CN109161477A - 一种基于基因测序的温度控制电路及其应用 - Google Patents

一种基于基因测序的温度控制电路及其应用 Download PDF

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赵光磊
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Abstract

本发明实施例公开了一种基于基因测序的温度控制电路及其应用，所述的基于基因测序的温度控制电路包括恒流源模块、信号放大处理模块、主控制器MCU、电气隔离模块、逻辑转换模块、H桥驱动模块、TEC模块、以及安装在被控设备上的温度传感器。本发明实施例提供的基于基因测序的温度控制电路能够实现对生物化学医疗器械设备的高效率、高可靠性、高自动化、快速反应的恒定的温度控制，满足生物化学仪器设备的实验要求。

Description

一种基于基因测序的温度控制电路及其应用
技术领域
本发明实施例涉及温度控制技术领域，具体涉及一种基于基因测序的温度控制电路及其应用。
背景技术
在生物化学、医疗器械、电子工业等技术领域，均需要使用温度控制装置进行制冷或制热的操作，来对试剂、酶等物质进行温度控制。例如PCR仪、基因测序仪等仪器在使用时，都需要对样品试剂进行物理反应和化学反应的操作。在反应过程中就需要根据不同的时间段进行升温或者降温的操作。例如：对于DNA的变性需要温度达到90℃，DNA复制的时候就需要保持在70℃进行扩增等。
目前，大部分生物化学仪器设备中的温度控制部分不能满足反应速度、精度、效率等方面的要求。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种基于基因测序的温度控制电路及其应用，用以解决现有的生物化学仪器设备温度控制部分不能满足反应速度、精度、效率方面要求的问题。
为实现上述目的，本发明实施例的技术方案为：一种基于基因测序的温度控制电路，包括恒流源模块、信号放大处理模块、主控制器MCU、电气隔离模块、逻辑转换模块、H桥驱动模块、TEC模块、以及安装在被控设备上的温度传感器；
所述恒流源模块的输出端连接所述温度传感器的输入端，所述温度传感器的输出端连接所述信号放大处理模块的输入端，所述信号放大处理模块的输出端连接所述主控制器MCU的ADC引脚，所述主控制器MCU的输出端连接电气隔离模块的输入端，所述电气隔离模块的输出端连接逻辑转换模块的输入端，所述逻辑转换模块的输出端连接H桥驱动模块的输入端，所述H桥驱动模块的输出端连接TEC模块，通过TEC模块的温度变化实现对被控设备的温度控制。
在一些实施方案之中，所述的恒流源模块主要由第3电阻R3、第5电阻R5、第6电阻R6、第7电阻R7、稳压源Q1以及稳压电压VCC组成。
在一些较为具体的实施方案之中，所述第3电阻R3的一端与稳压电压VCC连接，另一端分别与第5电阻R5、第6电阻R6、第7电阻R7和稳压源Q1连接，所述第5电阻R5为变值电阻，稳压源Q1可调节第5电阻R5的阻值大小，所述第5电阻R5与稳压源Q1连接，且第5电阻R5与稳压源Q1之间设有GND接点。
在一些实施方案之中，所述的信号放大处理模块包括第8电阻R8、第9电阻R9、第10电阻R10、第11电阻R11、第12电阻R12、第14电阻R14、第1电容C1、第二电容C2、运算放大器U1和稳压管D1。
在一些实施方案之中，所述的电气隔离模块主要由第1电阻R1、第2电阻R2、第4电阻R4、第13电阻R13、以及光电耦合器U2、U3组成。
在一些实施方案之中，所述的逻辑转换模块主要由与门芯片P4、P5以及非门芯片P3组成。
在一些实施方案之中，所述的H桥驱动模块主要由4个场效应管Q2、Q3、Q4、Q5以及4个二极管D2、D3、D4、D5组成。
在一些实施方案之中，所述的温度传感器为铂电阻温度传感器。
在一些实施方案之中，所述的温度传感器通过导热硅胶固定在被控设备上。
此外，本发明实施例还提供了一种温度可控的生物化学仪器，包括任一项上述的基于基因测序的温度控制电路。
与现有技术相比，本发明实施例具有如下优点：本发明实施例提供了一种基于基因测序的温度控制电路及其应用，所述的基于基因测序的温度控制电路包括恒流源模块、信号放大处理模块、主控制器MCU、电气隔离模块、逻辑转换模块、H桥驱动模块、TEC模块、以及安装在被控设备上的温度传感器；通过采用本发明实施例提供的基于基因测序的温度控制电路能够实现对生物化学医疗器械设备的高效率、高可靠性、高自动化、快速反应的恒定的温度控制，满足生物化学仪器设备的实验要求。
