一种样本前处理仪的制作方法

1.本技术涉及化学分析仪器技术领域，具体涉及一种样本前处理仪。


背景技术：

2.在分析化学发展的过程中，样本前处理技术一直没有受到重视，相对与现代分析技术的快速发展，样本前处理技术以及仪器的发展滞后并制约了分析化学的发展，在过去的很多年中，分析化学的发展集中在研究分析方法的本身：如何提高灵敏度、选择性以及分析速度；如何应用物理、化学、生物学等方面的理论来发展新的分析方法与技术，以满足新技术对分析化学提出的新目标与高要求；如何采用新技术的成果改进分析仪器的性能、速度、以及自动化的程度。长期以来忽视对前处理方法与技术的研究，是样本前处理技术成为制约分析化学发展的瓶颈。
3.现代分析化学所面临的样本性质的复杂程度是前所未有的，分析的对象不仅包括气、液、固相中的所有物质，而且往往以多相形式存在；其组成不但复杂，而且测定的时往往相互干扰；同时被检测物的浓度要求越来越低，稳定性随时变化，因而给分析带来了一系列困难，尤其是各种环境与生物样本采集后直接进行的可能性很小，一般都要经过样本制备与前处理以后才能测定。一个完整的样本分析过程，从采样开始到写出分析报告，大致可以分为样本采集、样本前处理、分析检测及数据处理与报告结果的几个步骤。统计结果表明，这个步骤中样本前处理占用了相当多的时间，有的甚至可以占有全程时间的70%，甚至更多，至少比样本本身的检测分析多近一半的时间。因此，近些年来样本前处理方法和装置的研究越来越受到重视。
4.请参考图1，为现有技术中样本前处理仪的硬件框架结构示意图，样本前处理仪由工控主板完成控制和运算，工控主板内集成外设的驱动电路，由主控ic直接控制，驱动电路包括若干个步进电机驱动电路、扫码仪串口驱动电路、照明灯/紫外线灯驱动控制电路、样本架输入开关量检测电路和风扇外设控制电路等。样本前处理仪的运行算法也由主控ic完成，运行算法包括多通道移液器独立运行算法、样品数随机运行状态、耗材损耗记录、运行状态暂停、运行状态停止、运行状态报错、设备运动机构校准记录和实验流程在线编辑等。样本前处理仪的硬件执行电路和运行算法都由工控主板ic完成，系统集成度高，但也同时增加了主控ic的工作内容。在现有技术中，由于样本前处理仪只包括工控主板和外设，外设的驱动电路集成在工控主板上，工控主板主控ic直接控制外设，同时主控ic完成设备实验过程的算法运行，当需要对样本前处理仪的部分功能进行升级或改造时，就需要对整个工控主板的硬件进行升级改造，这就大大增加了新产品的开发周期。当增加或升级样本前处理仪的部分功能时，还需要对工控主板的主控ic进行在线编程，来实现运行算法和应对设备的各种状态，编程后还需要对整个工控主板重新进行功能检测，这些都大大增加了样本前处理仪的开发周期和运行风险。


