CN112798773A - 一种基于stm32单片机的高分辨率酶标仪电控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于STM32单片机的高分辨率酶标仪电控系统及实现方法。设计包括总体电源模块(1)对系统所用电进行模块化设计，并对光源的供电电压进行稳压、调压处理，保证光强的稳定；主控电路模块(2)由STM32作为主控芯片，对来自于放大电路的数据进行处理，并通过串口传输给上位机，同时接收上位机数据对执行机构进行控制；温度调控模块(3)用于设定、检测、调节实验环境温度；信号采集模块(4)，对光信号进行采集、滤波、放大等处理；电机驱动模块(5)用于控制样盘电机与滤光轮电机的执行时序与执行速度，其中样盘电机用于带动样盘，滤光轮电机用于复位滤光轮与选择所需滤光片；位置检测模块(6)利用光电传感器对样盘位置与滤光轮位置进行精准定位；光源控制模块(7)利用驱动芯片对光源亮灭进行控制。本发明相对于市面上常见的半自动酶标仪排除了由电压不稳、光源不稳、实验温度等因素所导致的测量结果不准。此外本电控系统采用16位AD转换芯片，实现数据并行采集。可实现低成本、高精度、高稳定性、快速采集。
Description
技术领域
本发明涉及一种生化分析装置，特别涉及一种多波长半自动酶标分析仪电控系统。其集高精度采集系统、温度调控系统、机械控制系统于一体，并在电路中充分考虑电压、光强等外部因素对检测结果造成的不准确性。可在一定程度上克服已有半自动酶标分析仪存在的缺陷，提供一种与计算机构成一体化结构的高分辨率酶标分析仪。
背景技术
随着人民生活水平提高，人们对于疾病的抗争不仅停留在治疗而越来越重视疾病预防。生化检验方法作为检测预防疾病的重要手段。通过对人体相关物质含量的检定，可以为医生提供相应的病理指标从而使得一些危险疾病的得以预防。手工操作为最原始的检测方法，但人工操作难以保证准确性与可靠性，并且效率低，故仪器操作已经很大程度上取代了手工作业。相对于手工检测，仪器检测在检测效率、准确性、可靠性等方面占有极大优势，各个行业对于特定物质指标检测多趋向于购买检测仪器来辅助或替代人工检测方法。
酶联免疫吸附测定是利用抗体能与抗原特异性结合的特点，将游离的杂蛋白与结合于固相载体的目的蛋白分离，并利用特殊的标记物对其定性或定量分析的一种检测方法。酶标分析仪就是基于酶免法的一种高效检测仪器，其工作原理都一样，核心都是一台变相的光电比色计，即用比色法来分析抗原抗体的具体含量。具有检测效率高、性能稳定、操作简便、灵敏度高等诸多优势。目前各大临床检测多采用酶标分析仪极大的提高了检测效率。酶标分析仪目前已成为检测实验室的主导设备。
中国目前现状是国内生产的酶标仪厂家大部分都存在仪器功能单一、检测精密度一般、检测速度慢等问题，不能掌握一些知识的自主权，故只能生产一些低档仪器而对于中高档的仪器多依赖进口。国外的许多厂家所研究的酶标仪在自动化程度、功能全面、性能优越等方面进行研究，但由于开发单独较大，导致国外的中高档酶标仪价格较高。故对于国内的中小型企业机构难以负担国外的中高档酶标仪，对于一些较大型的企业所购买的产品也与国际最近开发水平存在较大差距。
发明内容
本为解决现有设备存在的缺陷和不足，本发明提出了一种基于STM32单片机的高分辨率酶标仪电控系统，基于STM32F103以及实现高分辨率的算法理论，设计电控系统，实现一种多通道、检测精密度较高、检测效率高、体积小、价格低廉的半自动化酶标仪。
基于吸光度定义，当一束光强为I的平行单色光射到均匀非散射的溶液中，光的一部分被吸收，一部分通过溶液，还有一部分被反射，透射光强度为It,被溶液吸收光的强度为Ia,反射光的强度为Ir,由于在实验中盛装溶液的比色皿都是同种材质同种规格，因此反射光的强度基本为定值。则透光率T＝It/I,吸光度 A＝-LgT。以此为理论基础开发了一种基于STM32单片机的高分辨率酶标仪电控系统。该系统成本低、检测精密度高、检测效率高，解决了半自动酶标仪价格昂贵、检测精度低的技术难题。
