孵育控制装置和孵育控制系统
阅读：991发布：2021-04-14
专利汇可以提供孵育控制装置和孵育控制系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型提供了一种孵育控制装置和孵育控制系统，涉及医疗检测技术领域。其中，该孵育控制装置包括：第一 控制器 、 温度 传感器 、 开关 管以及加热器，温度传感器、加热器、开关管与第一控制器相连接；其中温度传感器配置为实时采集加热器的当前温度，并将加热器的当前温度发送至第一控制器；第一控制器配置为通过PID 算法 调节开关管的导通或断开，加热器配置为在开关管处于导通状态时进行加热。相比于 现有技术 中依靠热敏 电阻 进行温控的方式，本实用新型提供的技术方案，能够改善现有技术中 温度控制 精度 不高的问题，提高温度控制精度。，下面是孵育控制装置和孵育控制系统专利的具体信息内容。
1.一种孵育控制装置，其特征在于，所述孵育控制装置包括：第一控制器、温度传感器、开关管以及加热器，所述温度传感器、所述加热器、所述开关管与所述第一控制器相连接；
其中所述温度传感器配置为实时采集所述加热器的当前温度，并将所述加热器的当前温度发送至所述第一控制器；所述第一控制器配置为通过PID算法调节所述开关管的导通或断开，所述加热器配置为在所述开关管处于导通状态时进行加热。
2.根据权利要求1所述的孵育控制装置，其特征在于，所述加热器包括加热膜。
3.根据权利要求1所述的孵育控制装置，其特征在于，所述开关管包括MOS管。
4.根据权利要求1所述的孵育控制装置，其特征在于，所述温度传感器包括PT100或DS18B20。
5.根据权利要求1所述的孵育控制装置，其特征在于，所述第一控制器包括MCU，所述MCU包括STM32系列单片机。
6.根据权利要求1所述的孵育控制装置，其特征在于，还包括温度保护开关，所述温度保护开关配置为对所述加热器进行保护。
7.一种孵育控制系统，其特征在于，包括上位机和如权利要求1-6任一项所述的孵育控制装置，所述上位机与所述孵育控制装置通信连接。
8.根据权利要求7所述的孵育控制系统，其特征在于，所述孵育控制系统还包括振荡控制装置，所述振荡控制装置包括第二控制器、电机驱动芯片、电机以及速度传感器，所述第二控制器与所述电机驱动芯片、所述速度传感器分别与所述第二控制器相连接，所述电机与所述电机驱动芯片相连接；
其中所述电机驱动芯片配置为驱动所述电机运动，所述速度传感器配置为实时采集所述电机的当前运动速度，并将所述电机的当前运动速度发送至所述第二控制器；所述第二控制器配置为通过PID算法调节所述电机的运动速度。
9.根据权利要求8所述的孵育控制系统，其特征在于，所述速度传感器包括编码器或者霍尔传感器。
10.根据权利要求8所述的孵育控制系统，其特征在于，所述电机包括步进电机或直流电机。
孵育控制装置和孵育控制系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及生物医疗领域，具体而言，涉及一种孵育控制装置和孵育控制系统。
背景技术
[0002] 生物医疗检测过程中的温度控制一直是十分重要且不可忽视的环节。但是温度控制通常难以把握，医疗器械中，过高或过低的温度会对试剂反应效果和检测结果造成显著的影响，因此温度孵育太低或太高都会影响到检测结果的准确性。
[0005] 有鉴于此，本实用新型的目的至少在于提供一种孵育控制装置和孵育控制系统，能够改善现有技术中温度控制精度不高的问题，提高了温度控制精度。
[0006] 本实用新型提供一种技术方案：
[0007] 第一方面，本实用新型实施例提供一种孵育控制装置，所述孵育控制装置包括：第一控制器、温度传感器、开关管以及加热器，所述温度传感器、所述加热器、所述开关管与所述第一控制器相连接；其中所述温度传感器配置为实时采集所述加热器的当前温度，并将所述加热器的当前温度发送至所述第一控制器；所述第一控制器配置为通过PID算法调节所述开关管的导通或断开，所述加热器配置为在所述开关管处于导通状态时进行加热。
