一种全自动生物样品保存分析控制系统的制作方法

1.本发明涉及生物检测技术领域，尤其涉及一种全自动生物样品保存分析控制系统。


背景技术：

2.随着生物技术的发展，对生物样品的保存、处理和检测越来越受到关注，生物样品通常在-4℃下保存，生物样品的处理包括了升降温，样品混匀，样品的转移，通过处理的样品后经过各种反应得到相关产物，并对产物进行的检测，从而实现了对生物样品的分析检测，对生物样品分析的小型化、自动化检测是生物分析检测技术的发展方向。目前检验检测中使用的生物分析系统绝大多数是大型设备，尽管测试通量高，但价格昂贵且应用灵活性有限。相比之下，小型化保存自动化生物分析系统具有使用样本量小、全流程自动化，分析快速和操作简便的优势，是对现有操作模式和设备的重大变革。与大型生物分析仪器相比较，小型化保存自动化生物分析系统使用方便，模块化组合，价格低廉，应用更灵活，因此非常适合于现场、急诊、中小型检验检测机构和中小型医疗机构等使用。这类系统的开发是生物样品检验工作的迫切需要，可以有效地降低检测成本，有助于提高生物技术在全社会的推广，提高服务质量和更好地满足广大人民群众对生物检验检测的需求；为解决上述问题，本申请中提出一种全自动生物样品保存分析控制系统。


