CN112799444A - 一种基于51单片机的血液寄生虫检测温控加热仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于51单片机的血液寄生虫检测温控加热仪，包括：操作控制面板、加热机体、主控制器、绝缘减震垫、底部安装板、漏电保护开关、变压器、加热测温装置。操作控制面板安装于加热机体前侧，与加热机体通过螺纹连接固定；长方形孔为血液样本玻璃载片的放置口；主控制器和变压器安装于底部安装板上，底部安装板与加热机体通过绝缘减震垫的螺栓连接固定；漏电保护开关安装于加热机体后侧，与加热机体扣接。主控制器利用分段式PID调节算法实现变功率控制，使系统具有更快的响应速度、更小的温度超调量和更高的温度控制精度。本发明实现了对血热样本的精确控温加热的目的，具有操作方便、控温精确、调温范围广、安全可靠性高的特点。

Description

一种基于51单片机的血液寄生虫检测温控加热仪

技术领域

本发明是一种基于51单片机的血液寄生虫检测温控加热仪，属于医疗保健用仪器设备领域。

背景技术

凡寄生于人体血液和血细胞内的寄生虫均可在血液中查到，如：弓形虫、三日疟原虫、斑氏血丝虫、马来血丝虫等。这些原虫和丝虫由于寄生于人的血液中和红细胞内，需要通过血液检查或骨髓检查的方法来进行确诊。有一种血液涂片检测法：需要将人体血液均匀的滴在样本切片上，通过加热血液样本，使红细胞膜破裂并杀死寄生虫后再用显微镜观察血液中的寄生虫，从而确定人体健康状态。但是目前并没有针对此种方法的专用仪器设备，通过简单改装的仪器设备由于控温性能差、调温范围窄、安全性低，无法实现规范化的操作准则并且存在巨大安全隐患。本发明能够有效的填补此应用领域的技术空白，具有控温性能强、调温范围广、安全可靠性高、操作维护简单的特点。在实际操作中应用本发明可以实现对血液涂片检测法的操作流程进行定时、定量化管理。

发明内容

针对医疗保健领域特定的应用环境，本发明的目的是提供一种基于51单片机的血液寄生虫检测温控加热仪，以填补此应用领域目前存在的技术空白，从而解决当前使用方法中存在的控温性能差、调温范围窄、安全性能低，无法实现规范化操作流程的问题。

为了实现上述目的，本发明是通过如下技术方案来实现：一种基于51单片机的血液寄生虫检测温控加热仪，其结构包括：操作控制面板1、加热机体2、主控制器3、绝缘减震垫4、底部安装板5、漏电保护开关6、变压器7、加热测温装置8。所述加热机体2包括前侧封板201、下侧封板202、上侧封板203、后侧封板204；下侧封板202和上侧封板203为L型，通过卡槽互相定位固定，其中下侧封板202上开有绝缘减震垫4安装孔；前侧封板201和后侧封板204为长方形，通过螺纹连接分别与下侧封板202、上侧封板203固定，其中后侧封板202左侧开有漏电保护开关6安装口；前侧封板203左侧开有操作控制面板1的安装孔，右侧开有血液样本玻璃载片放置口106。所述操作控制面板1安装于前侧封板201上，包括LCD1602显示屏101、启动/停止按键102、温度调节按键Ⅰ103、温度调节按键Ⅱ104、LCD背光灯按键105。所述加热测温装置8安装于前侧封板201上，包括安装固定架801、陶瓷加热棒802、温度传感器803、小六角特扁螺母804、调整垫片805；所述陶瓷加热棒802与安装固定架801间隙配合、胶接；所述温度传感器803与安装固定架801通过螺纹连接固定，利用调整垫片805调节安装高度使其测温面与陶瓷加热棒802底部加热区域紧密接触；所述安装固定架801与前侧封板201通过螺纹连接固定，通过长条孔调节安装高度使陶瓷加热棒802顶端加热区域与血液样本玻璃载片放置口106底部水平。所述绝缘减震垫4安装于下侧封板202下方。所述底部安装板5安装于下侧封板202上方，绝缘减震垫4、底部安装板5、下侧封板202通过绝缘减震垫4上的螺纹连接固定。所述主控制器3和所述变压器7安装于底部安装板5上方，并通过螺纹连接固定。所述漏电保护开关6安装于后侧封板204右端，与后侧封板204扣接，其左侧为电源接口601，中间为保险丝安装盒602，左侧为电源开关603。

