一种智能生化仪的制作方法
【专利摘要】一种智能生化仪，其特征在于，其包括：控制器、电源模块、触摸屏、液路控制系统、光路控制系统、数据采集系统、恒温控制系统；所述电源模块与所述控制器相连，为设备提供电源；所述触摸屏与所述控制器相连，提供友好的人机接口，方便医务人员操作；所述液路控制系统与所述控制器相连，控制吸入比色池的检液数量；所述数据采集系统与所述光路控制系统相连，采集光路控制系统所获得的数据；所述数据采集系统与所述控制器相连，把数据采集系统所获得的数据输送给控制器处理；所述恒温控制系统与所述控制器相连，控制检测过程中检液的温度恒定。
【专利说明】一种智能生化仪
【技术领域】
[0001]本发明涉及智能控制【技术领域】，特别涉及一种智能生化仪。
【背景技术】
[0002]生化分析仪是临床医学诊断中一个十分重要的仪器，生化分析仪主要用于对人体体液中的各种生化指标进行检测，如葡萄糖、胆固醇等，根据生化指标的差异，为医生确定病人病情提供科学依据。它的出现大大改变了原来由于采用手工生化分析而导致的操作繁琐，操作者主观因素影响大，错误几率大的状况。生化分析仪是涉及到光学、机械、电子、计算机、生物化学和临床医学等多个【技术领域】的高科技产品。目前我国生化分析仪主要是采用较低档次的处理器，其硬件复杂，功能较弱，人机交互较差；随着嵌入式系统的发展，生化分析仪向数字化、智能化、信息化等方向发展。
【发明内容】
[0003]针对现有技术的不足，发明一种智能生化仪，采用SAMAUNG公司的ARM9内核S3C2410A芯片为系统CPU，采用嵌入式Linux操作系统，实现对生化分析仪的实时控制。
[0004]本发明采用如下技术方案:
[0005]一种智能生化仪，其特征在于，其包括:控制器、电源模块、触摸屏、液路控制系统、光路控制系统、数据采集系统、恒温控制系统；所述电源模块与所述控制器相连，为设备提供电源；所述触摸屏与所述控制器相连，提供友好的人机接口，方便医务人员操作；所述液路控制系统与所述控制器相连，控制吸入比色池的检液数量；所述数据采集系统与所述光路控制系统相连，采集光路控制系统所获得的数据；所述数据采集系统与所述控制器相连，把数据采集系统所获得的数据输送给控制器处理；所述恒温控制系统与所述控制器相连，控制检测过程中检液的温度恒定。
[0006]优选的，所述控制器，型号选择SAMAUNG公司的ARM9内核S3C2410A芯片。
[0007]优选的，所述温度传感器，型号选择DS18B20。
[0008]优选的，所述光电传感器，型号选择S1087。
[0009]上述技术方案有如下有益效果:针对现有技术的不足，一种智能生化仪，采用数字集成温度传感器DS18B20检测温度，模糊PID控制算法控制帕尔贴升温或者降温。该方法控制响应快，稳定性、实时性好等优点。
[0010]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可以依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的【具体实施方式】由以下实施例及其附图详细给出。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明实施例结构示意图。
[0012]图2为本发明实施例液路步进电机步进电机的控制系统框图。
[0013]图3为本发明实施例光路放大电路。
[0014]图4为本发明实施例温度控制电路。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细介绍。
[0016]如图1所示，一种智能生化仪，其特征在于，其包括:1控制器、2电源模块、3触摸屏、4液路控制系统、5光路控制系统、6数据采集系统、7恒温控制系统；所述电源模块与所述控制器相连，为设备提供电源；所述触摸屏与所述控制器相连，提供友好的人机接口，方便医务人员操作；所述液路控制系统与所述控制器相连，控制吸入比色池的检液数量；所述数据采集系统与所述光路控制系统相连，采集光路控制系统所获得的数据；所述数据采集系统与所述控制器相连，把数据采集系统所获得的数据输送给控制器处理；所述恒温控制系统与所述控制器相连，控制检测过程中检液的温度恒定。所述控制器，型号选择SAMAUNG公司的ARM9内核S3C2410A芯片。所述温度传感器，型号选择DS18B20。