本发明的技术方案为一种基于STM32单片机的高分辨率酶标仪电控系统，该系统包括：
总体电源模块(1)，主控电路模块(2)，温度调控模块(3)，信号采集模块 (4)，电机驱动模块(5)，位置检测模块(6)，光源控制模块(7)，上位机模块 (8)，光源(9)，滤光轮(10)，滤光轮电机(11)，分光纤维(12)，样盘电机 (13)，待测物样盘(14)，变压模块(15)，稳压模块(16)和调压模块(17)；温度检测模块(18)、温度设定模块(19)和温度调节模块(20)；信号检测模块 (21)、信号处理模块(22)和信号传输模块(23)；样盘电机驱动模块(24)、滤光轮电机驱动模块(25)；样盘位置检测模块(26)、滤光轮位置检测模块(27)， RS232串口(28)；
总体电源模块(1)管理连接系统中所有需要供电的模块以及对光源的供电电压进行稳压、调压处理；主控电路模块(2)与光源控制模块(7)、信号采集模块(4)、电机驱动模块(5)、温度检测模块(18)、温度设定模块(19)通过杜邦线连接相应引脚端口。温度调节模块(20)通过导热硅胶粘附在待测物样盘 (14)上；信号传输模块通过RS232串口(28)与上位机模块(8)相连。光源 (9)与相支撑的机械结构通过螺钉固定连接；滤光轮(10)固定在滤光轮电机 (11)的输出轴上，且透过滤光片后的单色光与分光纤维(12)的接收端同高，进而单色光通过分光纤维(12)分为八束，该八束光与待测物样盘(14)垂直接触；待测物样盘(14)与样盘电机(15)通过带传动相连；
根据权力要求书1所述的一种基于STM32单片机的高分辨率酶标仪电控系统，其特征在于，光源经过总体电源模块(1)可以得到稳定的电压以及稳定的光强；光源(9)发射的光透过滤光轮(10)后产生的单色光通过分光纤维(12) 连接到待测物样盘(14)，该光束经过待测液与聚光球聚光后到达信号采集模块 (4)，得到高精度检测值，该值通过串口RS232(28)传输到上位机模块(8)，上位机软件对该检测值进行算法处理后对最终数据进行显示并存储。
总体电源模块(1)对系统中所使用电压集中设计和管理。总体电源模块中的变压模块(15)与稳压模块(16)可以使得该光源有稳定的电压供电。系统采用+12V锂电池进行供电，采用7912芯片将+12V电压转为-12V,稳压芯片7805 输入电压为+12V，产生+5V输出电压。稳压芯片7905输入电压-12V,输出电压为 -5V。ASM117-3.3输入电压为+5v,输出电压为+3.3V。
根据权力要求书1所述的一种基于STM32单片机的高分辨率酶标仪电控系统，其特征在于，信号采集与处理流程：首先由信号检测模块(21)检测光强，将光信号转变为电信号，经过信号处理模块(22)对转换的电信号进行多级可调放大，放大好的信号通过信号传输模块(23)将检测值通过RS232串口(28) 传输到上位机模块(8)，上位机软件对该检测值进行算法处理后对最终数据进行显示并存储。
根据权力要求书1所述的一种基于STM32单片机的高分辨率酶标仪电控系统，其特征在于，调压模块(12)，采用CAT4201控制芯片对光衰进行有效补偿，可以保证输出光强稳定的光。
根据权力要求书1所述的一种基于STM32单片机的高分辨率酶标仪电控系统，其特征在于，位置检测模块(6)采用3个型号为EE-SX670槽型光电开关，分别位于样盘运行轨迹前后端以及滤光轮最上端。通过在样盘安装光电开关的一侧加工出14个豁口，其中最前面和最后面豁口分别用于保证样盘出仓到位可以开始回仓和样盘回仓到位开始正式检测，其余12个豁口位置与样盘每一排分别对齐，样盘位置检测方式采用下降沿触发，光电检测器被遮挡时为高电平，光电检测器在豁口处没有遮挡时为低电平，故每有一个下降沿计数一次，可以保证在样盘每排正中心处进行检测。通过在滤光轮上加工不同间距的豁口，其中间隙最小的一段用于实现滤光轮复位，下降沿触发后开始计时，根据计时长短来判断来选择相应的滤光片以及实现滤光片的复位。
