专利名称：芯片电泳专用程控电源系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种芯片电泳专用程控电源系统，系统适用于微流控 芯片电泳的流体驱动控制，属于电子信息技术领域。
技术背景微流控学以其分析快速、微型易携、高集成化、高通量高内涵和 试剂消耗量少等优点，迅速发展成为分析化学的一个重要热点分支， 并向材料科学、生物学、医学等众多领域渗透，成为一门新兴的交叉 学科。对流体的控制是微流控的操作核心，涉及流体的驱动、混合、 反应、分离等过程。实行流体控制的方式有多种，电渗驱动因具有易 于操作、便于集成化和样品带展宽小等优势，在微流控学的发展中占 有重要的地位，尤其建立在电驱动基础上的芯片电泳一直是微流控学 的主流方向之一。然而，由于微流控学操作要求的多样性，目前尚缺 乏一种可以适应多种操作要求、宽电压范围且高精度和高稳定度、成 本便宜的程控电源系统。发明内容本发明针对市场现有的电源控制系统不能同时具备宽电压范围、 低电流密度、多路输出等功能，且精度和稳定度也不能满足芯片电泳 多种操作要求的不足，提供一种芯片电泳专用程控电源系统，该系统 可通过多种电压控制模式的选择，实现芯片电泳的不同进样和分离模 式，可以极大地提高实验操作的灵活性以及实验结果的重现性和灵敏 度。本发明的目的是通过以下技术方案实现的， 一种芯片电泳专用程控电源系统，其特征是所述系统采用双CPU程控电源结构，由上位PC 机、上位PC机连接的监控人机界面、下位单片机、下位单片机连接的 多路D/A转换电路、各D/A转换电路分别连接的电源模块、下位单片 机连接的A/D转换电路以及上、下位机双CPU之间的串行通信电路组 成；各电源模块的输出端外接负载，电源模块中的电压电流检测电路 的输出连接A/D转换电路的输入端。所述的各电源模块均包含P丽脉宽调制电路、功率开关管、高频 变压器、整流滤波电路、电压电流采样电路；PWM脉宽调制电路的输 入接D/A转换电路的输出，功率开关管的栅极接P丽脉宽调制电路输 出端，功率开关管的漏极接高频变压器的初级，高频变压器的次级接 整流滤波电路的输入端，整流滤波电路的输出端与负载相连，与整流 滤波电路的输出端相连的电压采样电路和与负载串联的电流采样电路 的输出端接A/D转换电路输入端。下位单片机采用MCS-51系统单片机，与上位机PC机之间的通信 采用RS232接口电路，下位机MCS-51系统单片机接收来自上位机的 测试开始及控制电压信号，MCS-51单片机与D/A转换器相连，通过 D/A转换得到控制电压的模拟量，提供给稳压电源模块作为基准电压， 同时实时采集每个电源模块的输出电流、输出电压信号，通过A/D转 换成相应的数字量，其数据被MCS-51单片机接收，再通过RS232接 口将测试数据发送给上位机。本发明在芯片电泳专用程控软件的支持下，可对某一路或多路程 控输出、输出电压与运行时间进行设置、可对进样、进样分离、夹流 进样和夹流进样分离等多种芯片电泳程控模式进行选择、显示实时产 生的测试电流与时间的关系曲线和数据、可实时保存各路测试电流和 时间数据并设置保存数据的路径、具有各路曲线设置与查询、坐标设 置、文件选择、数据査询、结束查询等功能；下位单片机系统与专用程控电源可提供多路直流电压程控输出，各路直流电压0 2500V连续 可调，电压设置标度间隔为IV，电压控制和数据采集精度为1%0，输 出电流为1mA 1diA;下位单片机通过RS232接口与上位微机PC机进 行通信。本发明可使实验在一个设定的电压控制模式下进行，大大提高了 实验的重现性，并可实现多路芯片电泳实验。本发明具有程控多路直流电压输出、电压控制和数据采集精度高、 稳定度好、多种芯片电泳程控模式、实时显示测试曲线，保存数据及 曲线、数据查询等特点，该程控电源系统适用于芯片电泳有一维和多 维等多种操作模式，并可用于基于电泳分'离基础上的生化分析等方向 的应用。
图l为本发明结构框图； 图2为本发明电原理框图；图3为本发明的程控电源系统的PC机监控界面。
具体实施方式