[0017]ARM9芯片作为整个生化分析仪的控制核心，对整个分析仪工作进行调控。液路控制系统包括进、排液管道、蠕动泵及比色池，蠕动泵由步进电动机带动来吸取检液进入比色池，及检后排除废液，亦可用于清洗。光路控制系统包括光源和单色器，另一台步进电动机带动滤光轮转动使其上的干涉滤光片从卤鹤灯发出的光中滤出340nm、380nm、405nm、492nm、510nm、546nm、570nm及630nm波长的单色光，以满足不同试液的需要。为纠正因步进电机失步造成的滤光片位置偏差，安装有光电位置检测器，滤光轮每转动一周进行一次位置校准。样品和试剂混匀后吸入到比色池中。比色池放置在恒温环境中，因为只有恒定在指定的温度下检测才能保证生化检验结果的可靠性，现行的标准检测温度有25°C、30°C、35°C及37°C，恒温控制系统正是起到恒定溶液温度值的作用，它包括温度检测装置和控温元件帕尔贴。数据采集系统包括光电检测器、放大器和Α/D转换器，光电二极管将透过比色池的光信号转化成电信号，经过放大后进行检测，再根据预定的方法如终点法、两点速率法、动态法和ABS法等进行数据的处理、分析，得出检验结果。人机交互系统包括键盘、带触摸的LCD显示屏及微型打印机，提供友好的人机接口，方便医务人员的操作。
[0018]生化分析仪液路控制系统由进排液管道、步进电机、蠕动泵、比色池组成。步进电机吸取检测液进入比色池，检测完后将废液排除比色池并清洗比色池。
[0019]生化分析仪首先通过步进电机带动蠕动泵将检测液吸入到比色池内进行反应，吸入检测液的量和步进电机的步数的关系为:吸取量=步数*单步吸取量。
[0020]由上式可知，只要控制步进电机的步数就可以控制吸入检测液的量，而步进电机的控制又是通过调节脉冲个数来控制步进电机的角位移量的。
[0021]生化分析仪对吸取液量的精度要求不是很高，故采用开环控制即可。生化分析仪液路步进电机步进电机的控制系统框图如图2所不。
[0022]生化分析仪液位检测可采用超声波液位检测仪，将超声波检测仪安装在反应杯上端，通过发射超声波就可以检测到反应杯内吸取液体的量。
[0023]光路控制是生化分析仪重要的控制模块之一，当检测项目不同时，要求光的波长也不同，因此为了满足不同检测项目的需要，需要实时控制照射光的波长，如测定人血清中磷的含量时需要340nm波长单色光，测定人血清中谷丙转氨酶活力需要510nm波长单色光。光路控制系统包括光源和单色器。光路控制系统的主要功能有:选取各个滤出不同波长的干涉滤光片和光路复位。光源需要较好的稳定性和较长的使用寿命，能在仪器的工作波段范围内提供连续辐射，即发射连续光谱，辐射的能量应具有足够的强度。本文选用应用较广的卤钨灯作为光源，发出紫外-可见光波段的照明光。卤钨灯发出的光是宽波段范围的连续辐射，然而在实际测量时需要采用单色光。采用单色光才能更好的遵守比尔定律，提高测量灵敏度，因此需要采用合适的装置将复合光分解为单色光。单色器就是将光源辐射的复合光分解为单色光并可从中分出任一波长单色光的光学装置。本文采用干涉滤光片来获得单色光。滤光片是一种波长选择器，能选择性地透过一定波长范围的光。干涉滤光片透射光的波长范围窄，透光率高。不同化学物质需要用不同的单色光检验，因此单色器需要提供以上波长的单色光。单色器其主结构是一个圆盘，在圆盘上均匀的放着8种波长的滤光片，用于从齒鹤灯发出的复合光中滤出 340nm、380nm、405nm、492nm、510nm、546nm、578nm 及 630nm波长的单色光，以满足不同试液的需要。每两个滤光片的圆心与大圆盘的圆心连线的夹角360/8 = 45度。所以波长为340nm的滤光片所在的位置是零位顺时针转45度，波长为380所对应的滤光片所在的位置是零位顺时针旋转90度所在的位置，波长位405nm所对应的滤光片所在位置是零位顺时针旋转135度，依次类推可得到出其他的滤光片对应的位置。通过步进电机带动滤光片的转动。当生化分析员针对不同的化学反映取不同的滤光片时，就可以控制步进电机的转动来选取不同的滤光片了。
[0024]在将比色池的反应温度控制在制定温度后需要检测光的强度。测定光的强度需要使用光敏器件，本文采用的是光电二极管S1087下。光电二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。光电二极管是在反向电压作用之下工作的。没有光照时，反向电流很小(一般小于0.1微安)，称为暗电流；当有光照时，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价健，从而产生电子-空穴对，称为光生载流子。它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也越大。这种特性称为“光电导”。
[0025]光电二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。S1087的最小响应度为550mA/W，暗电流为ΙΟρΑ，光谱范围从300nm到1.lum,响应时间为500ns，符合本文所设计的要求。在使用S1087后，得到的是随光强变化的电流，但是Α/D转换器输入口输入的是电压，所以还需要把得到的电流转换成对应的电压。更重要的是，由于不同试剂反应时浓度相差很大和使用不同滤光镜(使用不同的滤光片对于纯净水的测量时，得到的电流值有的相差40多倍)两方面的影响，如果采用一样的放大倍数，那么会很大的影响A/D转换的精度(参考电压为5V，如果最大的电流被转换成电压并且被放大到理想的5V，那么较之小40倍的电流在同样的电路下应被转换并放大到0.125伏，而在对0.125伏电压进行Α/D转换时会损失12位Α/D精度的5位)，从而造成较大的测量误差，所以下一级还应该具备可以选择放大倍数的功能。这样，下一级应该具备的功能是把得到的电流转换成对应的电压并且把该电压选择放大到2.5V?5V的范围里(被测电压在这种范围内不损失转换精度)。将电流转换成电压并小幅放大电压信号电路如图3所示。