根据权力要求书1所述的一种基于STM32单片机的高分辨率酶标仪电控系统，其特征在于，信号处理模块(23)采用多级可调放大电路，将八路信号进行精准放大，每排待检物进行200次数据采集，将采集后的数据进行冒泡排序，去掉最大值、最小值然后取均值，放大后的信号采用8片16位高速模数转换芯片 AD7606进行模数转换，实现8通道信号的高速、高精度数据采集，然后将数据通过RS232串口传输到上位机，在上位机程序中进行算法处理，并将最终处理结果进行显示与存储。
根据权力要求书1所述的一种基于STM32单片机的高分辨率酶标仪电控系统，其特征在于，存在温度调控模块(3)，其中温度检测模块(18)采用DS18B20 对实验环境温度进行检测，温度设定模块(19)，通过上位机软件输入实验所需温度，并通过USART串口传输到主控电路模块(2)。
根据权力要求书1所述的一种基于STM32单片机的高分辨率酶标仪电控系统，其特征在于，温度调节模块(20)采用L298N驱动芯片对TEC1-12706帕尔贴进行控制，将温度检测模块(18)检测的温度值与温度设定模块(19)所设定的温度值，在主控电路模块(2)中进行对比，根据对比结果来对温度调节模块 (20)中的帕尔贴进行正向电流通电或反向电流通电从而实现升温或降温操作，从而保证了待测物的反应程度，进而保证检测结果精确可靠。
根据权力要求书1所述的一种基于STM32单片机的高分辨率酶标仪电控系统，其特征在于，光源控制通断时间的设定，在每次测试之前，光源关闭的情况下测量暗电流存在时的值并通过EEPROM进行存储。接着打开光源进行实验测试，在检测完之后光源关闭。避免因长时间打开光源造成温度变化而导致暗电流变化，排除了光源不稳导致测量结果不准确因素。
相对于现在技术与实现方法，本发明的有益效果如下：
1、上位机软件(9)，采用Visual Stduio软件利用C#语言进行编程，该软件包括登录界面、检测界面、数据显示界面。登陆界面包括用户名及密码，同时具有记住密码与忘记密码选项。当用户输入用户名与密码后，软件会自动与数据库存储名单进行对比，如果后台有其个人信息则可登陆成功，否则登陆失败。使得酶标分析仪操作系统有一定的保密性。检测界面有测试模式选择、测试波长选择、测试日期显示、测试版号与测试批号填写、开仓、测试、复位、查询、保存、设置、退出按钮等功能。数据显示界面，有表格显示与曲线显示两种方式，并且通过触摸屏交互可以实现曲线的放大和缩小功能。并且采集后的数据可以进行采取文档、数据库两种存储方式。
2、本发明中采用16位高速模数转换芯片AD7606，以及两级精准放大且放大倍数可调的放大电路，实现低成本、快速、高精度数据采集。
3、本发明为了降低因电压不稳而引起光源光强变化，导致测量结果引起误差，设计了相应的稳压电路，解决了因光源供电电压变化而带来的测量误差，提高了测量准确度。
4、本发明为了避免因为光衰而引起光源光强的变化，导致引起测量结果误差，设计了光衰补偿电路，解决了因长时间光源打开导致光衰而带来的测量误差，提高了测量准确度。
5、本发明为了解决温度对实验过程的影响，设计了温度调控模块，可以对实验环境的温度进行设定与调节，实验过程中将设定温度与检测温度做对比，如果未达到所设定温度则温度调节模块会自动升温，反之会自动降温，当达到所设定温度后将会维持实验过程中温度不变，从而实验可以充分反应，排除因温度影响而造成的反应不充分导致测量数据存在误差。
