CN112387432A - 一种用于高速离心设备的离心时间检测机构及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对离心技术的改进，具体为一种用于高速离心设备的离心时间检测机构及检测方法，包括试管(1)、试管塞(2)、电源模块(3)和控制模块(4)，所述电源模块(3)设在试管(1)内，所述控制模块(4)设在试管塞(2)中，还包括串口模块(5)，所述串口模块(5)设在试管塞(2)上，所述控制模块(4)包括处理器芯片(41)、温度检测电路(42)和触发开关(43)，所述电源模块(3)与带计时器的处理器芯片(41)电连接，所述温度检测电路和触发开关也与处理器芯片(41)电连接，通过将结构设计为试管状，并且具有离心检测时间和离心温度检测功能，从而与被检测样品同时进行离心，从而准确检测样品的离心时间和离心温度。

Description

一种用于高速离心设备的离心时间检测机构及检测方法

技术领域

本发明涉及一种对离心技术的改进，具体为一种用于高速离心设备的离心时间检测机构及检测方法。

背景技术

医用离心机在医学研究或者医院检测方面应用得非常广泛，目前在医院应用比较多的离心机产品有高速离心机、血液离心机、血型卡离心机、尿沉渣离心机、毛细管离心机、细胞离心机、生物制药离心机、凝胶气泡处理离心机等，种类繁多，功能也不尽相同。

一般来说，医用离心机主要是用于分离混悬在溶液中的颗粒；例如分离血液中的有形成分，浓缩体液中细胞或其他有形成分，作分析测定用，或分离与蛋白结合或抗体结合的配体及游离配体等；还可以分离标本中已经沉淀的蛋白质，或两种不同密度互不相溶的液体，如分离血浆中乳糜微颗粒及各种脂蛋白等。

目前包括医用离心机等医用检测设备，开始逐渐与生物样本库技术进行结合，生物样本库是一种集中保存生物体的各种组织材料并将其用于疾病的临床治疗和生命科学研究的生物应用系统。生物样本库包括组织库(如正常组织、肿瘤组织等)、器官库、细胞库等。

对于生物样本库的建立而言，不仅要对生物样本进行采集和保存，还需要对样本经过的环境和实验参数进行采集；通过对该样本的检测结果和环境参数相结合才能更好的判断生物样本式样参数的准确性和导致变化性的外界因素等。

对于多数生物样本的采样而言都需要采用医用离心机，对样本进行离心操作，所以对用离心机上的样本进行离心操作时，其样本的离心时间和环境温度是至关重要的，因为不同的离心环境下所导致的离心后样本的情况可能不同。

目前对于医用离心机的离心时间和离心温度的检测，已经开始有技术进行改进。如中国专利CN2019100912791公开了一种用于高速离心设备原位温度实时监测的无线装置；上述设计存在的问题是离心组件采用圆形芯片托盘时，无线测温组件摆放在圆形芯片托盘下方，圆形芯片托盘在转动时往往起到类似于枫叶的效果，所以温度实时监测模块监测到的温度是类似于在风吹过程中时的温度，会有一定的偏差；另一方面，采用无线传输设备时的数据发送和接收可能出现延迟或信号中断的情况。原因是一般的离心机上都有机盖，机盖对于信号具有一定阻隔效果。医院内部布局各不相同；实际使用中时，客户反映往往会出现数据的延迟和数据包丢失情况。所以导致其接收的离心温度不太准确，或与离心时的样本数据对应不上。再者，该温度检测装置需要对现有的生物离心机进行改装，外接电源线、适配器等机构。但某些医用离心机成本高昂、结构复杂，不便于改装；所以该装置在使用时的效果并不理想。

同样，目前中国专利CN10344911也公开了一种用于离心机的温度信号检测电路，至于该电路结构是安置于生物离心机的何处，以及如何与生物离心机的结构进行整合，在该申请中并未明确提出。

发明内容

本发明针对上述几个问题，提出了一种用于高速离心设备的离心时间检测机构及检测方法，通过将结构设计为试管状，并且具有离心检测时间和离心温度检测功能，从而与被检测样品同时进行离心，从而准确检测样品的离心时间和离心温度。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种用于高速离心设备的离心时间检测机构，包括试管、试管塞、电源模块和感应控制模块，所述电源模块和感应控制模块均设在试管塞中，所述电源模块和感应控制模块电连接，所述感应控制模块包括MCU芯片、温度传感器、EEPROM芯片、DC-DC升压芯片、加速度传感器和串口通信模块，所述MCU芯片通过DC-DC升压芯片与电源模块电连接，所述MCU芯片分别与温度传感器、EEPROM芯片、DC-DC升压芯片、加速度传感器和串口通信模块电连接。