技术实现要素：

3.(一)发明目的
4.为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种全自动生物样品保存分析控制系统，可以实现对生物样品的长时间保存，并择时进行检验检测，能够实现对生物样品的保存、输运、混匀、反应和检测的全流程的自动化控制。该方案用于实现生物样本小型化自动化设备的控制，同时不同区域内使用不同的电机可避免交叉污染。该方案成本低，易于产品普及。
5.(二)技术方案
6.本发明提出了一种全自动生物样品保存分析控制系统，包括主控单元、电机驱动模块、步进电机、传感器、锂电池、电源管理模块、超声发生模块和半导体温控模块；
7.超声发生模块和半导体温控模块与主控单元信号连接，主控单元与传感器、电机驱动模块控制连接；超声发生模块与电机驱动模块控制连接，电机驱动模块与步进电机控制连接；电源管理模块与锂电池控制连接，且锂电池分别并与主控单元、电机驱动模块和半导体温控模块电性连接；
8.主控单元电路采用stm32f767igt6，输出4路步进电机脉冲信号和电机运行方向信号，控制4个步进电机运行到精确位置，检测2个温区的温度值并输出2路温度控制pwm信号控制反应芯片的2个温区的温度；
9.电源管理模块包括芯片tps54331、芯片ldo和芯片ref3030；
10.芯片tps54331，用于将dc15v输出dc5v给步进电机驱动供电；
11.芯片ldo，用于将dc5v输出3.3v给主控单元；
12.芯片ref3030，给传感器提供稳定的3.0v基准电源；
13.电机驱动模块，用于控制步进电机，且电机驱动模块设有光电开关信号；
14.步进电机为lv8728mr驱动两相步进电机，通过光耦与主控单元的io输出口隔离步进电机控制信号来控制移动距离；步进电机运行方向信号由主控单元io口输出高低电平控制电机的正转和反转；
15.光电开关信号，用于设定电机运行零点位置，通过主控单元对电机的控制实现生物样品的输运、混匀和对光学信号的检测；
16.超声发生模块，用于接收主控单元步进电机控制信号并输出pwm脉冲；
17.半导体温控模块包括mos管fds8638；
18.半导体温控模块通过主控单元输出pwm信号控制mos管fds8638的通断来控制加热膜电源的开关从而通过加热膜对反应芯片进行加热，且主控单元通过pt100阻值随温度变化的特性计算出温度值，主控单元通过pid算法控制pwm的脉宽，从而控制生物保存与反应所需要的温度；
19.传感器为pt100传感器，用于通过电桥的方式检测温度传感器pt100的电阻值，并将信号通过ad623放大后送入主控单元的ad输入口。
20.优选的，主控单元采用stm32的处理器。
21.优选的，还包括荧光发生与检测模块；荧光发生与检测模块通过串口连接主控单元。
22.优选的，还包括人机界面；人机界面通过串口连接主控单元。
23.优选的，人机界面采用7寸lcd触摸屏。
24.优选的，步进电机的运行速度通过改变pwm脉冲的频率来控制。
25.本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：dc15v经过开关电源芯片tps54331输出dc5v给步进电机驱动供电,dc5v经过ldo芯片输出3.3v给主控单元供电，主控单元采用stm32的处理器，实时精准采集样品的位移和样品环境温度等参数，采用lv8728mr驱动2相步进电机，步进电机控制信号通过光耦与微处理器的io输出口隔离，步进信号(如step4)由微处理器的定时器输出pwm脉冲来控制移动距离，改变pwm脉冲的频率来改变电机的运行速度，实现样品的传输，主控电路采用stm32f767igt6，输出4路步进电机脉冲信号和电机运行方向信号，控制4个步进电机运行到精确位置，检测2个温区的温度值并输出2路温度控制pwm信号控制反应芯片的2个温区的温度，通过对电机对超声模块的控制实现生物样品的混匀，制冷与加热通过微处理器输出pwm信号控制mos管fds8638的通断来控制加热膜电源的开关从而通过加热膜对反应芯片进行加热，温度检测通过pt100传感器检测反应芯片的温度。ref3030提供稳定的3.0v基准电源，通过电桥的方式检测温度传感器pt100的电阻值，并将信号通过ad623放大后送入微处理器的ad输入口，微处理器通过pt100阻值随温度变化的特性计算出温度值，微处理器通过pid算法控制pwm的脉宽，从而控制生物保存与反应所需要的温度，提供适合样品保存和反应的环境，根据生物样品的数量控制光学激发与光学采集系统，实现对生物信号的采集，并通过处理器对采集的信号进行处理，通过人机界面采用7寸lcd触摸屏，显示检测结果的数据曲线；对紧急或异常状况进行报警和提示。
附图说明
26.图1为本发明提出的一种全自动生物样品保存分析控制系统的控制系统方框图。
27.图2为本发明提出的一种全自动生物样品保存分析控制系统中的主控系统框图。
28.图3为本发明提出的一种全自动生物样品保存分析控制系统中传动及混匀控制系统框图。
29.图4为本发明提出的一种全自动生物样品保存分析控制系统中电源控制系统框图。
30.图5为本发明提出的一种全自动生物样品保存分析控制系统中升降温及检测控制系统框图。
具体实施方式
31.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
32.如图1-5所示，本发明提出的一种全自动生物样品保存分析控制系统，包括主控单元、电机驱动模块、步进电机、传感器、锂电池、电源管理模块、超声发生模块和半导体温控模块；
33.超声发生模块和半导体温控模块与主控单元信号连接，主控单元与传感器、电机驱动模块控制连接；超声发生模块与电机驱动模块控制连接，电机驱动模块与步进电机控制连接；电源管理模块与锂电池控制连接，且锂电池分别并与主控单元、电机驱动模块和半导体温控模块电性连接；
34.主控单元电路采用stm32f767igt6，输出4路步进电机脉冲信号和电机运行方向信号，控制4个步进电机运行到精确位置，检测2个温区的温度值并输出2路温度控制pwm信号控制反应芯片的2个温区的温度；
35.电源管理模块包括芯片tps54331、芯片ldo和芯片ref3030；
36.芯片tps54331，用于将dc15v输出dc5v给步进电机驱动供电；
37.芯片ldo，用于将dc5v输出3.3v给主控单元；
38.芯片ref3030，给传感器提供稳定的3.0v基准电源；
39.电机驱动模块，用于控制步进电机，且电机驱动模块设有光电开关信号；
40.步进电机为lv8728mr驱动两相步进电机，通过光耦与主控单元的io输出口隔离步进电机控制信号来控制移动距离；步进电机运行方向信号由主控单元io口输出高低电平控制电机的正转和反转；
41.光电开关信号，用于设定电机运行零点位置，通过主控单元对电机的控制实现生物样品的输运、混匀和对光学信号的检测；
42.超声发生模块，用于接收主控单元步进电机控制信号并输出pwm脉冲；
43.半导体温控模块包括mos管fds8638；
44.半导体温控模块通过主控单元输出pwm信号控制mos管fds8638的通断来控制加热膜电源的开关从而通过加热膜对反应芯片进行加热，且主控单元通过pt100阻值随温度变
化的特性计算出温度值，主控单元通过pid算法控制pwm的脉宽，从而控制生物保存与反应所需要的温度；
45.传感器为pt100传感器，用于通过电桥的方式检测温度传感器pt100的电阻值，并将信号通过ad623放大后送入主控单元的ad输入口。
46.在一个可选的实施例中，主控单元采用stm32的处理器。
47.在一个可选的实施例中，还包括荧光发生与检测模块；荧光发生与检测模块通过串口连接主控单元。
48.在一个可选的实施例中，还包括人机界面；人机界面通过串口连接主控单元。
49.在一个可选的实施例中，人机界面采用7寸lcd触摸屏。
50.在一个可选的实施例中，步进电机的运行速度通过改变pwm脉冲的频率来控制。
51.本发明中，dc15v经过开关电源芯片tps54331输出dc5v给步进电机驱动供电,dc5v经过ldo芯片输出3.3v给主控单元供电，主控单元采用stm32的处理器，实时精准采集样品的位移和样品环境温度等参数，采用lv8728mr驱动2相步进电机，步进电机控制信号通过光耦与微处理器的io输出口隔离，步进信号(如step4)由微处理器的定时器输出pwm脉冲来控制移动距离，改变pwm脉冲的频率来改变电机的运行速度，实现样品的传输，主控电路采用stm32f767igt6，输出4路步进电机脉冲信号和电机运行方向信号，控制4个步进电机运行到精确位置，检测2个温区的温度值并输出2路温度控制pwm信号控制反应芯片的2个温区的温度，通过对电机对超声模块的控制实现生物样品的混匀，制冷与加热通过微处理器输出pwm信号控制mos管fds8638的通断来控制加热膜电源的开关从而通过加热膜对反应芯片进行加热，温度检测通过pt100传感器检测反应芯片的温度。ref3030提供稳定的3.0v基准电源，通过电桥的方式检测温度传感器pt100的电阻值，并将信号通过ad623放大后送入微处理器的ad输入口，微处理器通过pt100阻值随温度变化的特性计算出温度值，微处理器通过pid算法控制pwm的脉宽，从而控制生物保存与反应所需要的温度，提供适合样品保存和反应的环境，根据生物样品的数量控制光学激发与光学采集系统，实现对生物信号的采集，并通过处理器对采集的信号进行处理，通过人机界面采用7寸lcd触摸屏，显示检测结果的数据曲线；对紧急或异常状况进行报警和提示。
52.应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。