CN111552334A - 一种基于低电压下的核酸扩增仪温度控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于低电压下的核酸扩增仪温度控制系统，包括单片机及其他电路。本系统包括至少三个独立的温度传感器进行温度采集，可以全面采集目标区域内的温度，并且通过三个独立的加热模块分别对独立的目标区域进行加热，使得温度采集以及温度控制的区域更加精密，实现了DNA模板高温（90‑98℃）变性使之解链；降温（50‑65℃）时引物与单链按碱基互补配对的原则结合即复性；60℃‑78℃的温度下，使DNA聚合酶进行酶促聚合反应，DNA序列在3’端逐渐延伸，这过程一直重复40左右个循环。这种独特的温度控制系统也使电源控制电路实现了电源供电和电池供电两种方式，也使得本系统不受电源控制、在没有交流电存在下的多地点、多环境下进行使用，实用性较高。
Description
技术领域
本发明涉及自动控制技术，尤其涉及一种交/直流电都适用的基于低电压下的核酸扩增仪温度控制系统。
背景技术
PCR扩增(Polymerase chain reaction，聚合酶链反应)是利用仪器将DNA在体外高温变性成单链，低温使引物与单链按碱基互补配对的原则结合，再调温度至DNA聚合酶沿着磷酸到五碳糖(5'-3')的方向合成互补链。基于聚合酶制造的PCR仪实际就是一个温控设备，能在变性温度，复性温度，延伸温度之间很好地进行控制。PCR扩增仪被广泛运用于医学、生物学实验室中。但目前所有的PCR扩增仪均在实验室使用，其原因是只有在交流电源存在的的前提下，才能保证核酸扩增过程中的温度控制，如果脱离交流电PCR扩增的功能就不能执行，所以，到目前为止国内没有研发出现场使用的便携式PCR扩增仪，温控是限制因素。为了实现在无交流电存在的情况下也能实现DNA的解链、复性和延伸，发明了一种在交/直流电核酸扩增仪温度控制系统。
发明内容
本发明实施例提供一种基于低电压下的核酸扩增仪温度控制系统，不仅采集的温度数据精度高，而且对目标区域的温度控制能力强，进而保障了实验结果的精准度。
本发明实施例的第一方面，提供一种核酸扩增仪温度控制系统，包括：
单片机；
加热装置连接电路，与所述单片机连接，包括至少三个用于连接加热块的接口；
温度监测电路，与所述单片机连接，包括至少三个用于连接温度传感器的接口；
单片机通过加热装置连接电路控制加热块工作并获取温度监测电路反馈的温度数据。
进一步的，
还包括电源控制电路，所述电源控制电路包括直接供电回路、电池供电回路以及开关；
当电源控制电路与电源连接时，电源通过直接供电回路供电；
当电源控制电路不与电源连接时，电池通过电池供电回路供电。
进一步的，
当电源控制电路与电源连接时，电源通过直接供电回路给电池进行充电。
进一步的，
还包括两路直流转换电路，与所述电源控制电路连接，用于将电源控制电路输出的第一电平的电压分别转换成第二电平电压和第三电平电压。
进一步的，
还包括散热风扇控制电路，与单片机连接；
风扇控制电路包括热敏电阻，热敏电阻与单片机连接；
单片机基于热敏电阻输出电压值的变化，控制与风扇控制电路连接的风扇进行工作。
进一步的，
还包括电池电量监测电路，分别与电池和单片机连接，对电池输出的电压进行分压处理后输出至单片机。
进一步的，
还包括蜂鸣器控制电路，与单片机连接；
蜂鸣器控制电路包括蜂鸣器，受控于单片机进行工作。
进一步的，
还包括触摸屏控制接口电路，分别与单片机和触摸屏连接，用于使触摸屏和单片机之间进行数据交互。
本发明提供的系统包括至少三个独立的温度传感器进行温度采集，可以全面采集目标区域内的温度，并且通过三个独立的加热块分别对独立的目标区域进行加热，使得温度采集以及温度控制的区域精度高，实现了DNA模板高温变性（90-98℃）使之解链，降温复性（50-65℃），60℃-78℃的温度下，使DNA聚合酶进行酶促聚合反应，DNA序列在3’端逐渐延伸，这过程一直重复40左右个循环。这种独特的温度控制系统也使电源控制电路实现了电源供电和电池供电两种方式，也使得本系统不受电源控制、在没有交流电存在下的多地点、多环境下进行使用，实用性较高。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于低电压下的核酸扩增仪温度控制系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的单片机的电路结构示意图；