6、本发明温度调节模块采用L298N驱动芯片实现对帕尔贴的控制，L298N 电路模块部分，分别在每一个输入端IN1-IN4引脚设了上拉和下拉电阻，根据需要可以焊接对应的电阻，选择为高电平或低电平输入，只需要需要控制L298N 中的ENA和ENB引脚，可以方便对帕尔贴进行加热或制冷操作。
7、本发明为了解决光源波动性带来的结果误差问题，增加了一路参考光路，将第八个通道作为参考通道，并对测量结果进行一系列算法处理，削弱了光源波动的影响。
8、本发明利用光电开关，对于样盘位置检测采用下降沿触发的方式，实现样盘每一排待检物质在中心孔处精准定位，再进行数据采集，保证了光强透过每一排物质所走过的距离一致，避免由于光程不同而带来的检测误差。滤光轮处采用光电开关，利用下降沿触发后，进入中断开始计时，结合计时器计时长短来实现滤光轮的精准复位和滤光片精确选择。
附图说明
图1为本发明实施例的基于STM32单片机的高分辨率酶标仪电控系统及实现方法示意图。
图2为本发明实施例的总体电源模块示意图，包含各级分化电压；
图3为本发明实施例的前端信号处理设计原理图，光电信号变为电流信号并进行一级放大；
图4为本发明实施例的信号处理模块的放大电路原理图；
图5为本发明实施例的信号处理模块中ADC数据采集模块AD7606芯片与 STM32的接口示意图；
图6为本发明实施例的温度检测模块原理图；
图7为本发明实施例的温度调节模块原理图；
图8为本发明实施例的硬件系统程序执行图；
图9为本方法的实现流程图图。
图中各标号：1总体电源模块，2主控电路模块，3温度调控模块，4信号采集模块，5电机驱动模块，6位置检测模块，7光源控制模块，8上位机模块，9 光源，10滤光轮，11滤光轮电机，12分光纤维，13样盘电机，14待测物样盘， 15变压模块，16稳压模块，17调压模块，18温度检测模块，19温度设定模块， 20温度调节模块，21信号检测模块，22信号处理模块，23信号传输模块，24 样盘电机驱动模块，25滤光轮电机驱动模块，26样盘位置检测模块、27滤光轮位置检测模块，28RS232串口；
具体实施方式
本发明所述的一种基于STM32单片机的高分辨率酶标仪电控系统及实现方法基于酶标仪理论，设计了提高高分辨率的采样方法，采用STM32主控内核控制各模块之间协同实现吸光度值检测。图1是本发明的基于STM32单片机的高分辨率酶标仪电控系统及实现方法示意图，总体电源模块(1)，主控电路模块(2)，温度调控模块(3)，信号采集模块(4)，电机驱动模块(5)，位置检测模块(6)，光源控制模块(7)，上位机模块(8)，光源(9)，滤光轮(10)，滤光轮电机(11)，分光纤维(12)，样盘电机(13)，待测物样盘(14)，变压模块(15)，稳压模块(16)和调压模块(17)；温度检测模块(18)、温度设定模块(19)和温度调节模块(20)；信号检测模块(21)、信号处理模块(22)和信号传输模块(23)；样盘电机驱动模块(24)、滤光轮电机驱动模块(25)；样盘位置检测模块(26)、滤光轮位置检测模块(27)，RS232串口(28)；
下面结合具体实施例及附图对本发明作进一步描述。
总体电源模块(1)对系统中所使用电压集中设计和管理。总体电源模块中的变压模块(15)与稳压模块(16)可以使得该光源有稳定的电压供电。系统采用+12V锂电池进行供电，采用7912芯片将+12V电压转为-12V,稳压芯片7805 输入电压为+12V，产生+5V输出电压。稳压芯片7905输入电压-12V,输出电压为 -5V。ASM117-3.3输入电压为+5v,输出电压为+3.3V。
信号检测模块(21)利用的是型号为SGPIN82MQ硅光电二极管，其工作原理是将光信号转变为电流信号，转变后的电流范围11～65uA。
由于是电流信号且电流非常微弱，所以需要经过信号处理模块(22)，该信号处理模块，
包括两级运算放大器进行放大，利用电位器实现放大倍数可调。