[0026]由于同一种待测样本，波长越长通过光电传感器S1087得到的电信号就越大。因此，波长越短，选用的放大倍数应越大，当选用的波长变长时，选用的放大倍数应有所减小。本文使用8选1多路选通开关MAX328进行了程控放大处理，设计8级增益。MAX3288选通由S3C2410A的通用I/O 口 GPE6、GPE7和GPE8输入决定，当输入为000至111时，可以依次选通0至7路通道。程控放大后的电信号送往16位高速并行Α/D转换器AD976A进行模数转换，将AD976A设置在bank4空间。当对bank4进行写操作的时候，启动Α/D转换。该AD976A占用S3C2410A的外部中断3，在中断服务程序中对bank4进行读操作，从数据总线读入16位Α/D转换结果。获得一次透射光强值需进行连续10次采样，去除两个极值后求得均值。
[0027]光路控制系统中的电机和液路控制系统中的电机是相同的，步进电动机的驱动电路也相同，都是采用L297、L298芯片的标准控制电路。
[0028]生化分析仪的工作环境是在恒温状态下工作的，所以需要进行恒温控制。由于TEC工作电流较大，需要为其提供专门的驱动电路。将DS18B20采集的信号送ARM的GP10引脚。ARM按照事先软件预定的方式比较、通过模糊PID运算并给出相应控制信号，由IN1引脚将控制信号送入相应的驱动电路输入端，用于控制TEC的加热或者制冷。另一个引脚IN2作为温度控制驱动电路的使能信号。
[0029]控温元件TEC有两个输入端，输入端1和输入端2，场效应管Q1的漏极与场效应管Q3的漏极相连后共同接到TEC的1端，场效应管Q2的漏极与场效应管Q4的漏极相连后共同接到TEC的2端。TEC为一个可加热或制冷的元件，当输入端1为高电平，输入端2为低电平时，TEC会立即制冷。反之，TEC开始加热。不过从电路图中可以看出，如果Ql、Q3同时导通，或者Q2、Q4同时导通，那么电流就会从正极穿过两个场效应管直接回到负极，此时，电路上的电流达到最大值，此值若超过场效应管所能承受的最大电流，将会导致场效应管永久性损坏。所以为了避免Q1、Q3(或Q2、Q4)场效应管同时饱和导通，通过硬件电路，我们在IN1和IN2信号后接了一些门电路，这样就能保证当其中一个场效应管饱和导通时，另外一个场效应管一定截止。当IN2始终为低电平时，四个场效应管都截止，当IN2始终为高电平，场效应管可以饱和导通，但这时还要看IN1的信号为高电平还是低电平。这样，我们通过改变IN1引脚上的电平信号，就可以控制加热或是制冷了。图4中当IN2始终为高电平，IN1也为高电平时，TEC会立即制冷；反之，当IN2始终为高电平，IN1为低电平时，TEC立即制热。
[0030]以上对本发明实施例所提供的一种智能生化仪进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对发明的限制，凡依本发明设计思想所做的任何改变都在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种智能生化仪，其特征在于，其包括:控制器、电源模块、触摸屏、液路控制系统、光路控制系统、数据采集系统、恒温控制系统；所述电源模块与所述控制器相连，为设备提供电源；所述触摸屏与所述控制器相连，提供友好的人机接口，方便医务人员操作；所述液路控制系统与所述控制器相连，控制吸入比色池的检液数量；所述数据采集系统与所述光路控制系统相连，采集光路控制系统所获得的数据；所述数据采集系统与所述控制器相连，把数据采集系统所获得的数据输送给控制器处理；所述恒温控制系统与所述控制器相连，控制检测过程中检液的温度恒定。
2.根据权利要求1所述的一种智能生化仪，其特征在于，所述温度传感器，型号选择DS18B20。
3.根据权利要求1所述的一种智能生化仪，其特征在于，所述控制器，型号选择SAMAUNG公司的ARM9内核S3C2410A芯片。
4.根据权利要求1所述的一种智能生化仪，其特征在于，所述光电传感器，型号选择S1087。
【文档编号】G01N21/27GK104458599SQ201410802282
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月18日 优先权日:2014年12月18日
【发明者】武真真 申请人:武真真