进一步地，所述LCD1602显示屏101为点阵式LCD显示屏，数据宽度为8bit，与主控制器3通过并行方式通信。

进一步地，所述主控制器3包括整流供电模块301、主控制芯片模块302、功率驱动放大模块303、温度传感器模块304、LCD显示屏模块305。所述整流供电模块301输入为12V交流电，输出12V和5V直流电；所述主控制芯片模块302进行分段式PID控制算法调节运算、电压监测、电流监测；所述功率驱动放大模块303是将主控制芯片模块302输出的PWM信号进行二级功率放大进而控制陶瓷加热棒802在不同的功率下工作；所述温度传感器模块304为温度传感器803供电通信接口电路；所述LCD显示屏模块305为LCD1602显示屏101供电通信接口电路及启动/停止按键102、温度调节按键Ⅰ103、温度调节按键Ⅱ104、LCD背光灯按键105接口电路。

进一步地，所述变压器7为降压变压器，其输入电压为220V交流电，输出电压为12V交流电。

进一步地，所述温度传感器803为金属壳封装螺纹固定式，安装方便、热传导率高，其与主控制器3通过单总线串行协议方式通信；所述安装固定架801上的安装孔Ⅰ和安装孔Ⅱ为同轴不同径，安装孔Ⅰ用作支撑导向，安装孔Ⅱ用作支撑定位。

本发明的有益效果是：

本发明是一种基于51单片机的血液寄生虫检测温控加热仪，操作仪器时，通过漏电保护开关接入外部220V交流电源，打开电源开关，仪器启动并进行上电自检，当检测电压供电正常、温度传感器通信正常、温度参数存储读取正常后，LCD显示屏显示“OK”字样，并显示上次用户设置的温度值和加热区域当前的温度值；若自检发现仪器故障则报错并显示相应故障及代码：欠压报警(01)、过压报警(02)、通信故障(03)、存储故障(04)。用户可通过调温按键Ⅰ103和调温按键Ⅱ104控制加热温度，主控制芯片自动记录并存储用户设定的温度值，避免每次上电后用户重复设置设定温度值。长按启动/停止按键102三秒以上后松开按键可启动控温加热程序，主控制芯片通过温度传感器803定时读取当前加热区域温度值进行分段式PID调节算法运算并产生PWM波，经过功率驱动放大模块303放大后输出，以控制陶瓷加热棒802驱动电压的有效值，进而控制流经陶瓷加热棒802电流的有效值，从而达到精确控温的目的，同时在LCD1602显示屏101上更新显示当前加热区域温度值。当加热区域温度稳定在设定温度时，可将血液样本玻璃载片放入工作区，主控制芯片会不断进行反馈调节以达到恒温控制的目的。仪器工作时，当检测到电流、过压、欠压故障时，主控制芯片关闭输出并报警；当仪器发生漏电时，漏电保护开关6动作切断电源供应，漏电流通过供电电源线的地线释放，避免对人体造成伤害，使用更加安全。当作业完成后，可长按启动/停止按键102三秒以上后松开按键可停止加热；可通过LCD背光灯按键105打开或关闭LCD1602显示屏101的背光灯。本发明实现了对血液样本玻璃载片控温加热的目的，利用分段式PID调节算法，在保证系统具有快速响应性和低的超调量的同时，实现对加热温度的精确控制，并设计上电自检、运行监测、硬件防护三大保护确保仪器的安全可靠性，避免对操作者造成伤害。具有操作方便、控温精确、调温范围广、安全可靠性高的特点。