第一运算放大器原理如图3所示，其中Vin为一级运算放大器的反向端输入电压，Vin接硅光二极管的正级，一级运算放大器的同相输入端电压接地。Ii表示一级运算放大器的反向输入端电流。首先采用T型结构反馈网络的光电二极管放大电路，能够降低电路噪声，能使放大电路输出较准确的放大信号。
因此可进行下列计算，如公式(1)。
Vout处的电压计算公式
Vout＝-Ii(1+R2/R3)
该硅光电池，一端接在反向端作为信号输入，另外一端接地，硅光电池并联在反向端与地之间，由于硅光电池本身存在结电容，查表得其值为20pf。此外，运放反向端自身的电容和布线的分布电容也会加在这一边，将这两部分电容统一为CS，故需增加一个相位补偿电容Cf。
相位补偿电容Cf取值大小选取方法:
C>＝20pf(硅光电池结电容)+3～10pf(反向端对地电容)
故大约取值为三十几PF，但不应过大，否则会影响电路响应时间。
进行完电流-电压转换后，将信号进行了一级放大。
二级运算放大器原理图如图4所示，第一运算放大器的输出端接电阻R4的第一端，电阻R4的第二端接第二运算放大器的反向输入端。第二运算放大器的正向输入端通过连接R5电阻接地。R4的第二端与第二运算放大器的反向输入端之间接入0-100k的电位器R6，R6的作用是调节放大电路的放大倍数，实现放大倍数可调的放大电路。同时，在二级放大电路对于放大芯片供电电压正负5V 处都加入了滤波电容。二级放大电路输出端接电阻R7的第一端，R7与R8并联接入到放大芯片的正向输入端，放大芯片输出端通过电阻R9连接到反向输入端，其中电位器R13作用是给输入的交流信号叠加直流偏置信号。电路中共有八路放大电路，用以实现八路信号的放大。
进一步的，信号处理模块采用8路ADC芯片进行信号处理，利用AD7606 芯片。
该部分选用了一片16bit高速模数转换芯片，实现8个通道光电传感器的数据采集。图5为AD7606模块与STM32的接口示意义图。AD7606与STM32通过并行接口方式连接，AD7606的数据线DB[0...15],分别连到对应的FSMC数据线；片选信号CS分别接到FSMC接口片选信号上；BUSY引脚连接到STM32 的外部中断引脚，配置为下降沿触发方式，当CONVST信号为上升沿的时候， BUSY变为逻辑高电平，表示信号正在转换，当转换过程结束时，BUSY变为逻辑低电平。BUSY信号的下降沿时可以从并行数据总线上读取到各通道的采样数据。OS[2:0]为过采样配置引脚，选择过采样倍率为0。CONVST_A,CONVST_B 同时连接在一个触发信号引脚上以实现同步采样；VDRIVE为驱动电压，连接 3.3V；REFOUT配置为外部基准电压，选取2.5V作为基准电源。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
信号处理模块[22]选用的是Altera公司Cyclone IV系列的STM32F103ZET6 芯片，在程序内部集成了数据处理算法，将每个通道获取的二进制数值，进行冒泡排序，去除掉最大最小值然后取均值，将此二进制数值通过RS232串口传输到上位机。上位机利用VisualStudio软件，C#语言进行编程。在上位机软件中集成了吸光度值算法，计算公式如下：
A＝0D＝E＝Log(1/T)
其中
A-吸光度
T-透光率
Max-微孔板不放待测物，不开光源测出来的二进制数值
Meas-微孔板中放置待测物，开电源，可测得的二进制数值
Min-微孔板中放置待测物，不开光源测出来的二进制数值
由于光强的微弱变化会给检测结果带来很大误差，因此需要保证光强稳定，光源长期开启会随着时间存在一定的光衰，调压模块(12)，采用CAT4201控制芯片可以对光衰进行有效补偿，保证光源可以输出光强稳定的光。