技术实现要素：

5.本技术预解决的技术问题是现有技术中样本前处理仪功能更新灵活性差的技术问题。
6.根据本技术的第一方面，一种实施例中提供一种样本前处理仪，包括单片机主板电路和工控主板电路；
7.所述单片机主板电路连接在所述工控主板电路和所述样本前处理仪的外设之间；所述单片机主板电路包括外设驱动电路、外设总线接口和工控连接接口；
8.所述外设驱动电路用于向所述样本前处理仪的外设提供硬件驱动，所述工控连接接口用于所述单片机主板电路与所述工控主板电路之间的数据通讯，所述外设总线接口用于所述单片机主板电路与所述样本前处理仪的外设之间的数据通讯；
9.所述工控主板电路与所述工控连接接口连接，用于监测和控制所述样本前处理仪的工作流程。
10.一实施例中，样本前处理仪还包括人机交互模块，所述人机交互模块与所述工控主板电路连接，所述人机交互模块用于向所述工控主板电路发送用于控制所述样本前处理仪的控制命令，还用于输出和显示所述样本前处理仪的工作状态参数信号。
11.一实施例中，所述外设总线接口包括can总线接口。
12.一实施例中，所述工控连接接口为串口接口。
13.一实施例中，所述样本前处理仪的外设包括扫描仪、照明灯、紫外线灯、样本架检测通路、温度监测电路、风扇、液位探测器和/或限位检测器。
14.一实施例中，所述外设驱动电路包括第一rs232接口、adc采样电路、风扇驱动电路、照明开关电路和/或开关检测电路；
15.所述第一rs232接口与所述扫描仪连接；
16.所述adc采样电路与所述温度监测电路连接，用于对所述温度监测电路输出的温度相关电信号进行模数转换，以实现温度值的显示；
17.所述风扇驱动电路与所述风扇连接，用于对所述风扇提供驱动电能；
18.所述照明开关电路与所述照明灯和所述紫外线灯连接，用于实现对所述照明灯和所述紫外线灯的开关控制；
19.所述开关检测电路与所述样本前处理仪的限位检测器、样本架检测通路和液位探测器连接。
20.一实施例中，所述样本前处理仪的外设包括x轴电机、加样针y轴电机和加样针z轴电机。
21.一实施例中，所述外设总线接口包括can电机总线，所述can电机总线与所述x轴电机、所述加样针y轴电机和所述加样针z轴电机连接。
22.一实施例中，所述单片机主板电路还包括蜂鸣器，用于输出所述样本前处理仪的警示信息。
23.一实施例中，所述工控主板电路包括第二rs232接口、网络适配器、can接口、usb接口电路和lvds接口；
24.所述第二rs232接口与所述单片机主板电路连接，所述lvds接口与所述人机交互模块连接。
25.依据上述实施例的样本前处理仪，由于采用单片机主板电路来向样本前处理仪的外设提供驱动，所以在增加或升级外设时只需设计或升级单片机主板电路就能满足需求，大大增加了样本前处理仪的产品灵活性，降低生产、研发和维护成本。
附图说明
26.图1为现有技术中样本前处理仪的硬件框架结构示意图；
27.图2为一种实施例中样本前处理仪的硬件框架结构示意图；
28.图3为一种实施例中单片机主板电路的架构示意图；
29.图4为一种实施例中蜂鸣器的电路示意图；
30.图5为一种实施例中工控主板电路的架构示意图；
31.图6为一种实施例中温度监测电路的电路示意图。
具体实施方式
32.下面通过具体实施方式结合附图对本技术作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本技术能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本技术相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本技术的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
33.另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式，各实施例所涉及的操作步骤也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的组成和/或顺序。
34.本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本技术所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。
35.本技术实施例中公开的样本前处理仪通过优化整体硬件架构，缩短设备的开发周期，降低风险。另外，由于硬件架构的调整，改善了软件设计的复杂度，复杂度的降低，降低产品开发中bug的出现率，使得样本前处理仪的整体软件结构更易清晰，维护更便捷，相应的就可以缩短产品开发周期、降低功能升级风险。
36.实施例一：