作为优选，所述电源模块采用9号干电池。

作为优选，所述MCU芯片采用STM32L011选型，其中1号管脚通过电阻R4接地，2号管脚外接LED，3号和4号管脚悬空，5号管脚RX和6号管脚TX对应与串口通信模块的4号通信线RX和5号通信线TX连接，MCU芯片的7号管脚INT1与加速度传感器的4号管脚INT1连接，8号管脚DQ与温度传感器的2号管脚DQ连接，9号管脚接地，10号管脚接DC-DC升压芯片的3.3V供电电压，11号管脚SCL和12号管脚SDA对应接EEPROM芯片的6号管脚SCL和5号管脚SD，13号管脚SWDAT和14号管脚SWCLK作为编程端口连接电路引脚P4，

作为优选，所述温度传感器采用DS18B20选型，其中温度传感器的1号管脚接地，二号作为DQ信号管脚与MCU芯片信号连接，3号管脚接外接电压。

作为优选，所述EEPROM芯片采用BL24C512A的选型，其中1号、2号、3号和8号管脚接DC-DC升压芯片的3.3V供电电压并且还通过电容C3接地，4号管脚接地，5号管脚SDA和6号管脚SCL与MCU芯片信号连接，7号管脚悬空。

作为优选，所述加速度传感器为六轴加速度传感器，采用BOSCH BMI160选型，其中1号管脚接地，2号和3号管脚悬空，4号管脚INT1与MCU芯片信号连接，5号管脚CDDIO接DC-DC升压芯片的3.3V供电电压，6号和7号管脚接地，8号管脚VDD接DC-DC升压芯片的3.3V供电电压并通过电容C4接地，9号、10号、11号和12号管脚悬空，13号管脚DCL和14号管脚SDA与MCU芯片信号连接。

作为优选，所述DC-DC升压芯片的2号管脚LX通过电容L1与触点P1的1号管脚连接，还通过电容C1接地，所述触点P1与电源模块电连接，所述触点P1的2号管脚接地，DC-DC升压芯片的1号管脚接地，所述DC-DC升压芯片的3号管脚提供3.3V电压还通过电容C2接地。

作为优选，所述串口通信模块为2.5的耳机通信插头并安装在试管塞上。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：高速离心设备的离心时间检测方法，包括如下步骤：步骤一：将电源模块和感应控制模块安装在试管内塞上试管塞；感应控制模块通电并保持待机状态；

步骤二：试管伴随被检试管共同摆放在试管架上，检测试管架的状态，同时当试管架上的试管摆放在离心机上时，试管也一起摆放在离心机上进行离心；

步骤三：所述感应控制模块采用间歇式测温方法，所述间歇式测温方法具体是指感应控制模块通电并保持待机状态时，由加速度传感器检测外部运动，当加速度传感器感应到外部运动时，激活MCU芯片工作状态，激活MCU芯片连续时间T1通过温度传感器进行外部测温，测温后再连续时间T1通过加速度传感器测试加速度，并将检测到的温度数值通过EEPROM芯片进行存储，重复上述步骤直至MCU芯片测得加速度传感器测试加速度为0时，MCU芯片再次进入待机状态；

步骤四：通过将串口通信模块与PC机上的串口连接，从而可以实现PC机调用EEPROM芯片内存储的温度值，从而获取试管的高速离心时间和离心温度。

本发明的一种用于高速离心设备的离心时间检测机构及其检测方法具有如下优点：结构简单采用试管形状，可以与离心机完美兼容，与被测试管的离心环境相同，同时功耗低，长时间处于低功耗待唤醒状态，从而可以长时间进行离心时间检测，并且还可以对环境温度进行检测。

附图说明

图1是本发明的用于高速离心设备的离心时间检测机构的结构示意图；

图2是本发明的用于高速离心设备的离心时间检测机构的控制模块的结构示意图；

图3是本发明的MCU芯片U1和串口通信模块J1的电路结构示意图；

图4是本发明的温度传感器U2的电路结构示意图；

图5是本发明的EEPROM芯片U3的电路连接示意图；

图6是本发明的DC-DC升压芯片U4的电路连接示意图；

图7是本发明的加速度传感器U5的电路连接示意图。

附图说明：1、试管；2、试管塞；3、电源模块；4、感应控制模块；U1、MCU芯片；U2、温度传感器；U3、EEPROM芯片；U4、DC-DC升压芯片；U5、加速度传感器；J1、串口通信模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

一种用于高速离心设备的离心时间检测机构，包括试管1、试管塞2、电源模块3和感应控制模块4，所述电源模块3和感应控制模块4均设在试管塞2中，所述电源模块3和感应控制模块4电连接，所述感应控制模块4包括MCU芯片U1、温度传感器U2、EEPROM芯片U3、DC-DC升压芯片U4、加速度传感器U5和串口通信模块J1，所述MCU芯片U1通过DC-DC升压芯片U4与电源模块3电连接，所述MCU芯片U1分别与温度传感器U2、EEPROM芯片U3、DC-DC升压芯片U4、加速度传感器U5和串口通信模块J1电连接。