位置检测模块(8)采用3个型号为EE-SX670槽型光电开关，分别位于样盘运行轨迹前后端以及滤光轮最上端。通过在样盘安装光电开关一侧加工出14 个豁口，最前面和最后面豁口分别用于保证样盘出仓到位可以开始回仓，样盘回仓到位开始正式检测，其余12个豁口位置与样盘每一排分别对齐，样盘位置检测方式采用下降沿触发，光电检测器被遮挡时为高电平，光电检测器在豁口处没有遮挡时为低电平，故每有一个下降沿计数一次，可以保证在样盘每排正中心处进行检测。通过在滤光轮上加工出5个间距一致的豁口，1个间距长度较短的豁口，当上位机按下复位按键下，下位机开始启动相应程序，将滤光轮步进电机启动旋转，当旋转到一个豁口，即光电传感器接收到低电平信号，下降沿触发定时器开始计时，根据计时长短进行判断当满足最小间距区间的时间，即到达滤光片复位位置，步进电机停止旋转，实现滤光轮的复位。复位之后，在上位机选择所需滤光片，下位机即根据所选择的滤光片，判断其距离滤光轮原位经过几个低电平，根据所需经过的低电平数量选择相应的滤光片，停止旋转。
在上位机输入所需实验温度，通过串口传输到下位机进行存储，温度检测模块(18)采用DS18B20检测实验环境温度，将温度检测模块(18)检测的温度值与温度设定模块(19)所设定的温度值，在主控电路模块(2)中进行对比，根据对比结果来对温度调节模块(20)，若检测温度低于设定温度则在帕尔贴中通入正向电流，否则在帕尔贴中通入反向电流，从而保证了待测物的反应程度，进而保证检测结果精确可靠。
温度检测模块电路原理图如图六所示，DS18B20中的DQ引脚与单片机的一个I/O口相连，需要一个上拉电阻，采用单总线协议进行通信。
温度调节模块原理图如图7所示，采用L298N驱动芯片对帕尔贴进行控制，其中L298N驱动芯片的IN1、IN3引脚焊接上拉电阻，IN2、IN4引脚焊接下拉电阻，OUT1正极与帕尔贴制冷端正极相连，OUT2负极与帕尔贴制冷端负极相连。OUT2正极与帕尔贴制冷端负极相连，OUT3负极与帕尔贴制冷端正极相连。目的是A相输出控制帕尔贴通正向电流，B相输出控制帕尔贴通反向电流。在控制时只需要控制ENA与ENB引脚就可以利用一个驱动芯片同时驱动两片帕尔贴，可方便实现加热和制冷。
上位机软件中包括登录界面、检测界面、数据显示界面。登陆界面包括用户名及密码，同时具有记住密码与忘记密码选项。当用户输入用户名与密码后，软件会自动与数据库存储名单进行对比，若果后台有其个人信息则可登陆成功，否则登陆失败。使得酶标分析仪操作系统有一定的保密性。检测界面有测试模式选择、测试波长选择、测试日期显示、测试版号与测试批号填写、开仓、测试、复位、查询、保存、设置、退出按钮等功能。数据显示界面，有表格显示与曲线显示两种方式，并且通过触摸屏交互可以实现曲线的放大和缩小功能。并且采集后的数据可以进行txt文档和数据库存储。
如图8所示，为硬件系统程序执行图，包块各个模块启动、运行、数据采集、存储和显示等。
如图9所示，为本发明所述的实现流程图。步骤如下：
本发明的工作过程是：
步骤1，进行空白板测试，将清洁后的空白板放在样盘上，打开上位机操作软件，点击空白板测试按钮，设定测量波长为405nm,测量出空白板原始AD值；
步骤2，将待测物质、酶加入到样盘中混合均匀，点击上位机软件中的复位按钮，滤光轮通过下位机程序进行自动复位；
步骤3，在上位机操作软件，依次输入测试版号与试剂批号，点击开仓、选择测试波长、测试按钮，光源自动开启，滤光旋转所对应角度选定所对应的滤光片。
步骤4，点击上位机软件中的测试按钮，样盘电机带动样盘回仓，开始对样盘进行一排排检测。光束透过待测液到达信号采集模块。由本发明系统中的 STM32主控电路及信号采集电路，控制硅光电池进行光信号的采集，并将光信号转变为电信号，该电信号就经过AD7606模块实现高精度数据采集。
步骤5，由本发明系统中的信号处理电路，对采集的电信号进行多倍可调放大。