附图说明

图1为本发明整体剖面示意视图；

图2为本发明整体轴侧示意图Ⅰ；

图3为本发明整体轴侧示意图Ⅱ；

图4为本发明加热测温装置示意图；

图5为本发明控制系统及实现方法示意图；

图1-5中各标号：1-操作控制面板，2-加热机体，3-主控制器，4-绝缘减震垫，5-底部安装板，6-漏电保护开关，7-变压器，8-加热测温装置，101-LCD1602显示屏，102-启动/停止按键，103-温度调节按键Ⅰ，104-温度调节按键Ⅱ，105-LCD背光灯按键，106-血液样本玻璃载片放置口，201-前侧封板，202-下侧封板，203-上侧封板，204-后侧封板，301-整流供电模块，302-主控制芯片模块，303-功率驱动放大模块，304-温度传感器模块，305-LCD显示屏模块，601-电源接口，602-保险丝安装盒，603-电源开关，801-安装固定架，802-陶瓷加热棒，803-温度传感器，804-小六角特扁螺母，805-调整垫片，Ⅰ-安装孔Ⅰ，Ⅱ-安装孔Ⅱ。

具体实施方式

本发明所述的是一种基于51单片机的血液寄生虫检测温控加热仪，利用本发明对人体血液样本玻璃载片进行恒温加热，使血液中红细胞的细胞膜破裂后，再在显微镜下观察人体血液中寄生虫的情况，进而确定人体的健康情况。图1是本发明整体剖面示意视图，包括操作控制面板1、加热机体2、主控制器3、绝缘减震垫4、底部安装板5、漏电保护开关6、变压器7、加热测温装置8。

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步阐述。

所述操作控制面板1安装于前侧封板的左侧，与前侧封板201通过螺纹连接固定，包括LCD1602显示屏101、启动/停止按键102、温度调节按键Ⅰ103、温度调节按键Ⅱ104、LCD背光灯按键105，所述LCD1602显示屏为可现实字母、数字元、符号的5×7的点阵式显示屏，每行显示16个字符，可显示两行；所述启动/停止按键102在仪器工作状态正常时可通过长按此按键开启或停止仪器工作；所述温度调节按键Ⅰ103和温度调节按键Ⅱ104可在仪器未工作状态下设定加热目标温度，其中温度调节按键Ⅰ103为温度设定值位选择按键，温度调节按键Ⅱ104为温度设定值调节按键，温度设定完成后主控制器3自动保存所设定的温度值；所述LCD背光灯按键105为自锁按键，可通过此按键开启或关闭LCD1602显示屏的背光灯，此外按键均设有下拉电路，并在按键接口中并联电容和电阻用于去除开关时按键电平的抖动现象。

所述加热机体2为铝合金材质，利于壳体散热，包括前侧封板201、下侧封板202、上侧封板203、后侧封板204。所述前侧封板201左侧开有操作控制面板1所需的安装孔，右侧开有血液样本玻璃载片放置口106；所述下侧封板202上开有绝缘减震垫4的安装孔，并与上侧封板203通过卡槽安装定位；所述后侧封板204上开有漏电保护开关6的安装口；加热机体2各个子元件之间通过螺纹连接固定。