结合附图和实施例进一步说明本发明，如图1所示，本发明提供 的多路高精度、高稳定度的芯片电泳专用程控电源系统包括以下两个 部分(1)上位机为PC机，通过专用纳米加工程控软件进行控制电压与时间设置，进行进样、进样分离、夹流进样和夹流进样分离等多种芯片电泳程控模式设置，选择测试组等设置，通过RS232接口将设置 数据发送给下位机。来自下位机所接受的实时测量的电流和电压数据， 通过RS232接口发送给上位机，并以数字及曲线形式显示在PC机监 控人机界面，如图3所示。其测试数据按指定路径或默认路径进行数 据保存。在观察测试曲线时，进行纵坐标设置和时间坐标设置可以实时观察曲线的细节部分，还可以通过文件选择及数据査询把以往保存 的测试结果以曲线形式显示出来，便于进行测试结果的比较。上位机 还具备串口选择、测试开始、某组测试结束和各组测试结束等功能。(2)下位机为MCS-51系统单片机，接收来自上位机的测试开始 及控制电压信号，通过D/A转换得到控制电压的模拟量，提供给稳压 电源部分作为基准电压，同时实时采集每个电源模块的输出电流、输 出电压信号，通过A/D转换成相应的数字量，通过RS232接口将测试 数据发送给上位机，如图2所示。单片机控制的多路直流电源由多路 独立的D/A转换电路、若干电源模块和A/D转换电路组成。每个直流 电源模块包含P丽脉宽调制电路、功率开关管、高频变压器、整流滤 波电路、电压电流采样电路等。每路的输出电压通过输出电压采样电 路中的电位器进行微调，精确校准输出电压。本发明中所涉及的D/A转换电路、A/D转换电路和电源模块中的 P丽脉宽调制电路、整流滤波电路、电压与电流采样电路均可采用现 有成熟技术、成熟电路。实验过程先将程控稳压电源分别与PC机、芯片电泳装置相连，在PC机上 打开程控稳压电源系统的专用软件，在PC机监控界面上设置控制电压 与时间、芯片电泳程控模式、选择测试组和串口选择等，在按下测试 开始键后，自动进行实时电压电流监测，进样龟压和分离电压自动切 换，检测过程中可以进行纵坐标设置和时间坐标设置，可以实时观察 微流控芯片电泳电流曲线的细节部分，除了按设置的时间自动停止测 试外，可以手动停止某组测试或同时结束各组测试。
权利要求
1、一种芯片电泳专用程控电源系统，其特征是所述系统采用双CPU程控电源结构，由上位PC机、上位PC机连接的监控人机界面、下位单片机、下位单片机连接的多路D/A转换电路、各D/A转换电路分别连接的电源模块、下位单片机连接的A/D转换电路以及上、下位机双CPU之间的串行通信电路组成；各电源模块的输出端外接负载，电源模块中的电压电流检测电路的输出连接A/D转换电路的输入端。
2、 根据权利要求1所述的芯片电泳专用程控电源系统，其特征是 所述的各电源模块均包含P丽脉宽调制电路、功率开关管、高频变压 器、整流滤波电路、电压电流采样电路；P丽脉宽调制电路的输入接 D/A转换电路的输出，功率开关管的栅极接P丽脉宽调制电路输出端， 功率开关管的漏极接高频变压器的初级，高频变压器的次级接整流滤 波电路的输入端，整流滤波电路的输出端与负载相连，与整流滤波电 路的输出端相连的电压采样电路和与负载串联的电流采样电路的输 出端接A/D转换电路输入端。
3、 根据权利要求1所述的芯片电泳专用程控电源系统，其特征是 下位机采用MCS-51系统单片机，与上位PC机之间的通信采用RS232 接口电路，下位机MCS-51系统单片机接收来自上位机的测试开始及 控制电压信号，MCS-51单片机与D/A转换器相连，通过D/A转换得 到控制电压的模拟量，提供给稳压电源模块作为基准电压，同时实时 采集每个电源模块的输出电流、输出电压信号，通过A/D转换成相应 的数字量，其数据被MCS-51单片机接收，再通过RS232接口将测试 数据发送给上位机。
全文摘要
本发明涉及一种芯片电泳专用程控电源系统，属于电子信息技术领域，解决现有电源控制系统不能同时具备宽电压范围、低电流密度、多路输出等功能，本发明采用双CPU程控电源结构，由上位PC机、上位PC机连接的监控人机界面、下位单片机、下位单片机连接的多路D/A转换电路、各D/A转换电路分别连接的电源模块、下位单片机连接的A/D转换电路以及上、下位机双CPU之间的串行通信电路组成，本发明具有程控多路直流电压输出、电压控制和数据采集精度高、稳定度好、多种芯片电泳程控模式、实时显示测试曲线，保存数据及曲线、数据查询等特点，该程控电源系统适用于芯片电泳一维和多维等多种操作模式，并可用于基于电泳分离基础上的生化分析等方向的应用。
文档编号H02M3/24GK101236175SQ20081001860
公开日2008年8月6日 申请日期2008年3月4日 优先权日2008年3月4日
发明者夏兴华, 杜宇人 申请人:扬州大学