所述电源模块3采用9号干电池；所述MCU芯片U1采用STM32L011选型，其中1号管脚通过电阻R4接地，2号管脚外接LED，3号和4号管脚悬空，5号管脚RX和6号管脚TX对应与串口通信模块J1的4号通信线RX和5号通信线TX连接，MCU芯片U1的7号管脚INT1与加速度传感器U5的4号管脚INT1连接，8号管脚DQ与温度传感器U2的2号管脚DQ连接，9号管脚接地，10号管脚接DC-DC升压芯片U4的3.3V供电电压，11号管脚SCL和12号管脚SDA对应接EEPROM芯片U3的6号管脚SCL和5号管脚SD，13号管脚SWDAT和14号管脚SWCLK作为编程端口连接电路引脚P4，所述温度传感器U2采用DS18B20选型，其中温度传感器U2的1号管脚接地，二号作为DQ信号管脚与MCU芯片U1信号连接，3号管脚接外接电压。

所述EEPROM芯片U3采用BL24C512A的选型，其中1号、2号、3号和8号管脚接DC-DC升压芯片U4的3.3V供电电压并且还通过电容C3接地，4号管脚接地，5号管脚SDA和6号管脚SCL与MCU芯片U1信号连接，7号管脚悬空。

所述加速度传感器U5为六轴加速度传感器，采用BOSCH BMI160选型，其中1号管脚接地，2号和3号管脚悬空，4号管脚INT1与MCU芯片U1信号连接，5号管脚CDDIO接DC-DC升压芯片U4的3.3V供电电压，6号和7号管脚接地，8号管脚VDD接DC-DC升压芯片U4的3.3V供电电压并通过电容C4接地，9号、10号、11号和12号管脚悬空，13号管脚DCL和14号管脚SDA与MCU芯片U1信号连接。

所述DC-DC升压芯片U4的2号管脚LX通过电容L1与触点P1的1号管脚连接，还通过电容C1接地，所述触点P1与电源模块3电连接，所述触点P1的2号管脚接地，DC-DC升压芯片U4的1号管脚接地，所述DC-DC升压芯片U4的3号管脚提供3.3V电压还通过电容C2接地。

所述串口通信模块J1为2.5的耳机通信插头并安装在试管塞2上。

一种高速离心设备的离心时间检测方法，包括如下步骤：

步骤一：将电源模块3和感应控制模块4安装在试管1内塞上试管塞2；感应控制模块4通电并保持待机状态；

步骤二：试管1伴随被检试管共同摆放在试管架上，检测试管架的状态，同时当试管架上的试管摆放在离心机上时，试管1也一起摆放在离心机上进行离心；

步骤三：所述感应控制模块4采用间歇式测温方法，所述间歇式测温方法具体是指感应控制模块4通电并保持待机状态时，由加速度传感器U5检测外部运动，当加速度传感器U5感应到外部运动时，激活MCU芯片U1工作状态，激活MCU芯片U1连续时间T1通过温度传感器U2进行外部测温，测温后再连续时间T1通过加速度传感器U5测试加速度，并将检测到的温度数值通过EEPROM芯片U3进行存储，重复上述步骤直至MCU芯片U1测得加速度传感器U5测试加速度为0时，MCU芯片U1再次进入待机状态；

步骤四：通过将串口通信模块J1与PC机上的串口连接，从而可以实现PC机调用EEPROM芯片U3内存储的温度值，从而获取试管的高速离心时间和离心温度。

本发明的工作原理是将利用试管1的可以安装在离心设备上实现与被测试管相同的应用环境，通过9号干电池与试管1的内径近乎相同，从而实现通过9号干电池进行供电，并且通过感应控制模块4中的加速度传感器作为触发信号来源，同时整个离心时间检测机构长时间处于待机状态，功耗极低。

当试管1安装在离心机上时，离心机开始工作时由加速度传感器U5感应到试管1出现转动时，通过MCU芯片U1收到的电信号时间，从而将时间以及该时间段的温度传感器U2检测到的环境温度参数记录在EEPTOM芯片U3上，当需要对该离心时间进行统计时，可以将试管1从离心机上取下，并且通过串口通信模块J1可以与PC机进行通信从而实现离心时间和环境温度的数据录入工作。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于高速离心设备的离心时间检测机构，其特征在于：包括试管(1)、试管塞(2)、电源模块(3)和感应控制模块(4)，所述电源模块(3)和感应控制模块(4)均设在试管塞(2)中，所述电源模块(3)和感应控制模块(4)电连接，所述感应控制模块(4)包括MCU芯片(U1)、温度传感器(U2)、EEPROM芯片(U3)、DC-DC升压芯片(U4)、加速度传感器(U5)和串口通信模块(J1)，所述MCU芯片(U1)通过DC-DC升压芯片(U4)与电源模块(3)电连接，所述MCU芯片(U1)分别与温度传感器(U2)、EEPROM芯片(U3)、DC-DC升压芯片(U4)、加速度传感器(U5)和串口通信模块(J1)电连接。