步骤6，当全部待测物检测完成后，样盘电机停止转动，点击上位机软件中的查询按钮，检测结果可经过串口传输到上位机界面，检测结果以表格形式显示，点击图形显示按钮，检测结果以曲线形式进行显示。最终检测结果会自动保存到数据库中。
步骤7，当所有内容自动存储完成后，光源自动熄灭。
以上所述仅为本发明的优选实例，该实例并不用于限制发明本身，凡在本发明精神和原理之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于STM32单片机的高分辨率酶标仪电控系统，其特征在于：系统电源管理模块(1)包括变压模块(15)、稳压模块(16)和调压模块(17)；主控电路模块(2)以STM32F103芯片作为电控系统的核心处理芯片；
温度调控模块(3)包括温度检测模块(18)、温度设定模块(19)和温度调节模块(20)；温度调控模块(3)保证酶标分析仪工作环境的温度；
信号采集模块(4)包括信号检测模块(21)、信号处理模块(22)和信号传输模块(23)；信号采集模块(4)中采用16位、8通道ADC数据并行采集AD7606芯片；
电机驱动模块(5)包括样盘电机驱动模块(24)、滤光轮电机驱动模块(25)；
位置检测模块(6)包括样盘位置检测模块(26)、滤光轮位置检测模块(27)；
系统电源管理模块(1)连接系统中所有需要供电的单元或模块；主控电路模块(2)与信号采集模块(4)、电机驱动模块(5)、位置检测模块(6)、光源控制模块(7)、温度检测模块(18)、温度设定模块(19)通过杜邦线连接相应引脚端口；温度调节模块(20)通过导热硅胶粘附在待测物样盘(14)上；信号传输模块通过RS232串口(28)与上位机模块(8)相连；光源(9)与滤光轮(10)通过螺丝固定连接；滤光轮(10)与滤光轮电机(11)相连，且滤光轮电机(11)与分光纤维(12)相连，进而分光纤维(12)与待测物样盘(14)垂直接触；待测物样盘(14)与样盘电机(13)通过带传动相连；
光源经过系统电源管理模块(1)得到稳定的电压以及稳定的光强；光源(9)发射的光透过滤光轮(10)后产生的单色光通过分光纤维(12)连接到待测物样盘(14)，光束经过待测液与聚光球聚光后到达信号采集模块(4)，得到检测值，该值通过串口RS232(28)传输到上位机模块(8)，上位机软件对该检测值进行算法处理后对最终数据进行显示并存储。
2.根据权利要求1所述的基于STM32单片机的高分辨率酶标仪电控系统，其特征在于，系统电源管理模块(1)对系统中所使用电压集中设计和管理；系统电源模块中的变压模块(15)与稳压模块(16)可以使得该光源有稳定的电压供电；系统采用+12V锂电池进行供电，采用7912芯片将+12V电压转为-12V,稳压芯片7805输入电压为+12V，产生+5V输出电压；稳压芯片7905输入电压-12V,输出电压为-5V；ASM117-3.3输入电压为+5v,输出电压为+3.3V。
3.根据权利要书1所述的一种基于STM32单片机的高分辨率酶标仪电控系统，其特征在于，信号采集与处理流程：首先由信号检测模块(21)检测光强，将光信号转变为电信号，经过信号处理模块(22)对转换的电信号进行三级可调放大，放大好的信号通过信号传输模块(23)将检测值通过RS232串口(28)传输到上位机模块(8)，上位机软件对该检测值进行算法处理后对最终数据进行显示并存储。
4.根据权利要书1所述的一种基于STM32单片机的高分辨率酶标仪电控系统，其特征在于，调压模块(12)，采用CAT4101控制芯片对光衰进行补偿，保证输出稳定。