[0008] 在可选的实施方式中，所述加热器包括加热膜。
[0009] 在可选的实施方式中，所述开关管包括MOS管。
[0010] 在可选的实施方式中，所述温度传感器包括PT100或DS18B20。
[0011] 在可选的实施方式中，所述第一控制器包括MCU，所述MCU包括STM32系列单片机。
[0012] 在可选的实施方式中，还包括温度保护开关，所述温度保护开关配置为对所述加热器进行保护。
[0013] 第二方面，本实用新型实施例提供一种孵育控制系统，包括上位机和如前述实施方式任一项所述的孵育控制装置，所述上位机与所述孵育控制装置通信连接。
[0014] 在可选的实施方式中，所述孵育控制系统还包括与振荡控制装置，所述振荡控制装置包括第二控制器、电机驱动芯片、电机以及速度传感器，所述第二控制器与所述电机驱动芯片、所述速度传感器分别与所述第二控制器相连接，所述电机与所述电机驱动芯片相连接；
[0015] 其中所述电机驱动芯片配置为驱动所述电机运动，所述速度传感器配置为实时采集所述电机的当前运动速度，并将所述电机的当前运动速度发送至所述第二控制器；所述第二控制器配置为通过PID算法调节所述电机的运动速度。
[0016] 在可选的实施方式中，所述速度传感器包括编码器或者霍尔传感器。
[0017] 在可选的实施方式中，所述电机包括步进电机或直流电机。
[0018] 本实用新型实施例带来了以下有益效果：
[0019] 本实用新型提供分孵育控制装置和系统，其中该孵育控制装置包括：第一控制器、温度传感器、开关管以及加热器，温度传感器、加热器、开关管与第一控制器相连接；其中温度传感器配置为实时采集加热器的当前温度，并将加热器的当前温度发送至第一控制器；第一控制器配置为通过PID算法调节开关管的导通或断开，加热器配置为在开关管处于导通状态时进行加热。因此，相比于现有技术中依靠热敏电阻进行温控的方式，本实用新型实施例提供的技术方案，通过开关管通断控制，能够改善现有技术中温度控制精度不高的问题，提高温度控制精度。
附图说明
[0021] 为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0022] 图1为本实用新型实施例提供的孵育控制装置的第一结构示意图；
[0023] 图2为本实用新型实施例提供的孵育控制装置的第二结构示意图；
[0024] 图3为本实用新型实施例提供的孵育控制系统的示意图；
[0025] 图4为本实用新型实施例提供的孵育控制系统的场景图；
[0026] 图5为本实用新型实施例提供的一种振荡控制装置的结构示意图；
[0027] 图6为本实用新型实施例提供的孵育控制系统的第一结构示意图；
[0028] 图7为本实用新型实施例提供的孵育控制装置的第二结构示意图。
具体实施方式
[0029] 为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0030] 因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0031] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0032] 在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0033] 此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0034] 在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0035] 目前市场上现有的温度控制器通常包括孵育加热器，孵育加热器的孵育温度控制原理是通过热敏电阻通断控制，存在温度控制精度较差的问题。
[0036] 基于此，本实用新型实施例提供了一种孵育控制装置和系统，可以改善现有技术中温度控制精度不高的问题，提高温度控制精度。
