CN1307499C - 微量注射自动控制系统 - Google Patents

Abstract

微量注射自动控制系统，解决现有技术控制精度不高、重复性差、难以实现微量注射过程的自动设定和控制。包括电路部分和气动部分组成，电路部分包括中央处理单元，数据存储器、程序存储器、Watchdog单元和液晶显示单元，AD转换单元，扩展并行接口，键盘；气动部分包括并行设置的吸液回路、注射回路、平衡回路、清除注射回路、吸持回路和清除吸持回路构成。本发明实现了注射过程的压力和时间的自动、精确控制，具有单步工作和连续工作两种模式，可实现手动无法完成的序列连续工作，可以通过编程来实现不同工作要求；产品的可靠性强，使用方便。

Description

微量注射自动控制系统

【技术领域】：本发明涉及一种在生物医学科研和临床检验中使用的微量注射控制系统装置。

【背景技术】：在生物医学的科学研究和临床检验中，细胞级的微操作越来越受到人们的重视。例如科学家通过试管技术，使人工授精可以在一个细胞中进行。在此类试验中，向细胞中注射或从细胞中抽取物质，对注射量和抽取量的要求都十分的精确。目前，国内外相继推出了自动定量的微量注射控制器，但是这些注射控制器对注射量和抽取量的控制都是通过控制电机运动来实现的，即通过电机带动注射针管内活塞的运动，完成注射和抽取的动作。但是，这种微量注射器一般多应用在临床药物注射中，因为它的控制精度较低，在细胞注射等要求比较高的场合，还无法采用。此外，还有一种微量注射器采用气体产生的压力来推动完成注射动作，即通过控制气体压力的大小和作用时间来控制注射量的大小，但是这种注射器的压力和时间一般都是由人工调节完成，每变换一次动作都要重新调节压力，重复性差，精度低，操作复杂。

【发明内容】：本发明的目的是为了克服上述微量注射器存在的不足，提供一种精度高、重复性强、可实现微量注射过程中各动作压力和时间的自动设定和控制的微量注射自动控制系统。

本发明微量注射自动控制系统，包括由中央处理单元及其外围电路构成的电路部分，和由气源、真空发生器、压力控制阀、电磁阀构成的气动部分组成，其中电路部分包括中央处理单元，通过数据线分别与中央处理单元连接的数据存储器、程序存储器、Watchdog单元和液晶显示单元，通过数据线与中央处理单元连接的、用于将各气路压力传感器输出信号进行转换的AD转换单元，通过数据线与中央处理单元连接的扩展并行接口，该扩展并行接口通过数据线连接键盘；气动部分包括并行设置的吸液回路、注射回路、吸持回路和清除吸持回路构成，其中：吸液回路依次包括由气路连接的第一压力控制阀、第一电磁阀、第一真空发生器和第二电磁阀，气路的末端连接注射针管；注射回路依次包括由气路连接的第二压力控制阀和第三电磁阀，气路的末端与吸液回路末端汇合并连接注射针管；吸持回路依次包括由气路连接的第四压力控制阀、第二真空发生器和第六电磁阀，气路的末端连接吸持管；清除吸持回路是在吸持回路中的第四压力控制阀后与吸持管前之间并联一个第七电磁阀旁路。

在注射回路并联安装有一个由第三压力控制阀和第四电磁阀组成的平衡回路和由第五电磁阀组成的清除注射回路。

本发明的优点和积极效果：实现了注射过程的压力和时间的自动、精确控制，具有单步工作和连续工作两种模式，可实现手动无法完成的序列连续工作，可以通过编程来实现不同工作要求；产品的可靠性强，使用方便。

【附图说明】：

图1为本发明控制电路的原理方框图；

图2为本发明的CPU单元电路连接参考图；

图3为本发明的存储单元的电路连接参考图；

图4为本发明的AD单元的电路连接参考图；

图5为本发明的并行扩展口控制单元的电路连接参考图；

图6为本发明的Watchdog电路连接参考图；

图7为本发明的液晶接口电路连接参考图；

图8为本发明的键盘盘面设置示意图；

图9为各模式下液晶显示的示意图；

图10为本发明气路部分连接原理图；

图11为本发明的控制总流程图。

【具体实施方式】：

实施例1：

如图1所示，本发明微量注射控制器的电路部分包括：中央处理单元，为89C52单片机，其分别外扩了64k的程序存储器和数据存储器。输入、吸入、注射、平衡和吸持五路压力信号经过压力传感器转化为0～40mv电压信号，经100倍仪表放大器，转化为0～4伏的电压，经AD转换器，转换为数字信号，与单片机接口。采用高精度的压力传感器，线性度最大误差小于1.0％，AD部分采用高精度仪表放大器和12位AD转换器，使得采样精度达到0.1％。单片机通过8155进行并行口的扩展，主要完成键盘的输入和8路电磁阀的控制。电磁阀的驱动电路与8155扩展并行口及其他电路之间加入光电隔离，消除电磁阀动作对其他电路的影响。其具体连接电路如下：

CPU单元(如图2所示)：由单片机、地址锁存器、和译码器组成，与AD转换单元、液晶显示单元及并行扩展口相连，采集压力信号，根据键盘输入控制各路气动元件动作，并利用液晶显示。

