电压，为各个电路单元提供电能。

2、微控制器电路

微处理器电路采用ATMEL公司AVR系列ATMEGA128嵌入式单片机，是一款8位微处理器，该芯片是RISC结构，运行速度快，可达到16MIPS，内外部资源丰富，功能强大，高度集成，良好可靠性，价格低廉等特点，特别适用于并嵌入到高档自动化、医疗设备中，软件程序采用avrstudio5.0开发，avrstudio5.0是ATMEL公司专门为AVR单片机量身定做的开发平台，它可以内嵌WINAVR软件，共同基于linux平台开发单片机资源。该单片机具有128K字节的系统内可编程Flash，53个可编程的I/O口线，满足了洗板机电路设计中I/O口的需求，无需再扩展，软件基于linux平台开发，实现多任务异步控制，实现储液瓶的液位检测、微调电机的方向检测控制、清洗通道压力控制等功能。用户可自行编程存贮清洗方案，也可按软件自带预存的模式自动进行清洗，显示屏界面动画演示整个清洗过程，与触摸屏结合对时间、日期、压力、侵泡时间、洗板次数、通道调节、臭氧时间等参数进行设置，全自动完成注液、侵泡、检测、冲洗、吸引、灭菌的全过程。

如图3所示，微控制器电路由微控制器U1、电阻R0、电阻R1、电容C1-C5、电感L1、晶振Y1组成，是整个电路的核心部分；U1为ATMEGA128嵌入式单片机芯片，其53个可编程I/O 口线分别为PA口、PB口、PC口、PD口、PE口、PF口、PG口。芯片U1负责处理所有的信息数据，统一管理各个系统模块，具体I/O口分配为：PA0-PA6口连接微调驱动电路，对芯片U7细分驱动步进电机，控制清洗头的移动位置；PA7口连接蜂鸣器电路，发出脉冲报警指令；PB0-PB2连接清洗液控制电路，控制三路储液瓶的流量；PB3-PB6连接通道切换电路，对酶标板分4个通道，各自独立控制清洗状态和时间；PB7连接清洗驱动电路，控制负压真空泵的清洗和吸引；PC0-PC2连接时钟电路，与时钟芯片读写通讯，调整显示时间和日期信息；PC3-PC5连接语音电路，与语音芯片进行通讯，控制播放语音芯片的放音段位；PC6连接面盖检测电路，检测清洗室的面盖是否封闭；PC7、PD2、PD3连接LCD液晶触摸显示屏，对显示屏的数据读写，显示人机交互界面；PD0、PD1、PD4-PD7、PE2-PE6连接微振电路，通过步进电机驱动芯片的细分，控制酶标板的振幅；PE0、PE1连接USB接口电路，和上位机进行通讯，读写单片机的数据；PF0-PF3连接清洗头压力检测电路，对清洗头分四个通道的压力进行检测，防止堵孔；PF4-PF7连接液位检测电路，对储液瓶、废液瓶的液位进行控制；PG0连接废液排出电路，对清洗时产生的废液进行强力排空；PG1连接清洗驱动电路，通过单片机信号占空比对负压真空泵清洗电机的转速进行控制，达到控制清洗压力的目的；PG2口连接臭氧电路，控制臭氧发生器的臭氧输出量，达到灭菌的效果，防止交叉污染。

3、清洗液控制电路

清洗液控制电路，用于控制三个储液瓶中清洗液的流量，实现配比清洗液。清洗液控制电路包括三个清洗液控制子电路，每个清洗液控制子电路主要由与微控制器电路连接的光电耦合器Ⅰ和由光电耦合器控制开关状态的电磁阀Ⅰ组成。每个清洗液控制子电路控制光电耦合器Ⅰ的通断，进而控制电磁阀Ⅰ的开/关状态，三个电磁阀ⅠLQ1-LQ3用来分别控制对应储液瓶中清洗液的流量，达到不同清洗液配比的目的。参见图4，清洗液控制电路由三个光电耦合器ⅠUL1-UL3、电阻R25-R41、NMOS管Q1-Q3、二极管D1-D6、电磁阀ⅠLQ1-LQ3组成。