[0037] 为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种孵育控制装置进行详细介绍。
[0038] 实施例
[0039] 请参阅图1，本实施例提供了一种孵育控制装置，本实施例提供的孵育控制装置包括：第一控制器100、温度传感器101、开关管102以及加热器103，所述温度传感器、所述加热器、所述开关管与所述第一控制器相连接；
[0040] 其中所述温度传感器配置为实时采集所述加热器的当前温度，并将所述加热器的当前温度发送至所述第一控制器；所述第一控制器配置为通过PID(即比例Proportion、积分Integral和微分Derivative三个单词的首字母缩写)算法调节所述开关管的导通或断开，所述加热器配置为在所述开关管处于导通状态时进行加热。
[0041] 具体的，第一控制器接收到通过温度传感器测量的当前温度，第一控制器中的比较器将当前温度与设定温度进行比较，如果设定温度大于加热器的当前温度，第一控制器控制开关管导通，加热器开始加热。温度传感器将加热器的当前温度实时反馈给第一控制器，第一控制器通过PID算法调节开关管的导通状态(导通或断开)，以达到控制温度的目的，经实验测量证明温度波动可控制在±0.2℃范围内。
[0042] 上述的设定温度可以由用户预先写入第一控制器中，也可以由第一控制器从上位机获取。
[0043] 进一步的，所述加热器包括加热膜。
[0046] 此外，MOS管开关速度快：MOS管作为开关管运用时，可降低驱动电路内阻，加快开关速度(例如输入包括了现有的“灌流电路”驱动，加快了容性的充放电的时间)。MOS管仅依靠多子导电，不存在少子储存效应，因而关断过程非常迅速，开关时间在10ns—100ns(纳秒)之间，工作频率可达100kHz以上，普通的晶体三极管由于少数载流子的存储效应，使开关总有滞后现象，影响了开关速度。
[0047] 需要说明的是，在其他实施例中，开关管也可以选用三极管等。
[0048] 进一步的，所述温度传感器包括PT100或DS18B20。
[0049] 其中，PT100是一种以铂(Pt)作成的电阻式温度传感器，属于正电阻系数，该温度传感器的阻值在0度时为100欧姆；PT100温度传感器测量范围广：-200℃～+850℃；PT100温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。
[0051] 需要指出的是，温度传感器包括但不限于PT100和DS18B20，还可以是负温度系数温度传感器等。
[0052] 进一步的，温度传感器为多个，可以避免某一个温度传感器损坏时，影响测量结果的问题。
[0053] 具体的，本实施例中的温度传感器为2-3个。
[0054] 进一步的，所述第一控制器包括MCU，所述MCU包括STM32系列单片机。
[0055] 需要说明的是，MCU包括但不限于STM32系列单片机，还可以是51系列单片机。
[0057] 进一步的，该孵育控制装置还包括温度保护开关104，所述温度保护开关配置为对所述加热器进行保护。
[0058] 具体的，参照图2，该温度保护开关104设置在MOS管的后端，并与加热器并联。
[0059] 本实施例通过在硬件上使用温度保护开关能够确保加热膜温度在可控范围内，避免了现有技术中由于软件异常或热敏电阻失效导致的温度过高的问题，消除安全隐患，提高了安全性。
[0060] 本实用新型实施例提供的孵育控制装置包括：第一控制器、温度传感器、开关管以及加热器，所述温度传感器、所述加热器、所述开关管与所述第一控制器相连接；其中所述温度传感器配置为实时采集所述加热器的当前温度，并将所述加热器的当前温度发送至所述第一控制器；所述第一控制器配置为通过PID算法调节所述开关管的导通或断开，所述加热器配置为在所述开关管处于导通状态时进行加热。该孵育控制装置通过第一控制器、温度传感器和开关管的共同作用，调节加热器的温度，避免了现有技术中依赖热敏电阻的温控方式，温度控制精度高。此外，该孵育控制装置还设置了温度保护开关，对加热器进行保护，确保加热膜温度在可控范围内，消除了安全隐患。