附图说明
图1是本发明一典型实施例中用于基因测序的温度控制电路的组成模块框图；
图2a是本发明一典型实施例中用于基因测序的温度控制电路的信号放大处理模块的电路图；
图2b是本发明一典型实施例中用于基因测序的温度控制电路的温度传感器的电路图；
图3是本发明一典型实施例中用于基因测序的温度控制电路的电气隔离模块的电路图；
图4是本发明一典型实施例中用于基因测序的温度控制电路的逻辑转换模块的电路图；
图5是本发明一典型实施例中用于基因测序的温度控制电路的H桥驱动模块的电路图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
下面结合附图和具体实施例对本发明实施例进行详细的说明，本发明实施例公开了一种基于基因测序的温度控制电路，包括恒流源模块、信号放大处理模块、主控制器MCU、电气隔离模块、逻辑转换模块、H桥驱动模块、TEC模块、以及安装在被控设备上的温度传感器；
所述恒流源模块的输出端连接所述温度传感器的输入端，所述温度传感器的输出端连接所述信号放大处理模块的输入端，所述信号放大处理模块的输出端连接所述主控制器MCU的ADC引脚，所述主控制器MCU的输出端连接电气隔离模块的输入端，所述电气隔离模块的输出端连接逻辑转换模块的输入端，所述逻辑转换模块的输出端连接H桥驱动模块的输入端，所述H桥驱动模块的输出端连接TEC模块，通过TEC模块的温度变化实现对被控设备的温度控制。
进一步的，所述的恒流源模块主要由第3电阻R3、第5电阻R5、第6电阻R6、第7电阻R7、稳压源Q1以及稳压电压VCC组成。其中，所述第3电阻R3的一端与稳压电压VCC连接，另一端分别与第5电阻R5、第6电阻R6、第7电阻R7和稳压源Q1连接，所述第5电阻R5为变值电阻，稳压源Q1可调节第5电阻R5的阻值大小，所述第5电阻R5与稳压源Q1连接，且第5电阻R5与稳压源Q1之间设有GND接点。
进一步的，所述的信号放大处理模块包括第8电阻R8、第9电阻R9、第10电阻R10、第11电阻R11、第12电阻R12、第14电阻R14、第1电容C1、第二电容C2、运算放大器U1和稳压管D1。
进一步的，所述的电气隔离模块主要由第1电阻R1、第2电阻R2、第4电阻R4、第13电阻R13、以及光电耦合器U2、U3组成。
进一步的，所述的逻辑转换模块主要由与门芯片P4、P5以及非门芯片P3组成。
进一步的，所述的H桥驱动模块主要由4个场效应管Q2、Q3、Q4、Q5以及4个二极管D2、D3、D4、D5组成。
进一步的，所述的温度传感器优选为铂电阻温度传感器，但不限于此。
进一步的，所述的温度传感器通过导热硅胶固定在被控设备上，但不限于此。
此外，本发明实施例还提供了一种温度可控的生物化学仪器，包括任一项上述的基于基因测序的温度控制电路。
下面结合若干典型实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明基于基因测序的温控电路，包括：主控制器MCU、温度传感器、信号放大处理模块、电气隔离模块、逻辑转换模块、H桥驱动模块、输入设备以及显示部分。
如图2所示，由第3电阻R3、第5电阻R5、第6电阻R6、第7电阻R7、高精度稳压源Q1以及稳压电压VCC组成的高精度恒流源部分产生恒定电流，并将电流注入铂电阻温度传感器，以实现将铂电阻温度传感器电阻值转换为电压信号。其中铂电阻温度传感器通过导热硅胶固定与温控装置表面。通过铂电阻自身电阻值的变化，然后将电压信号传输至后续的由第8电阻R8，第9电阻R9，第10电阻R10、第11电阻R11、第12电阻R12、第14电阻R14、第1电容C1、第二电容C2、运算放大器U1、稳压管D1组成的放大电路。然后通过放大滤波后传输至主控制芯片的ADC引脚。
如图3所示，经过主控制器MCU通过计算后得到传感器所测的实时温度，然后将实时温度与通过输入设备写入到主控制器MCU的设定温度进行比较，通过PID算法计算得出的PWM控制量，输出相应占空比的PWM方波以及高低电平。传输至由第1电阻R1、第2电阻R2、第4电阻R4、第13电阻R13、以及光电耦合器U2、U3组成的电气隔离模块。
如图4所示，经过电气隔离模块传出的信号经过由与门芯片P4、P5以及非门芯片P3组成的逻辑转换模块。