4、通道切换电路

通道切换电路，用于控制配比后的清洗液切换注入至四个清洗液通道的通道切换电路。

通道切换电路包括四个通道切换子电路，每个通道切换子电路主要由与微控制器电路连接的光电耦合器Ⅱ和由光电耦合器控制导通截止的电磁阀Ⅱ组成。单片机发出的信号驱动四个通道切换子电路的光电耦合器Ⅱ，进而切换控制四个清洗液通道上电磁阀Ⅱ的导通截止状态，使其中一个清洗液通道注入清洗液，通过该通道进行连续或脉冲清洗。参见图5，通道切换电路由三个光电耦合器ⅡUL4-UL7、电阻R42-R65、NMOS管Q4-Q7、二极管D7-D14、电磁阀ⅡLQ4-LQ7组成。

5、清洗头压力检测电路

清洗头压力检测电路，用于对四个清洗液通道进行压力检测。参见图6，清洗头压力检测电路由放大芯片U5、U6、电阻R5-R16、电容C10-C17、以及四个压力传感器H1-H4组成。四个压力传感器H1-H4设置在四个清洗液通道内，检测四个通道的管路压力，当清洗孔发生堵孔5个以上时，管路中压力发生变化，对应通道的电磁阀打开，单片机自动增加模拟输出量，通过清洗驱动电路增加负压泵MG4的压力，对堵塞的通道加压冲洗，同时触摸显示屏中显示通道堵孔状态，提示加压清洗。

6、废液排出电路

废液排出电路，用于将清洗后的废液吸出至位于清洗室外的废液瓶，对清洗室的废液进行强力排空。参见图7，废液排出电路由光电隔离芯片UL8、电阻R66-R69、双向晶闸管T1、电容C22、电容C23、二极管D15、真空吸引泵MG2组成，光电隔离芯片UL8对单片机发出的控制信号进行光电隔离，真空吸引泵MG2在单片机发出的信号驱动下将清洗室内的废液吸引排出至废液瓶。

7、液位检测电路

液位检测电路，用于对三个储液瓶和一个废液瓶的液位进行检测。参见图8，液位检测电路主要由检测四个储液瓶液位的四个液位传感器ⅠTQ1-TQ3、检测废液瓶液位的液位传感器ⅡTQ4、差动放大器U9、电阻R70-R85、电容C23-C34、差动放大器U9组成，传感器TQ1-TQ4采集的信号经差动放大器U9放大，经单片机处理后对储液瓶和废液瓶清洗液的容量进行测量，防止因药液余量不足或外溢引起的故障。

8、清洗驱动电路

清洗驱动电路，用于抽取储液瓶内的清洗液，并将抽取配比后的清洗液调压后经清洗头通道注入清洗头进行冲洗。参见图9，清洗驱动电路由与微控制器电路连接的光电耦合器ⅢUL9、由光电耦合器Ⅲ控制的负压真空泵MG4、三极管Q8、NMOS管Q9、电阻R92-R95、二极管D16组成，在单片机发出的控制信号驱动负压真空泵MG4抽取储液瓶内的清洗液，再将清洗液注入清洗头进行清洗，可根据需要进行10挡清洗压力调整。

9、微振电路

微振电路，用于在清洗头对酶标板冲洗时对酶标板进行微振。参见图10，微振电路由与微控制器电路连接的步进电机驱动芯片U10、由步进电机驱动芯片控制的微振电机MG3、电阻R86-R91、可调电阻RL1、电容C35-C37组成，步进电机驱动专用芯片U10可以实现高频斩波，恒流驱动，具有很强的抗干扰扰性、控制信号与内部信号实现光电隔离、运行平稳的特点，通过单片机发出的脉冲信号，控制微振电机MG3的振幅，和冲洗功能结合使其酶标板的污垢脱落。