2.根据权利要求1所述的用于高速离心设备的离心时间检测机构，其特征在于：所述电源模块(3)采用9号干电池。

3.根据权利要求1所述的用于高速离心设备的离心时间检测机构，其特征在于：所述MCU芯片(U1)采用STM32L011选型，其中1号管脚通过电阻R4接地，2号管脚外接LED，3号和4号管脚悬空，5号管脚RX和6号管脚TX对应与串口通信模块(J1)的4号通信线RX和5号通信线TX连接，MCU芯片(U1)的7号管脚INT1与加速度传感器(U5)的4号管脚INT1连接，8号管脚DQ与温度传感器(U2)的2号管脚DQ连接，9号管脚接地，10号管脚接DC-DC升压芯片(U4)的3.3V供电电压，11号管脚SCL和12号管脚SDA对应接EEPROM芯片(U3)的6号管脚SCL和5号管脚SD，13号管脚SWDAT和14号管脚SWCLK作为编程端口连接电路引脚P4，

4.根据权利要求1所述的用于高速离心设备的离心时间检测机构，其特征在于：所述温度传感器(U2)采用DS18B20选型，其中温度传感器(U2)的1号管脚接地，二号作为DQ信号管脚与MCU芯片(U1)信号连接，3号管脚接外接电压。

5.根据权利要求1所述的离心时间检测机构的离心时间检测机构，其特征在于：所述EEPROM芯片(U3)采用BL24C512A的选型，其中1号、2号、3号和8号管脚接DC-DC升压芯片(U4)的3.3V供电电压并且还通过电容C3接地，4号管脚接地，5号管脚SDA和6号管脚SCL与MCU芯片(U1)信号连接，7号管脚悬空。

6.根据权利要求1所述的用于高速离心设备的离心时间检测机构，其特征在于：所述加速度传感器(U5)为六轴加速度传感器，采用BOSCH BMI160选型，其中1号管脚接地，2号和3号管脚悬空，4号管脚INT1与MCU芯片(U1)信号连接，5号管脚CDDIO接DC-DC升压芯片(U4)的3.3V供电电压，6号和7号管脚接地，8号管脚VDD接DC-DC升压芯片(U4)的3.3V供电电压并通过电容C4接地，9号、10号、11号和12号管脚悬空，13号管脚DCL和14号管脚SDA与MCU芯片(U1)信号连接。

7.根据权利要求1所述的用于高速离心设备的离心时间检测机构，其特征在于：所述DC-DC升压芯片(U4)的2号管脚LX通过电容L1与触点P1的1号管脚连接，还通过电容C1接地，所述触点P1与电源模块(3)电连接，所述触点P1的2号管脚接地，DC-DC升压芯片(U4)的1号管脚接地，所述DC-DC升压芯片(U4)的3号管脚提供3.3V电压还通过电容C2接地。

8.根据权利要求1所述的用于高速离心设备的离心时间检测机构，其特征在于：所述串口通信模块(J1)为2.5的耳机通信插头并安装在试管塞(2)上。

9.如权利要求1所述的高速离心设备的离心时间检测方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：将电源模块(3)和感应控制模块(4)安装在试管(1)内塞上试管塞(2)；感应控制模块(4)通电并保持待机状态；

步骤二：试管(1)伴随被检试管共同摆放在试管架上，检测试管架的状态，同时当试管架上的试管摆放在离心机上时，试管(1)也一起摆放在离心机上进行离心；

步骤三：所述感应控制模块(4)采用间歇式测温方法，所述间歇式测温方法具体是指感应控制模块(4)通电并保持待机状态时，由加速度传感器(U5)检测外部运动，当加速度传感器(U5)感应到外部运动时，激活MCU芯片(U1)工作状态，激活MCU芯片(U1)连续时间T1通过温度传感器(U2)进行外部测温，测温后再连续时间T1通过加速度传感器(U5)测试加速度，并将检测到的温度数值通过EEPROM芯片(U3)进行存储，重复上述步骤直至MCU芯片(U1)测得加速度传感器(U5)测试加速度为0时，MCU芯片(U1)再次进入待机状态；

步骤四：通过将串口通信模块(J1)与PC机上的串口连接，从而可以实现PC机调用EEPROM芯片(U3)内存储的温度值，从而获取试管的高速离心时间和离心温度。

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