一种生化分析仪电子控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种体积小、简单易操作、分析速度快、准确性高的生化分析仪电子控制系统，包含ARM控制芯片、显示模块、键盘模块、步进电机模块、恒温控制模块、液路控制模块、光路控制模块、I2C总线和电源。ARM控制芯片作为系统中央控制单元，搭配嵌入式操作系统对电子控制系统进行操控和管理；步进电机驱动模块由ARM发出的指令经过A3977SED细分步进电机驱动芯片调控液路系统中的电机运动；恒温控制模块是利用NTC热敏电阻传感器对比色杯进行温度测量，搭配Fuzzy-智能PID复合控制算法高精度控制样品的反应温度；液路控制模块用于控制转盘、搅拌臂、生化反应混合液采样和相关器皿的清洗；光路控制模块用于测控光学分度系统和生化反应输出信号采集。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及智能控制领域，具体涉及一种生化分析仪电子控制系统。
技术介绍
生化分析仪是利用光吸收原理来检测人体血液和体液中多项生化指标的常规仪 器，广泛应用于各医院的医疗检测；当前国内的生化分析仪存在分析速度慢、精准度差、自 动化程度低等诸多问题；生化分析仪的电子控制系统是实现整个仪器实时化监测和操控 的核心部件、也肩负着与上位PC机通信的重要任务，是整个生化仪自动化程度的保证；当 前国产生化分析仪的电子控制系统需要多微控芯片来实现，导致电子控制系统相对比较复 杂，也增加了数据分析和仪器操控时间、仪器出现故障的机会和运行成本。 此外，生化分析仪在进行生化指标测量时，比色杯内样品的各类生化反应对温度 涨落异常敏感，只能在恒温情况下，才能获得可靠、准确的测量分析结果。因此，生化分析仪 的电子控制系统对比色杯温度进行高精度的测量和恒温控制显示尤为重要；当前的生化仪 温度监控系统主要采用铂热电阻PtlOO来进行温度监测，但器件会因通过电流过大而使自 身发热而引入误差；虽然可以在A/D转换器件前加小信号放大电路来减小误差，但同时也 增加前端温度采集电路的复杂程度，降低了高精度控温的效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中的问题，提供一简单、易操作、分析速度快、 高精度的生化分析仪的电子控制系统。 本专利技术的具体实施方案是采用ARM控制芯片，搭配强有力的、调试有序，可实现实 时多任务管理的嵌入式操作系统对生化分析仪的电子控制系统进行操控和管理；利用电阻 温度系数大、热惯性小、响应速度快的NTC热敏电阻传感器对比色杯进行实时温度测量，同 时搭配基于Fuzzy-PID控制算法对比色杯进行恒温控制。 本专利技术提供一种生化分析仪电子控制系统，包含ARM控制芯片、显示模块、键盘模 块、I 2C总线、步进电机模块、恒温控制模块、光路控制模块、液路控制模块、电源。 所述ARM控制芯片是整个电子控制系统的核心，负责整个生化分析仪系统任务的 调度和控制，包括生化分析仪启动时的自检、监控液路状态、控制液路控制电路中步进电机 的运动、监测光路系统状态、指令光度计工作、调控恒温控制、接收采集数据和上位PC机的 命令等。 所述显示模块包括ST7920中文图形液晶模块驱动控制器和IXD显示屏，在ST7920 控制器驱动配合下，可实现256X32点阵液晶显示。 所述键盘模块包括ZLG7290键盘扫描芯片和8 X 8键盘。 所述I2C总线主要用于ARM控制芯片与上位PC机的通信。 所述步进电机模块主要由驱动电路和步进电机构成，驱动电路的实现是采用 A3977SED细分步进电机驱动芯片。 所述恒温控制模块包括高精度温度测量电路和恒温控制电路；高精度温度测量电 路由恒流源、NTC热敏电阻传感器、放大电路、LTC2400A/D转换芯片以及光电隔离电路构 成；恒温控制电路包括光电隔离电路、驱动电路、可控硅、制冷器和加热。 所述光路控制模块由光学分度系统(包括光源、前置光学系统、比色杯、后置光学 系统、单色器)、光电探测器、线性放大电路、模拟开关、对数运算电路、A/D转换电路构成。 所述液路控制系统包括转盘控制部分、搅拌臂控制部分、采样和清洗控制部分；转 盘控制部分由定位光偶、盘号识别霍尔传感器、转盘电机构成；搅拌臂控制部分由定位光 偶、液位传感器、撞针保护电路、搅拌臂摆动电机构成；采样和清洗控制部分由定位光偶、清 洗阈开关电路以及注射采样电机构成。 所述电源模块主要为自动分析仪提供电源，包括整流、稳压、滤波、去噪、电磁兼容 电路。 