[0061] 参照图3，本实用新型实施例还提供了一种孵育控制系统，该孵育控制系统包括上位机300和上述提及的孵育控制装置400，上位机与所述孵育控制装置通信连接。
[0062] 进一步的，上位机可以是个人电脑PC机，也可以是工控机。
[0064] 本实施例中，上位机与孵育控制装置的第一控制器通过现场总线有线通信连接。
[0065] 具体的，参照图4，该孵育控制系统整体包括PC机、MCU1(第一控制器)、MOS管、加热膜、温度保护开关以及温度传感器。
[0066] PC机与MCU通过CAN总线通信连接。CAN总线是指控制器局域网CAN(Controller Area Network)，属于现场总线的范畴，是一种有效支持分布式控制系统的串行通信网络。
[0067] 该孵育控制系统的控制原理为：首先由用户预先设定孵育温度，通过PC机下发指令至MCU1，MCU1收到设定温度后，存储在MCU1的存储器中，以便于比较器时调用比较，具体的，将接收到的通过温度传感器测量的加热膜的当前温度与设定温度进行比较，如果设定温度大于加热膜当前温度，MCU1控制MOS管导通，加热膜开始加热。温度传感器将加热膜的当前温度实时反馈给MCU1，MCU1通过PID算法调节MOS管导通状态，采用闭环控制方式来达到控制温度的目的，温控精度较高，测试结果表明温度波动可控制在±0.2℃范围内。
[0068] 考虑到现有技术中使用开环控制电机振荡，或者控制振荡多为单一转速控制，无法调速或调速精度较差，无法满足速度控制要求。
[0069] 进一步的，参照图5，本实用新型实施例还提供了一种振荡控制装置，该振荡控制装置配置为对电机的运动速度进行调节。
[0070] 该振荡控制装置包括第二控制器500、电机驱动芯片501、电机502以及速度传感器503，所述第二控制器与所述电机驱动芯片、所述速度传感器分别与所述第二控制器相连接，所述电机与所述电机驱动芯片相连接；
[0071] 其中所述电机驱动芯片配置为驱动所述电机运动，所述速度传感器配置为实时采集所述电机的当前运动速度，并将所述电机的当前运动速度发送至所述第二控制器；所述第二控制器配置为通过PID算法调节所述电机的运动速度。
[0072] 上述的运动速度主要包括电机的转速。
[0073] 同样的，第二控制器包括MCU，MCU包括但不限于STM32系列单片机。
[0074] 进一步的，所述速度传感器包括编码器或者霍尔传感器。
[0075] 进一步的，所述电机包括步进电机或直流电机。
[0076] 具体的，第二控制器接收到通过速度传感器测量的电机的当前转速，第二控制器中的比较器将当前转速与设定转速进行比较，如果设定转速大于加热器的当前转速，第二控制器控制电机驱动芯片驱动电机开始加速。速度传感器将电机的当前转速实时反馈给第二控制器，第二控制器通过PID算法控制电机驱动芯片的驱动电信号(电压或电流)，以达到控制电机转速的目的，经实验测量证明转速波动可控制在±5转/分钟范围内。
[0077] 需要指出的是，电机驱动芯片可以从现有技术中的型号中选取，对此本实施例中不作限定。
[0078] 上述的设定转速可以由用户预先写入第二控制器中，也可以由第二控制器从上位机获取。
[0079] 本实施例提供的振荡控制装置，包括第二控制器、电机驱动芯片、电机以及速度传感器，所述第二控制器与所述电机驱动芯片、所述速度传感器分别与所述第二控制器相连接，所述电机与所述电机驱动芯片相连接；其中所述电机驱动芯片配置为驱动所述电机运动，所述速度传感器配置为实时采集所述电机的当前运动速度，并将所述电机的当前运动速度发送至所述第二控制器；所述第二控制器配置为通过PID算法调节所述电机的运动速度。该振荡控制装置能够实现闭环控制电机振荡，调速精度较高。
[0080] 鉴于上述的孵育加热器产品功能比较单一，无法进行功能扩展。