图3为本发明实施例提供的加热装置连接电路的示意图；
图4为本发明实施例提供的温度监测电路的示意图；
图5为本发明实施例提供的电源控制电路的示意图；
图6为本发明实施例提供的直流转换电路的示意图；
图7为本发明实施例提供的散热风扇控制电路的示意图；
图8为本发明实施例提供的电池电量监测电路的示意图；
图9为本发明实施例提供的蜂鸣器控制电路的示意图；
图10为本发明实施例提供的触摸屏控制接口电路的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等（如果存在）是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
一种基于低电压下的核酸扩增仪温度控制系统，如图1所示起结构示意图，包括单片机、加热装置连接电路以及温度监测电路。加热装置连接电路与单片机连接，包括至少三个用于连接加热块的接口。温度监测电路，与所述单片机连接，包括至少三个用于连接温度传感器的接口，单片机通过加热装置连接电路控制加热块工作并获取温度监测电路反馈的温度数据。
如图2所示，本发明实施例的单片机的电路结构示意图，包括至少八个网络点用于与其他控制电路进行连接，控制设备的运行。
如图3所示，本发明实施例的加热装置连接电路的示意图，包括6PIN接插件，用于连接至少三组加热块，接插件的1-4、2-5、3-6分别对应插接加热快的两极，进而达到对三组加热块分别控制的目的。图中的HEAT_PWM1连接点、HEAT_PWM2连接点以及HEAT_PWM3连接点分别与单片机控制引脚相连，并输出PWM波，控制加热块的温度。
如图4所示，本发明实施例的温度监测电路的示意图，由于芯片U13、U14以及U16的工作电压是3.3V，单片机是5V工作电压，为了兼容芯片和单片机的电平，在芯片的数据口SDI、SCLK、CS、SDO设置了电平转换电路。RTD_CS1、 RTD_CS2、RTD_CS3为3个芯片的片选使能脚。RTD_SDO1、RTD_SDO2、RTD_SDO3为芯片的数据输出口。RTD_CLK和RTD_SDI分别是时钟输入和数据数入口。上述接口分别接入单片机得IO口，按照SPI协议传输和接收数据。
本发明提供的系统包括至少三个独立的温度传感器进行温度采集，可以全面采集目标区域内的温度，并且通过三个独立的加热块分别对独立的目标区域进行加热，使得温度采集以及温度控制的区域精度高，实现了DNA模板高温变性（90-98℃）使之解链，降温复性（50-65℃），60℃-78℃的温度下，使DNA聚合酶进行酶促聚合反应，DNA序列在3’端逐渐延伸，这过程一直重复40左右个循环。这种独特的温度控制系统也使电源控制电路实现了电源供电和电池供电两种方式，也使得本系统不受电源控制、在没有交流电存在下的多地点、多环境下进行使用，实用性较高。
在一个实施例中，如图5所示，还包括电源控制电路，电源控制电路包括直接供电回路、电池供电回路以及开关K1。当电源控制电路与电源连接时，电源通过直接供电回路供电。当电源控制电路不与电源连接时，电池通过电池供电回路供电。当电源控制电路与电源连接时，电源通过直接供电回路给电池进行充电。
图5中的各个接口，J5接口连接外部供电电源直接给设备供电或者给锂电池充电用，J4接口连接锂电池。当J5接口插上外部电源时，三极管Q6导通，P型MOS管U11开启，P型MOS管U8关断，此时锂电池不往设备端供电，外部电源给锂电池开始充电，当按键开关K1按下后P型MOS管U5开启，并往外设端供电。当J5未与外部电源连接时，MOS管U11不导通，MOS管U8导通，当按键开K1按下后MOS管U5开启由锂电池往外设端供电。MOS管U7和MOS管U12组成锂电池充电管理系统，MOS管U12的4脚和5脚分别是正在充电和充电完成信号输出脚，连接至单片机，用于检测锂电池充电状态。