所述主控制器3为本发明中控制系统的核心单元，包括整流供电模块301，主控制芯片模块302，功率驱动放大模块303，温度传感器模块304，LCD显示屏模块305。所述整流供电模块301为控制系统提供工作所需的5V和12V电压，其输入为12V交流电，通过整流二极管1N5400、稳压二极管1N5350B、功率三极管D882H、薄膜电容和电阻组成的整流电路整流后得到12V直流电并分成两路，一路给功率驱动放大模块303用于驱动陶瓷加热棒802，另一路通过三端稳压芯片AMS1117-5芯片输出5V电压供LCD1602显示屏101、主控制芯片模块302、温度传感器803使用，同时利用电阻分压得到小电压信号由主控制芯片模块302中ADC采集用来监控系统电压；所述主控制芯片模块302选用具有强抗干扰能力的STC12C5A60S2作为主控芯片，拥有两路PWM输出、8路ADC采集、EEPROM等外设，其作用是实现电压监测、电流监测、报警输出、按键读取、显示屏控制、温度读取、分段式PID调节算法和PWM信号输出的功能；所述功率驱动放大模块303由三极管MMBT2369ALT1、功率三极管D882H、电阻和电容组成，解决主控制芯片IO驱动能力不足的问题，首先主控制芯片输出的PWM经过上拉电阻后作为第一级三极管的基极输入信号进行放大，放大后的PWM信号仍不足以驱动功率三极管，再由第一级放大三极管的集电极输出作为第二级放大三极管的基极输入进行二次放大，其输出作为功率三极管D882H的基极输入，进而控制陶瓷加热棒802驱动的有效电压值，从而实现变功率调节控温的目的，在功率三极管D882H和陶瓷加热棒802的主回路中串联采样电阻，并将转换后的电流信号由主控制芯片模块302中ADC采集用来监控工作电流；所述温度传感器模块304由PCB接头和上拉电阻组成，用于与温度传感器803通信接口电路和电源供给，其中上拉电阻接在温度传感器803的信号线上；所述LCD显示屏模块305由PCB接头和上拉电阻、下拉电阻组成，用于与LCD1602显示屏101通信接口电路和电源供给，其中上拉电阻接在LCD1602显示屏101控制信号线上，下拉电阻接在LCD1602显示屏101的数据信号线上。

所述绝缘减震垫4安装于下侧封板202下方，位橡胶底座和不锈钢材质，用于仪器的减震和绝缘。

所述底部安装板5为304不锈钢材质，用于安装主控制器3和变压器7，底部安装板5与下侧封板202通过绝缘减震垫4上的螺栓连接固定。

所述漏电保护开关6装于后侧封板204的后侧，与后侧封板204扣接，其左侧为电源接口601，中间为保险丝安装盒602，保险丝熔断电流3A，左侧为电源开关603，电源输出接口设有接电线，其地线通过扣压铜鼻子与底部安装板5通过螺纹连接固定，当发生漏电时，能及时将漏电流通过电源地线释放到大地，从而保证不对人体和其他仪器设备造成伤害。

所述变压器7为单输出降压变压器，功率40W，其输入线圈接漏电保护开关6的输出，电压为220V交流电，输出线圈接主控制器的电源输入，电压为12V交流电。

所述加热测温装置8安装于前侧封板201上，包括安装固定架801、陶瓷加热棒802、温度传感器803、小六角特扁螺母804、调整垫片805。所述安装固定架801为304不锈钢材质，与前侧封板201通过螺纹连接固定，并通过长条孔调节安装高度使陶瓷加热棒802顶端加热区域与血液样本玻璃载片放置口106底部水平，并且开有两个的陶瓷加热棒802安装孔Ⅰ和安装孔Ⅱ同轴不同径，安装孔Ⅰ用作支撑导向，安装孔Ⅱ用作支撑定位；所述陶瓷加热棒802与安装固定架801间隙配合、胶接；所述温度传感器803为金属壳封装螺纹固定式，与安装固定架801通过螺纹连接固定；所述调整垫片805厚度为0.5mm，铜材质，作用为调节温度传感器803的安装高度使其测温面与陶瓷加热棒802底部加热区域紧密接触；所述小六角特扁螺母804为标准件，用于将温度传感器803固定在安装固定架801上。

所述分段式PID调节算法是将整个温度调控过程分为三段，即，加热阶段：当前温度与目标温度差值的绝对值大于等于10℃；逼近阶段：当前温度与目标温度差值的绝对值小于10摄氏度且大于等于1摄氏度；控温阶段：当前温度与目标温度差值的绝对值小于1摄氏度。在加热阶段采用P调节，积分常数和微分常数为零；在逼近阶段：采用PI调节，微分常数为零，积分常数成反比于当前温度与目标温度差值的绝对值；在控温阶段采用PID调节，并且通过对积分项中累积误差限幅的方法对积分输出进行限幅，防止超调。通过合理地调节各阶段的比例系数、积分系数和微分系数使整个系统获得更快的动态响应速度、更小的温度超调量和更精确的温度控制精度.