[0081] 本实用新型实施例还提供了一种孵育控制系统，该孵育控制系统包括上位机和与上位机连接的孵育控制装置。该孵育控制系统还包括上述提及的振荡孵育装置。
[0082] 在一个实施方式中，该孵育控制系统中，振荡控制装置与孵育控制装置相连接，所述振荡控制装置包括第二控制器、电机驱动芯片、电机以及速度传感器，所述第二控制器与所述电机驱动芯片、所述速度传感器分别与所述第二控制器相连接，所述电机与所述电机驱动芯片相连接；
[0083] 其中所述电机驱动芯片配置为驱动所述电机运动，所述速度传感器配置为实时采集所述电机的当前运动速度，并将所述电机的当前运动速度发送至所述第二控制器；所述第二控制器配置为通过PID算法调节所述电机的运动速度。
[0084] 具体的，参照图6，孵育控制装置的MCU1(表示第一控制器)与PC机(表示上位机)通过CAN总线连接，振荡控制装置的MCU2(表示第二控制器)与孵育控制装置的MCU1通过CAN总线连接。孵育控制系统包括PC机和孵育控制装置，孵育控制装置整体包括MCU1、MOS管、加热膜、温度保护开关以及温度传感器。振荡控制装置整体包括MCU2、电机驱动芯片、直流电机或步进电机、霍尔传感器或编码器。
[0085] 在另一个实施方案中，该孵育控制系统中，振荡控制装置直接与所述上位机通信连接，所述振荡控制装置包括第二控制器、电机驱动芯片、电机以及速度传感器，所述第二控制器与所述电机驱动芯片、所述速度传感器分别与所述第二控制器相连接，所述电机与所述电机驱动芯片相连接；
[0086] 其中所述电机驱动芯片配置为驱动所述电机运动，所述速度传感器配置为实时采集所述电机的当前运动速度，并将所述电机的当前运动速度发送至所述第二控制器；所述第二控制器配置为通过PID算法调节所述电机的运动速度。
[0087] 具体的，参照图7，孵育控制装置的MCU1(表示第一控制器)、振荡控制装置的MCU2(表示第二控制器)分别与PC机(表示上位机)通过CAN总线连接。孵育控制系统包括PC机和孵育控制装置，孵育控制装置整体包括MCU1、MOS管、加热膜、温度保护开关以及温度传感器。振荡控制装置包括MCU2、电机驱动芯片、直流电机或步进电机、霍尔传感器或编码器。
[0088] 上述两个实施方式中，孵育控制系统的振荡控制原理为：用户可以在PC机上选择振荡模式，分为按速度振荡和按等级振荡。按速度振荡时用户输入期望振荡速度，按等级振荡则按照预先设定振荡等级开始振荡。用户通过PC机下发运动指令后，MCU2通过CAN总线接收到命令后，通过SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)通讯设定电机驱动芯片内部寄存器后开始驱动直流电机或步进电机运动，同时霍尔传感器或编码器将电机运动信息返回给MCU2，经过现有的运动速度算法后得到电机当前运动速度。将当前速度与设定速度相比较，使用PID算法进行运动速度控制，实现对电机运动速度的闭环振荡控制，经测量速度波动可控制在±5转/每分钟的范围内。
[0089] 本实施例提供的孵育控制系统整体控制分为孵育控制部分和振荡控制两部分，其中MCU与MCU(例如第一控制器和第二控制器)或MCU(MCU1或MCU2)与PC及之间都是通过CAN总线连接，每个控制部分作为独立节点可以单独控制。
[0090] 该孵育控制系统采用模块化设计：这种设计的优点在于可以将孵育、振荡控制部分拆分和组合使用。如果有需求，可以单独使用孵育控制部分或振荡控制部分。当然也可以在本设计上增加其他控制部分，仅需要将新增的控制部分连接到CAN总线上即可，从而有利于缩短开发周期与设计难度。
[0091] 综上，本实施例提供的孵育控制系统具有以下有益效果：
[0092] 1、温度、速度控制更加精准。
[0093] 2、可以将多种模块任意组合，便于功能拓展。
[0094] 以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
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