5.根据权利要书1所述的一种基于STM32单片机的高分辨率酶标仪电控系统，其特征在于，位置检测模块(6)采用3个型号为EE-SX670槽型光电开关，分别位于样盘运行轨迹前后端以及滤光轮最上端；通过在样盘安装光电开关的一侧加工出14个豁口，其中最前面和最后面豁口分别用于保证样盘出仓到位开始回仓和样盘回仓到位开始正式检测，其余12个豁口位置与样盘每一排分别对齐，样盘位置检测方式采用下降沿触发，光电检测器被遮挡时为高电平，光电检测器在豁口处没有遮挡时为低电平，故每有一个下降沿计数一次，保证在样盘每排正中心处进行检测；通过在滤光轮上加工不同间距的豁口，其中间隙最小的一段用于实现滤光轮复位，下降沿触发后开始计时，根据计时长短来判断来选择相应的滤光片以及实现滤光片的复位。
6.根据权利要书1所述的一种基于STM32单片机的高分辨率酶标仪电控系统，其特征在于，信号处理模块(22)将转换的电信号，经过多级可调放大电路，将八路信号进行精准放大，然后将放大信号通过8片16位高速模数转换芯片AD7606，进行模数转换，每排待检物进行50次数据采集，将采集后的数据进行冒泡排序，去掉最大值、最小值然后取均值，将数据通过RS232串口传输到上位机，上位机将数据进行相应算处理，将处理结果进行显示与存储，实现8通道信号的高精度采集。
7.根据权利要求书1所述的一种基于STM32单片机的高分辨率酶标仪电控系统，其特征在于，存在温度调控模块(3)，其中温度检测模块(18)采用DS18B20对实验环境温度进行检测；温度设定模块(19)通过上位机软件输入实验所需温度，并通过USART串口传输到主控电路模块(2)。
8.根据权利要求书1所述的一种基于STM32单片机的高分辨率酶标仪电控系统，其特征在于，温度调节模块(20)采用L298N驱动芯片对TEC1-12706帕尔贴进行控制，将温度检测模块(18)检测的温度值与温度设定模块(19)所设定的温度值，在主控电路模块(2)中进行对比，根据对比结果来对温度调节模块(20)中的帕尔贴进行正向电流通电或反向电流通电从而实现升温或降温操作，从而保证待测物的反应程度，进而保证检测结果。
9.根据权利要求书1所述的一种基于STM32单片机的高分辨率酶标仪电控系统，其特征在于：光源控制通断时间的设定，在每次测试之前，光源关闭的情况下测量暗电流存在时的值并通过EEPROM进行存储，接着打开光源进行实验测试，在检测完之后光源关闭；
上位机模块(8)采用Visual Stduio软件利用C#语言进行编程，包括登录界面、检测界面、数据显示界面；数据显示通过表格或曲线两种方式进行显示；并且检测结果可以存储到数据库中。
10.根据权利要求书1所述的一种基于STM32单片机的高分辨率酶标仪电控系统，其特征在于：
步骤1，进行空白板测试，将清洁后的空白板放在样盘上，打开上位机操作软件，点击空白板测试按钮，设定测量波长为405nm，测量出空白板原始AD值；
步骤2，将待测物质、酶加入到样盘中混合均匀，点击上位机软件中的复位按钮，滤光轮通过下位机程序进行自动复位；
步骤3，在上位机操作软件，依次输入测试版号与试剂批号，点击开仓、选择测试波长、测试按钮，光源自动开启，滤光旋转所对应角度选定所对应的滤光片；
步骤4，点击上位机软件中的测试按钮，样盘电机带动样盘回仓，开始对样盘进行一排排检测；光束透过待测液到达信号采集模块；由STM32主控电路及信号采集电路，控制硅光电池进行光信号的采集，并将光信号转变为电信号，该电信号就经过AD7606模块实现高精度数据采集；
步骤5，由信号处理模块，对采集的电信号进行多倍可调放大；
步骤6，当全部待测物检测完成后，样盘电机停止转动，点击上位机软件中的查询按钮，检测结果经过串口传输到上位机界面，检测结果以表格形式显示，点击图形显示按钮，检测结果以曲线形式进行显示；最终检测结果会自动保存到数据库中；
步骤7，当所有内容自动存储完成后，光源自动熄灭。
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