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种基于51单片机的血液寄生虫检测温控加热仪，其特征在于：包括：操作控制面板(1)、加热机体(2)、主控制器(3)、绝缘减震垫(4)、底部安装板(5)、漏电保护开关(6)、变压器(7)。所述操作控制面板(1)安装于加热机体(2)前侧，与加热机体(2)通过螺纹固定连接；所述主控制器(3)和变压器(7)安装于底部安装板(5)上，底部安装板(5)与加热机体(2)通过绝缘减震垫(4)螺栓连接固定；所述漏电保护开关安(6)装于加热机体(2)后侧，与加热机体(2)扣接。

2.根据权利要求1所述的一种基于51单片机的血液寄生虫检测温控加热仪，其特征在于：所述加热机体(2)包括前侧封板(201)、下侧封板(202)、上侧封板(203)、后侧封板(204)；下侧封板(202)和上侧封板(203)通过卡槽互相定位固定，其中下侧封板(202)上开有绝缘减震垫(4)安装孔；前侧封板(201)和后侧封板(204)通过螺纹连接分别与下侧封板(202)、上侧封板(203)固定，其中后侧封板(202)左侧开有漏电保护开关(6)安装口；前侧封板(203)左侧开有操作控制面板(1)的安装孔，右侧开有血液样本玻璃载片放置口(106)。

3.根据权利要求1所述的一种基于51单片机的血液寄生虫检测温控加热仪，其特征在于：所述主控制器(3)包括整流供电模块(301)、主控制芯片模块(302)、功率驱动放大模块(303)、温度传感器模块(304)、LCD显示屏模块(305)；所述整流供电模块(301)由整流二极管1N5400、稳压二极管1N5350B、功率三极管D882H、薄膜电容、电阻和三端稳压芯片AMS1117-5组成，其输入为变压器(7)输出的12V交流电，经整压稳流后输出12V直流电分两路，一路作为陶瓷加热棒(802)的驱动电源，另一路作为三端稳压芯片AMS1117-5输入电源，其输出的5V直流电作为主控制芯片模块(302)、温度传感器模块(304)和LCD显示屏模块(305)的驱动电源；所述功率驱动放大模块(303)由三极管MMBT2369ALT1、功率三极管D882H、电阻和电容组成，由于主控制芯片IO驱动能力不足，利用由三极管MMBT2369ALT1构成的二级放大电路对主控制芯片输出的控制信号进行放大，其输出作为功率三极管D882H的基极输入，进而控制陶瓷加热棒(802)供电的通断，从而实现变功率调节控温的目的。

4.根据权利要求3所述的一种基于51单片机的血液寄生虫检测温控加热仪，其特征在于：所述血液寄生虫检测温控加热仪还包括加热测温装置(8)，加热测温装置(8)安装于前侧封板(201)上，包括安装固定架(801)、陶瓷加热棒(802)、温度传感器(803)、小六角特扁螺母(804)、调整垫片(805)；所述陶瓷加热棒(802)与安装固定架(801)间隙配合、胶接；所述温度传感器(803)金属壳封装螺纹固定式，并且利用调整垫片(805)调节安装高度使其测温面与陶瓷加热棒(802)底部加热区域紧密接触；所述安装固定架(801)通过长条孔调节安装高度使陶瓷加热棒(802)顶端加热区域与血液样本玻璃载片放置口(106)底部水平，并且其上开有陶瓷加热棒(802)的安装孔Ⅰ和安装孔Ⅱ，两安装孔为同轴不同径，安装孔Ⅰ用作支撑导向，安装孔Ⅱ用作支撑定位。

5.根据权利要求3所述的一种基于51单片机的血液寄生虫检测温控加热仪，其特征在于：所述的主控制芯片模块(302)为整个系统温度调节控制的核心计算单元，选用以MCS-51为内核的单片机STC12C5A60S2为主控制，并利用分段式PID控制算法，将整个温度调控过程分为三个阶段，每个阶段采用不同的PID控制策略和参数。

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