10、微调驱动电路

微调驱动电路，为清洗头的核心部件，用于驱动清洗头在横向或纵向移动。参见图11，微调驱动电路由微控制器电路连接的步进电机细分驱动芯片U7，由步进电机细分驱动芯片控制的步进电机MG1，以及电阻R17-R20、电容C18-C20组成。步进电机细分驱动芯片U7，根据单片机发出的信号对步进电机MG1进行调节，控制清洗头的移动方向（横向或纵向）。

11、臭氧电路

臭氧电路，用于对清洗室进行臭氧灭菌。参见图12，臭氧电路由光电耦合器ⅣUL10、三极管Q10、继电器JK1、二极管D17、电阻R96-R98和臭氧发生器组成。光电耦合器ⅣUL10的输出端连接三极管Q10的基极，三极管Q10的发射极接地，二极管D17的阳极和继电器JK1线圈的一端均连接到三极管Q10的集电极，二极管D17的阴极和继电器JK1线圈的另一端均连接到24V工作电源，继电器JK1的常开触点设置在为臭氧发生器提供220V工作电源的主回路上。臭氧电路通过光电耦合器ⅣUL10、继电器JK1进行光电隔离，单片机控制臭氧发生器的工作时间，对清洗室进行臭氧灭菌。

12、语音电路

语音电路，用于对酶标洗板机的操作、故障、工作状态进行语音提示。参见图13，语音电路由PM6616语音芯片U4、电阻R3、电容C0、扬声器LS0组成。

13、触摸显示屏

为了方便操作和观察酶标洗板机的工作状态，采用了7寸彩色LCD液晶显示屏+触摸屏设计，显示屏与单片机的连接为串行接口方式，而且显示屏可独立扩展SD内存卡，用来储存清洗动画方案。具体电路参见图14。

14、面盖检测电路

面盖检测电路，用于检测清洗室盖板开合状态。参见图15，面盖检测电路，由电阻R21、电阻R22、开关S1、电容C21组成，检测玻璃盖板的打开和关闭状态，盖板打开时开关S1闭合，单片机停止清洗室的一切任务，防止误操作故障产生。

15、蜂鸣器电路

蜂鸣器电路，用于在电路故障或清洗完毕进行报警。参见图16，蜂鸣器电路由电阻R23、电阻R24、三极管Q11、蜂鸣器LS1组成，

16、时钟电路

时钟电路，用于提供日期和时间信息。参见图17，时钟电路，由晶振Y2、DS1302时钟电路芯片U8、电池BT1组成，可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时。

17、USB接口电路

参见图18，USB接口电路，由CP2102USB专用芯片U3、USB接口J1、电容C10、电容C11、电阻R2组成，USB专用芯片U3和外围电路配合扩展连接上位机（计算机），对单片机数据进行读取和更改。

本实用新型具有以下优点：

1、采用7寸液晶显示屏+触摸屏的人机交互方式，可视化操作界面，动画演示工作状态，多参数输入控制，可录入时间、日期、压力、侵泡时间、洗板次数、通道调节、臭氧时间等参数；可存储并选择多种清洗方案选择。

2、清洗室的废液由真空吸引泵进行强力排空，无残留，杜绝清洗室因废液的二次污染；对清洗后的酶标板进行适量的臭氧灭菌，避免交叉污染。

3、划分四通道分别对堵孔方位进行检测，防止清洗头堵孔。

4、在清洗过程中同时增加微振动功能，可将污垢较多的酶标板在清洗的同时产生1-5mm的振动，结合冲洗压力调整，实现对酶标板的强力清洗，使孔壁的顽固物质脱落，增加清洗洁净度。

5、全程语音提示操作以及故障、堵孔语音提示功能，让操作和故障排除更方便。