37.请参考图2，为一种实施例中样本前处理仪的硬件框架结构示意图，该样本前处理仪包括单片机主板电路1和工控主板电路2。单片机主板电路1连接在工控主板电路2和样本前处理仪的外设4之间。单片机主板电路1包括外设驱动电路11、外设总线接口13和工控连接接口12。外设驱动电路11用于向样本前处理仪的外设4提供硬件驱动，工控连接接口12用于单片机主板电路1与工控主板电路2之间的数据通讯，外设总线接口13用于单片机主板电路1与样本前处理仪的外设4之间的数据通讯。工控主板电路2与工控连接接口12连接，用于监测和控制样本前处理仪的工作流程。一实施例中，样本前处理仪还包括人机交互模块3，
人机交互模块3与工控主板电路2连接，人机交互模块3用于向工控主板电路2发送用于控制样本前处理仪的控制命令，还用于输出和显示样本前处理仪的工作状态参数信号。一实施例中，外设总线接口包括can总线接口。一实施例中，工控连接接口为串口接口。
38.一实施例中，样本前处理仪的外设包括扫描仪52、照明灯53、紫外线灯54、样本架检测通路55、温度监测电路51、风扇56、液位探测器57和/或限位检测器58。
39.请参考图3，为一种实施例中单片机主板电路的架构示意图，其中，外设驱动电路包括第一rs232接口111、adc采样电路112、风扇驱动电路113、照明开关电路114和/或开关检测电路115。第一rs232接口111与扫描仪52连接。adc采样电路112与温度监测电路51连接，用于对温度监测电路51输出的温度相关电信号进行模数转换，以实现温度值的显示。风扇驱动电路113与风扇56连接，用于对风扇56提供驱动电能。照明开关电路114与照明灯53和紫外线灯54连接，用于实现对照明灯53和紫外线灯54的开关控制。开关检测电路115与样本前处理仪的限位检测器58、样本架检测通路55和液位探测器57连接。
40.一实施例中，样本前处理仪的外设4包括x轴电机61、加样针y轴电机62和加样针z轴电机63。外设总线接口包括can电机总线131，can电机总线131与x轴电机61、加样针y轴电机62和加样针z轴电机63连接。
41.请参考图4，为一种实施例中蜂鸣器的电路示意图，一实施例中，单片机主板电路1还包括蜂鸣器14，用于输出样本前处理仪的警示信息。
42.请参考图5，为一种实施例中工控主板电路的架构示意图，其中，工控主板电路2包括第二rs232接口21、网络适配器22、can接口23、usb接口电路24和lvds接口25。第二rs232接口21与单片机主板电路1连接，lvds接口25与人机交互模块3连接。
43.请参考图6，为一种实施例中温度监测电路的电路示意图，其中，该温度监测电路是应用ntc热敏电阻的采样电路。
44.如图3所示，在本技术一实施例中，单片机主板电路主控ic为stm32f107rct6，还包括dc/dc 24v降压电路、ldo 3.3v降压电路、晶振电路和eeprom数据保存电路。单片机主板电路的主控ic通过串口接收数据并解析上位机下发的数据，属于执行机构和上报中转节点。如通过can电机总线对步进电机进行控制，步进电机包括x轴电机、加样针的y/z轴步进电机1、加样针的y/z轴步进电机2等，可以启动或关闭照明灯和紫外线灯，同时，检测样本架检测通道是否到位、液体容量检测、设备磁棒套是否存在等的检测，以及设备关键部位温度值，并将检测结果上报工控主板电路。
45.如图5所示，本技术一实施例中，工控主板电路的核心系统ic为mcimx6u55evm10ac，带4片ddr3，1片emmc，还包括lvds屏幕接口、usb host接口、usb otg下载口、rtc电路、debug电路、rs232串口电路、can接口等电路。该工控主板电路预完成的功能包括通过人机交互模块进行人机交互、与单片机主板电路进行通信、设备运行状态监测、设备运行算法计算、在线编辑运行试验流程等。
46.本技术公开的样本前处理仪由两部分组成：工控主板电路和单片机主板电路。工控主板电路负责设备运行算法和人机交互，完成计算工作，并将计算结果下发到单片机主板电路，单片机主板电路解析到数据后，根据数据类型和数值进行执行对应的外设。本技术中的工控主板电路仅负责设备实验运行的配置和计算，单片机主板电路仅负责执行，不参与实验运算。由于硬件架构功能明了，工控主板电路和单片机主板电路完成的功能独立开
来，只要制定好通信协议，工控主板电路的开发与单片机主板的电路的开发可以相互独立，使得软件架构清晰，维护也方便，降低了软件设计的复杂度，当需对样本前处理仪的外设进行跟换或升级时，仅调整单片机主板电路即可解决，进而缩短开发周期、降低了产品升级风险。
47.需要说明的是，在本技术实施例中涉及到所有软件和方法都是应用现有技术，具体的程序如何执行和具体的调用步骤可参阅相关工具书或专利文件的内容，本技术不做保护，也不详细说明相关的原理。
48.以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。