存储单元(如图3所示)：包括程序存储器(ROM)和数据存储器(EEPROM)，程序存储器作为单片机存储空间不够时的备份空间，数据存储器存储设定的压力、时间及工作序列等值。

AD单元(如图4所示)：主要功能完成五路压力信号采集，压力传感器把压力信号转换为电压信号，仪表放大器进行放大，AD转换器将模拟信号转换为数字信号，与CPU接口。

并行扩展口单元(如图5所示)：完成键盘(图8所示)输入和各路气动电磁阀动作控制功能。其中并行扩展口与电磁阀的驱动电路之间采用光电隔离，使得电磁阀与其他电路部分没有电的连接，消除电磁阀动作对电路的影响。

看门狗定时复位器单元(如图6所示)：主要保护系统，减小外界干扰。

液晶显示单元(如图7所示)：主要完成操作过程中各步骤工作状态、压力时间等信息的显示。

气动部分见图10，包括吸液回路(1)、注射回路(2)、平衡回路(3)、清除注射回路(4)、吸持回路(5)和清除吸持回路(6)，从而可以完成8种动作，即吸入、注射、压力平衡、释放平衡、清除、吸持、释放吸持和清除吸持。

1)气源(气源：由一定压力的氮气作为气源，可防止发生化学反应，保证使用安全。)经过干燥和过滤后可以进入回路，由两位三通阀1控制其通断。如果关闭两位三通阀1，则整个回路的所有动作都停止。气体进入回路后由二位二通阀(电磁阀)2、3、4、5、6分别控制其执行相应的吸液、注射、平衡毛细和清除注射管的功能。

2)吸液由回路(1)完成，即气体经过第一压力控制阀即减压阀a和第一电磁阀2后进入第一真空发生器，产生吸液真空，从而吸取液体进入注射管。注，阀2、3同时工作，但是阀2、3和阀4不能同一时间动作。

3)在吸液以前，由于毛细作用，会有一部分液体在大气压作用下进入注射管，这时候需要平衡回路进行工作，将吸入注射管的液体排出。由回路(3)中的第三压力控制阀即减压阀c和第四电磁阀5完成。

4)被注射的细胞通过控制吸持真空将其吸入到吸持管的入口处。由回路(5)中的第四压力控制阀即减压阀d、第六电磁阀7和第二真空发生器完成。

5)以上动作完成后就可以进行注射了，注射压力由第二压力控制阀即减压阀b控制。由回路(2)完成。

6)在注射完成后需要清除注射管和吸持管，分些由回路(4)和回路(6)完成，利用压力差将残余物清除注射管和吸持管。

整个系统的工作过程，见图11流程：

开机后，显示开始画面(图9-1)。

按下转换键(见图8)，进入压力设定画面(图9-2)，旋转各调节钮，液晶显示各动作的压力值，并存储在EEPROM中。

再次按下转换键，进入时间设定画面(图9-3)，通过按键盘上的增加和减少键可以调节各动作的时间。此值也存贮在EEPROM中。

再次按下转换键，进入工作序列设定画面(图9-4)。通过键盘，一共可以设定60个序列，每个序列最多可以12个步骤。这些序列都存储在EEPROM中。

再次按下转换键，进入单步工作状态(图9-5)。在此状态下，通过按下键盘上的不同工作键，单步执行各种工作并显示。

再次按下转换键，进入连续工作状态(图9-6)。在此状态下，首先选择工作序列号，确认后，程序控制自动完成序列中设定的所有动作。

再次按下转换键，回到开始画面，重复以上几个步骤。

Claims (3)

1、一种微量注射自动控制系统，包括由中央处理单元及其外围电路构成的电路部分，和由气源、真空发生器、压力控制阀、电磁阀构成的气动部分组成，其特征是电路部分包括通过数据线分别与中央处理单元连接的数据存储器和液晶显示单元，通过数据线与中央处理单元连接的、用于将各气路压力传感器输出信号进行转换的AD转换单元，通过数据线与中央处理单元连接的扩展并行接口，该扩展并行接口通过数据线连接键盘；气动部分包括并行设置的吸液回路、注射回路、  吸持回路和清除吸持回路构成，其中：吸液回路依次包括由气路连接的第一压力控制阀、第一电磁阀、第一真空发生器和第二电磁阀，气路的末端连接注射针管；注射回路依次包括由气路连接的第二压力控制阀和第三电磁阀，气路的末端与吸液回路末端汇合并连接注射针管；吸持回路依次包括由气路连接的第四压力控制阀、第二真空发生器和第六电磁阀，气路的末端连接吸持管；清除吸持回路是在吸持回路中的第四压力控制阀后与吸持管前之间并联一个第七电磁阀旁路。

2、根据权利要求1所述的微量注射自动控制系统，其特征是在注射回路并联安装有一个由第三压力控制阀和第四电磁阀组成的平衡回路和由第五电磁阀组成的清除注射回路。

3、根据权利要求1或2所述的微量注射自动控制系统，其特征是中央处理单元通过数据线同时还分别连接程序存储器和看门狗定时复位器单元。

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