在一个实施例中，如图6所示，还包括两路直流转换电路，与电源控制电路连接，用于将电源控制电路输出的第一电平的电压分别转换成第二电平电压和第三电平电压。其中两路直流转换电路分别接收电源控制电路输入的第一电平电压后，分别输出5V的第二电平电压和3.3V的第三电平电压给后级电路供电。
在一个实施例中，如图7所示，还包括散热风扇控制电路，与单片机连接。风扇控制电路包括热敏电阻，热敏电阻与单片机连接。单片机基于热敏电阻输出电压值的变化，控制与风扇控制电路连接的风扇进行工作。例如说当温度升高后，热敏电阻的阻值升高，单片机采集到的电流减小，此时单片机控制风扇进行工作，进行降温，直到单片机采集的电流回到预设值。
图7中接口J7的1-2连接NTC热敏电阻，热敏电阻没有极性。接口J7的3脚接散热风扇的正极、4脚接风扇的负极。连接点ADC_TEMP为温度监测信号输出，连接至单片机得AD采样口。连接点FAN_EN为风扇使能脚连接到单片机得IO口，高电平打开风扇，低电平关闭风扇。
在一个实施例中，还包括电池电量监测电路，分别与电池和单片机连接，对电池输出的电压进行分压处理后输出至单片机。电池输出的电流由电阻进行分压得到，得到的电压从连接点ADC_BAT输出，进入单片机的AD采样口。单片机对AD采样口输入的电压进行分析。
在一个实施例中，还包括蜂鸣器控制电路，与单片机连接。蜂鸣器控制电路包括蜂鸣器，受控于单片机进行工作。本发明优选采用有源蜂鸣器，其使能脚BUZ_EN连接至单片机IO口，单片机高电平打开蜂鸣器，低电平关闭蜂鸣器。
在一个实施例中，还包括触摸屏控制接口电路，分别与单片机和触摸屏连接，用于使触摸屏和单片机之间进行数据交互。其中单片机的TFT_TX引脚，TFT_RX引脚分别与单片机得串口1通信口相连，TFT_TX引脚为液晶屏发送给单片机信息的管脚，TFT_RX引脚为液晶屏接收单片机指令的管脚。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种基于低电压下的核酸扩增仪温度控制系统，其特征在于，包括：单片机；
加热装置连接电路，与所述单片机连接，包括至少三个用于连接加热块的接口；温度监测电路，与所述单片机连接，包括至少三个用于连接温度传感器的接口；单片机通过加热装置连接电路控制加热块工作并获取温度监测电路反馈的温度数据。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
还包括电源控制电路，所述电源控制电路包括直接供电回路、电池供电回路以及开关；
当电源控制电路与电源连接时，电源通过直接供电回路供电；
当电源控制电路不与电源连接时，电池通过电池供电回路供电。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：
当电源控制电路与电源连接时，电源通过直接供电回路给电池进行充电。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：
还包括两路直流转换电路，与所述电源控制电路连接，用于将电源控制电路输出的第一电平的电压分别转换成第二电平电压和第三电平电压。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
还包括散热风扇控制电路，与单片机连接；风扇控制电路包括热敏电阻，热敏电阻与单片机连接；单片机基于热敏电阻输出电压值的变化，控制与风扇控制电路连接的风扇进行工作。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
还包括电池电量监测电路，分别与电池和单片机连接，对电池输出的电压进行分压处理后输出至单片机。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
还包括蜂鸣器控制电路，与单片机连接；蜂鸣器控制电路包括蜂鸣器，受控于单片机进行工作。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
还包括触摸屏控制接口电路，分别与单片机和触摸屏连接，用于使触摸屏和单片机之间进行数据交互。
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