本专利技术的有益效果在于，提供的生化分析仪电子控制系统，是采用ARM控制芯片， 搭配强有力的、调试有序，可实现实时多任务管理的嵌入式操作系统对生化分析仪的电子 控制系统进行操控和管理；电子控制系统的电机驱动模块由ARM发出的指令经过A3977SED 细分步进电机驱动芯片可有效调控液路系统中各控制部分的电机运动，而无需对各电机分 芯片控制；电子控制系统的恒温控制系统利用电阻温度系数大、热惯性小、响应速度快的 NTC热敏电阻传感器对比色杯进行实时温度测量，同时搭配基于Fuzzy-智能PID复合控 制算法对比色杯进行恒温控制，可以高精度控制比色杯中样品的反应温度；由于电子系统 由单一的ARM控制芯片集中控制管理，且该芯片集成定时、计数器、存储器等丰富的片上资 源，具有运行速度快等各种优势；另外，NTC热敏电阻传感器、Fuzzy-PID控制算法为生化分 析仪提供了高精度恒温控制系统可提高分析生化指标的准确性；因此，该电子控制系统即 具有空间体积小、简单易操作、分析速度快等优点，又可提高生化分析仪的准确性。【附图说明】图1所示为本专利技术中生化分析仪电子控制系统框图。 图2所示为本专利技术中步进电机细分芯片电路图。 图3所示为本专利技术中恒温控制模块框图。 图4所示为本专利技术中恒流源电路图。 图5所示为本专利技术中高精度温度测量电路。 图6所示为本专利技术中Fuzzy-智能PID复合控制算法原理图。 图7所示为本专利技术中光路控制模块框图。 图8所示为本专利技术中液路控制模块框图。 图9所示为本专利技术中恒温控制程序流程图。【具体实施方式】 下文将结合具体附图详细描述本专利技术具体实施例。应当注意的是，下述实施例中 描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达 到更好的技术效果。 如图1所示，本专利技术提供一种生化分析仪电子控制系统，包括：电源UARM控制芯 片2、显示模块3、键盘模块4、I2C总线5、步进电机模块6、恒温控制模块7、光路控制模块8、 液路控制模块9。 电源1包括整流、稳压、滤波、去噪、电磁兼容电路，主要用于自动分析仪电子控制 系统的电源供应。 ARM控制芯片2采用ARM+DSP结构的ARM芯片，具有超强的数学运算功能，是整个 生化分析仪电子控制系统的控制核心，搭配UCLinux嵌入式操作系统实时对步进电机驱动 模块、恒温控制模块、光路控制模块、液路控制模块进行控制，同时完成生化分析仪的数据 采集和上位计算机的通信。 显示模块3是利用ST7920中文图形液晶模块驱动控制器驱动IXD显示屏，在 ST7920控制器驱动配合下，可实现256X32点阵液晶显示；用于生分分析仪控制指令显示 以及监测数据显示。 键盘模块4通过I2C总线连接ZLG7290键盘扫描芯片与ARM控制芯片完成数据传 输，可实现8 X 8键盘操作，用于控制指令数据输入。 I2C总线5主要用于ARM控制芯片与上位机的数据通信。 步进电机模块6由驱动电路和步进电机构成，驱动电路的实现是采用A3977SED 细分步进电机驱动芯片，包括热关机、欠电压闭锁、和交叉保护电路；输出由双H桥电路实 现，步进电机芯片细分电路图如图2所示；各处步进电机采用开环控制，步进电机运动初始 位置由光电耦合器组成的光电开关采集步进电机运动位置信号，并经过滤波去抖处理后， 送入ARM控制芯片，ARM控制芯片存储位置信息，并依据位置信息做出相应的指令。 恒温控制模块7包括高精度温度测量电路和恒温控制电路；恒温控制模块框图如 图3所示；该模块首先通过键盘输入目标温度预想值及上下限（或由上位PC机直接给定）， 同时NTC热敏电阻传感器启动，实时监测比色杯中实际温度并转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生化分析仪电子控制系统，包含ARM控制芯片、显示模块、键盘模块、步进电机模块、恒温控制模块、液路控制模块、光路控制模块、I2C总线和电源；所述ARM控制芯片采用ARM+DSP结构的ARM芯片，具有超强的数学运算功能，是整个生化分析仪电子控制系统的控制核心，搭配UCLinux嵌入式操作系统实时对步进电机驱动模块、恒温控制模块、光路控制模块、液路控制模块进行控制，同时完成生化分析仪的数据采集和上位计算机的通信；所述电子控制系统的步进电机驱动模块是由ARM发出的指令经过A3977SED细分步进电机驱动芯片可有效调控液路系统中各控制部分的电机运动，而无需对各电机分芯片控制；所述恒温控制模块包括高精度温度测量电路和恒温控制电路；高精度温度测量电路由恒流源、NTC热敏电阻传感器、放大电路、LTC2400A/D转换芯片以及光电隔离电路构成；恒温控制电路包括光电隔离电路、驱动电路、可控硅、制冷器和加热；所述液路控制系统包括转盘控制部分、搅拌臂控制部分、采样和清洗控制部分；转盘控制部分由定位光偶、盘号识别霍尔传感器、转盘电机构成；搅拌臂控制部分由定位光偶、液位传感器、撞针保护电路、搅拌臂摆动电机构成；采样和清洗控制部分由定位光偶、清洗阈开关电路以及注射采样电机构成。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张光富，吴思远，鲁娉，
申请(专利权)人：湖南城市学院，
类型：发明
国别省市：湖南;43