如图5所示，信号经过逻辑转换模块以后传输至H桥驱动模块。此模块由4个场效应管Q2、Q3、Q4、Q5以及4个二极管D2、D3、D4、D5组成。通过MCU传输的PWM以及方向信号以及稳定电压VDD来对TEC模块(P2)进行电流方向以及大小的控制。以达到TEC产生的温度快速反应且保持稳定的温度。
本发明的原理是：
本发明实施例的电路采用的是铂电阻温度传感器，通过将温度传感器固定在被控设备上，并且由信号放大处理模块中的高精度恒流源注入的电流将本身的电阻值转换为电压信号传输至信号放大处理模块的运算放大器，然后传输至主控制器MCU的ADC引脚。通过计算后得到传感器所测的实时温度，然后将实时温度与通过输入设备写入到主控制器MCU的设定温度进行比较，通过PID算法计算得出的PWM(Pulse Width Modulation)控制量，输出相应占空比的PWM方波以及高低电平。经过电气隔离模块、逻辑转换模块输出至H桥驱动模块，从而控制输出到TEC上的输出电压大小和方向。所述的TEC即Thermo ElectricCooler，又称半导体致冷器是利用半导体材料的珀尔帖效应制成的。所谓珀尔帖效应，是指当直流电流通过两种半导体材料组成的电偶时，其一端吸热，一端放热的现象。重掺杂的N型和P型的碲化铋主要用作TEC的半导体材料，碲化铋元件采用电串联，并且是并行发热。TEC包括一些P型和N型对(组)，它们通过电极连在一起，并且夹在两个陶瓷电极之间；当有电流从TEC流过时，电流产生的热量会从TEC的一侧传到另一侧，在TEC上产生″热″侧和″冷″侧，实现TEC的加热与致冷。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于基因测序的温度控制电路，其特征在于：包括恒流源模块、信号放大处理模块、主控制器MCU、电气隔离模块、逻辑转换模块、H桥驱动模块、TEC模块、以及安装在被控设备上的温度传感器；
所述恒流源模块的输出端连接所述温度传感器的输入端，所述温度传感器的输出端连接所述信号放大处理模块的输入端，所述信号放大处理模块的输出端连接所述主控制器MCU的ADC引脚，所述主控制器MCU的输出端连接电气隔离模块的输入端，所述电气隔离模块的输出端连接逻辑转换模块的输入端，所述逻辑转换模块的输出端连接H桥驱动模块的输入端，所述H桥驱动模块的输出端连接TEC模块，通过TEC模块的温度变化实现对被控设备的温度控制。
2.根据权利要求1所述的基于基因测序的温度控制电路，其特征在于：所述的恒流源模块主要由第3电阻R3、第5电阻R5、第6电阻R6、第7电阻R7、稳压源Q1以及稳压电压VCC组成。
3.根据权利要求2所述的基于基因测序的温度控制电路，其特征在于：所述第3电阻R3的一端与稳压电压VCC连接，另一端分别与第5电阻R5、第6电阻R6、第7电阻R7和稳压源Q1连接，所述第5电阻R5为变值电阻，稳压源Q1可调节第5电阻R5的阻值大小，所述第5电阻R5与稳压源Q1连接，且第5电阻R5与稳压源Q1之间设有GND接点。
4.根据权利要求1所述的基于基因测序的温度控制电路，其特征在于：所述的信号放大处理模块包括第8电阻R8、第9电阻R9、第10电阻R10、第11电阻R11、第12电阻R12、第14电阻R14、第1电容C1、第二电容C2、运算放大器U1和稳压管D1。
5.根据权利要求1所述的基于基因测序的温度控制电路，其特征在于：所述的电气隔离模块主要由第1电阻R1、第2电阻R2、第4电阻R4、第13电阻R13、以及光电耦合器U2、U3组成。
6.根据权利要求1所述的基于基因测序的温度控制电路，其特征在于：所述的逻辑转换模块主要由与门芯片P4、P5以及非门芯片P3组成。
7.根据权利要求1所述的基于基因测序的温度控制电路，其特征在于：所述的H桥驱动模块主要由4个场效应管Q2、Q3、Q4、Q5以及4个二极管D2、D3、D4、D5组成。
8.根据权利要求1所述的基于基因测序的温度控制电路，其特征在于：所述的温度传感器为铂电阻温度传感器。
9.根据权利要求1所述的基于基因测序的温度控制电路，其特征在于：所述的温度传感器通过导热硅胶固定在被控设备上。
10.一种温度可控的生物化学仪器，其特征在于：包括权利要求1—9中任一项所述的基于基因测序的温度控制电路。
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