[转帖]全自动生化分析仪温度控制系统的研制

1 引言

全自动生化分析仪是医疗临床检验的重要设备之一，但由于我国对此类设备的开发研制起步较晚，而且它的开发涉及机械、电子、计算机，光学等众多领域，因此我国国内使用的这类产品基本上是从国外进口。全自动生化分析仪开发研制中的一个重要组成部分是温控系统的研制。被检样品和试剂只有在指定的温度下检测才能保证生化检验结果的可靠性，所以它对温度的要求是精度要高，稳定性要好。据此，我们选用温度检测传感器热电阻PT1000配合电桥作为前端检测元件，采用24位的A／D7711作为前端数据转换部分的核心，以89C52单片机为系统的核心MCU，利用PID控制技术，在制冷和加热混合的作用下完成了该温控系统的研制工作、经测试，该系统精度高，稳定性好，响应快，反应盘控温于现行的标准检测温度37℃，控温精度为±0.1℃，显示精度为±0.0l℃，可满足临床使用要求。
2 控制原理
温控部分形成一闭环反馈系统，采用增量式PID算法：
Δui=doei+d1ei-1+d2ei-2
do=K(1+T／Ti+Td／T)
d1=-K(1+2Td/T)
d2=KTd/T
其中K为比例放大系数，T为采样周期，Td为微分时间，Ti为积分时间。
3硬件的实现
硬件系统可分为3部分，
3.1 温度信号采集和A／D转换部分

我们采用专为低频信号测量而设计的A／D转换器AD7711作为模拟前端的核心器件，以性能优越的铂电阻温度传感器PTl000(A级)作为前端温度信号采集器件。A／D7711是24位双通道差分模拟输入A／D转换器，它使用了2-21技术，保证了16位精度和24位无错码转换。其内包含一个可编程增益放大器(增益范围1-128可调)，可编程低通数字滤波器(频率范围10Hz-1000Hz)和一个双向串行接口；其具有校准方式可编程选择的特性，可完成最大程度地消除系统误差的任务；由于其具有高的共模抑制比(>90dB)，因而易于和PTI1000接口。温度传感器接人电桥平衡电路，以A／D7711的参考电压2.5V输出作为电桥的激励源。
3.2 单片机核心控制部分

单片机采用P89C52芯片，它是80C51微控制器系列派生出的采用CMOS工艺的8位微控制器，含有8k的FLASH程序存储器，256字节RAM，所以，一般小型控制系统无须外扩程序存储器。它所具有的全双工增强型UART实现了与其它系统的串行通信。在此部分还有一个1k的串行E2**pROM，实现控温点的改写与储存，以适应不同用户的要求。
3.3 后向控制及通信部分

通过PID算法得到的控制信号并不经过D／A转换，而是由P1.5口直接输出控制一光耦合双向可控硅TLP3041(过零触发型)，通过控制可控硅的通断来控制加热器的起停。制冷部分是通过压缩机的温控器来实现控温。超过系统设定的控温报警点时，报警电路工作。系统通过MAX232实现与上位主机的通信。
4 软件的实现
软件采用C语言编程，用KEIL
C51进行编译。在初始化参数设定中进行中断，串口及定时器的设定，用户需要改变控温点寸，也在此界面实现。采样子程序中进行A／D系统校准和采样，并将采样值暂存RAM中。

5 系统抗干扰措施
(1)传感器信号进行了软件线性化校正。
(2)使MAX705硬件看门狗电路和软件看门狗相结合，使程序受外界强电磁干扰而跑飞时系统能自动复位。
(3)给PO口配置总线上拉电阻，在A／D转换和E2ROM处分别增加了施米特触发器，提高了信号传输的可靠性。
(4)为每一芯片在其电源输人点与接地端配置去耦电容和滤波电容。
(5)使用Prote199制印刷电路版时，综合考虑了布局、布线等一系列抗干扰措施。
6 实验结果分析

对37℃点进行控制并进行温度的采集，测试值是用VB编写的一个串口采集程序进行采集的，每个采样值的间隔时间为30s，标准值是用美国产52K／J
THERMOMETER进行人为读数采集，采样总时间为20min，环境温度为28℃，水体积为2500mL。检测值的均值为36.9905，标准差为0.0316188，标准值的均值为36.975，标准差为0.043853，

所以在37℃点，检测值可表示为36.9905±0.0316188，标准值可表示为36.975±0.043853。可见相对于设定值37℃点，检测值的平均水平(集中优势)更接近设定点，而且检测值的变异程度也较标准值的小。

信息来源： 沈显威 史俊富

谢谢